對中杆

全站儀三角高程測量具有靈活、高效率的特點，已經成為高精度高程控制測量的一種有效手段。在施工放樣、地形圖測繪及攝影測量佈設像控點等工程測量技術領域，所使用的主要設備是全站儀和實時動態差分法測量( Real-timekinematic，簡稱RTK)。全站儀集測角、測距於一體，由微處理機控制能自動進行測距、測角，能自動歸算水平距離、高差和座標，還能進行施工放樣，能自動記錄觀測數據。RTK 實時動態差分法是一種新的常用的GPS 測量方法，曾經的靜態、快速靜態、動態測量都需要內業解算才能獲得釐米級的精度，而RTK 是能夠在外業實時得到釐米級定位精度的測量方法，它採用了載波相位動態實時差分方法，是GPS 應用的重大突破，它的出現為控制測量、地形圖測量、變形監測及施工放樣等帶來了新曙光，極大地提高了測量作業效率。

基於此優點，全站儀和RTK 在地面測量中應用非常廣泛，技術也高度成熟，但影響測量精度的問題依然存在。全站儀的儀高、鏡高的量取誤差給三角高程測量的精度帶來一定影響，而且邊長越短，帶來的誤差越大。無論從事何種工程測量在使用全站儀前都要進行全站儀的稜鏡高測量這一重要環節。

以工程測量為背景，基於激光測距儀量測原理，通過採用“激光測距儀+精度放大裝置+ 顯示屏幕”的集成技術設計思想，設計出了一種高效的便於精確測量高度的對中杆。通過改進對中杆提高稜鏡高測量精度，來提高整個測量過程中高程的精度，在不改變全站儀結構的情況下，實現提高觀測值本身的精度。從而進一步滿足施工放樣、水準測量、地形圖測繪及像控點的佈設的要求 ^[1]  。

對中杆採用“激光測距儀+ 精度放大裝置+顯示屏幕”集成技術的一體化對中杆，再用控制器處理數據及輸出。設計簡潔清晰，實際作業中操作簡單，且精度高，經過多次實驗論證，能滿足高精度測量工作的需要。

測量人員觀察讀數的對中杆水準器位置處安裝顯示屏，當需要使用對中杆時，將激光測距裝置安裝在定位器的內表面上，定位器找準地面位置，通過調節連接件調整稜鏡高並固定外管和延伸杆，按下啓動開關接通供電電源為激光測距裝置供電。

激光發射器發出激光信號，該激光信號遇到延伸杆底部的阻擋，信號被反射回來，激光接收器無線獲取激光反射信號，經高精度放大電路信號放送入到控制器中處理，其中定位器的高度、延伸杆的高度以及延伸杆到稜鏡中心位置的距離均為固定值，當定位器的內表面到內管底部的距離確定後稜鏡高即可確定，並通過顯示屏將距離信號顯示出來。

高精度對中杆，分為2 部分，包括可伸縮杆體、帶顯示屏幕的精密激光測距儀。

1) 可伸縮杆體: 該部分由兩段直徑大小不同的鋼管或碳纖維管組合而成的伸縮杆。其中第一節杆是中空杆，其作用不僅能使杆體根據實際需要自由調節，而且可讓激光束穿梭於其中來精確量測杆體高度。對中杆從外觀上來看設計簡單清晰與常見對中杆較為相似，區別在於水準器側面增加液晶屏幕和3 個按鍵;

2) 精密激光測距儀: 該部分是對中杆的核心部件，包括激光測距儀、液晶屏幕、按鍵、電池組。

激光測距儀和電池組部分安裝在對中杆底部的可拆卸的定位塊中，液晶屏幕和按鍵安裝在水準器旁側，顯示界面設計採用人性化設計使測量與數字顯示同步實現 ^[2]  。

所要解決的技術問題在於針對現有技術中的不足，通過改進對中杆，使其能夠運用精密激光測距儀自動量測對中杆高度，採用激光測距的方式提高測量稜鏡高的精度，實現測高精度的提高，進而提高整個測量過程的精度。

1) 該技術方案為: 設計一種能夠激光測高的精密對中杆; 其中對中杆體由中空結構的外管、設置在外管內的延伸杆和與外管底部螺紋配合的定位塊組成。外管上安裝有水準器，水準器側面鑲嵌有顯示屏和啓動開關，定位塊的內表面上安裝有激光測距裝置。其中激光測距裝置由激光發射器和激光接收調理模塊，以及為其供電電源構成。

另外接收調理模塊由控制器、激光接收器以及高精度放大電路組成，該放大電路與激光接收器出口端相連。高精度放大電路的信號輸出端與控制器連接，顯示屏的信號輸入端與控制器的輸出端相接。啓動開關串聯在激光接收調理模塊供電的供電迴路中。

2) 在電路結構設計上，該對中杆高精度放大電路的電路原理: 包括運放U1 和運放U2 部分，其中運放U1 的反相輸入端經電阻R4 和電阻R3 與激光接收器的信號輸出端口相接，運放U1 的同相輸入端接地，電阻R4 和電阻R3 的連接端經電容C2 接地，運放U1 的輸出端分2 路，一路經電阻R1 與運放U1 的反相輸入端相接，另一路經電阻R5，電容C1 和電阻R6 與運放U2 的反相輸入端相接; 運放U2 的同相輸入端經電阻R7 接地，運放U2 的輸出端分3 路，一路經二極管D1 與運放U2 的反相輸入端相接，另一路與二極管D2 的陰極相接，二極管D2 的陽極經電阻R2 與運放U2 的反相輸入端相接，第三路為高精度放大電路的信號輸出端。

3) 其它元件設計，其中供電電源為可充電鋰電池; 顯示屏為1. 8 寸TFT 液晶顯示屏; 控制器為微型單片機 ^[2]  。

1)在不改變原有對中杆外

形，通過可拆卸的方式，連接對中杆外管和定位塊，將激光測距裝置安裝在定位塊內表面，合理利用中空結構的外管的內部腔體，為激光測距裝置提供一個干擾小的工作環境;

2) 通過設置高精度放大電路，採用兩級運放放大器級聯的方式對激光接收器接收的微弱電信號進行放大處理轉換，精度可達二等水準測量的標準，距離測量精度可根據實際需求設置，可靠穩定，使用效果好;

3) 可通過顯示屏自動獲取稜鏡高，避免人工讀數帶來的誤差，精度高，實用性強;

4) 使用該對中杆配合全站儀中間法。

1) 工程測量中高差量測精度關鍵在於量取儀器高度和稜鏡高度。採用集成設計思想設計出的對中杆，通過激光測距自動獲取方式得到的稜鏡高，測量精度更加準確;

2) 此對中杆設計新穎，操作靈活，安裝佈設方便。在不增加觀測時間，不改變全站儀結構的情況下實現了觀測精度約20%的提高，使得全站儀可以滿足較高測量精度的要求，拓寬了全站儀的適用範圍，也使工程測量在實際工作中變得更加靈活多元 ^[3]  。