带对讲功能的全站仪研究与开发*

黄好江 黄犀

柳州铁道职业技术学院 广西 柳州 545616

引言

全站仪是一种测量仪器，用于确定地理空间位置和角度。它通过测量仪器旋转时水平和垂直方向的角度变化，以及测量目标点与仪器之间的距离来确定目标点的坐标位置[1]。角度测量利用内置的水平仪和垂直仪，通过光学传感器和反射器的相对位置来实现[2]。距离测量使用非接触式测距技术，如相位测距法或时间飞行法。全站仪内部的数据处理单元负责处理测量数据，并计算出目标点的坐标[3]。通过结合角度和距离测量，全站仪能够提供高精度的地理空间位置和角度信息，广泛应用于土地测量﹑建筑工程和地理信息系统等领域。

在进行测绘工作时，对讲机是一种至关重要的通信工具，发挥着多方面的作用[4]。它实现了团队成员之间的即时沟通和协调，提高了工作效率。对讲机还提供了安全保障，使团队成员能够随时报告工作情况﹑求助或汇报紧急情况，确保团队成员的安全。对讲机的使用还有助于提高工作协调性和团队合作能力，通过交流，团队成员能够更好地协调工作进程﹑统一行动和分配任务。综上所述，对讲机在测绘工作中扮演着重要的角色，它是现代测绘工作中不可或缺的一部分。

1 技术发展及背景

早期的光学速测仪主要依靠光学原理进行测量，例如 Wild T2和Carl Zeiss T16等型号，这些产品由Wild公司和Carl Zeiss公司制造。这些光学速测仪采用了精密的光学仪器和机械结构，通过观察和测量仪器上的刻度盘和测距仪等部件来确定目标的位置和距离[5]。

随着电子技术的发展，光学速测仪逐渐向电子速测仪过渡。其中一款标志性产品是Leica TCR805 Power Total Station，由Leica Geosystems公司于1995年制造。该电子速测仪集成了电子测角﹑电子测距和数据处理功能，利用光学传感器和电子设备实现测量过程的自动化。它具备更高的测量精度和操作便利性，大大提高了测量效率和数据处理能力[6]。

另一个重要的里程碑是Trimble 5600系列Total Station，由Trimble Inc.于2002年推出。这个系列包括多个型号，如Trimble 5603﹑5605和5606等。它们采用了先进的电磁波测距技术和角度传感器，实现了无接触式测量，消除了机械部件的摩擦和磨损。该系列电子速测仪具有更大的测量范围﹑更高的测量速度和更高的精度，进一步提升了测量的准确性和效率。随着技术的不断发展，现代电子速测仪进一步融合了全球定位系统（GPS）﹑无线通信和计算机技术，实现了更高级别的自动化和数据集成。例如，Leica TS16 P 3” R500 Total Station和Trimble S9 Total Station等产品，它们由Leica Geosystems和Trimble Inc.制造，结合了先进的电子传感器﹑自动化功能和数据处理能力，成为当前测绘领域中最先进和高效的测量设备之一。这些电子速测仪在测量精度﹑测量速度和操作便捷性方面取得了显著的进步，推动了测绘技术的发展和应用[7]。

全站仪概念最早由瑞士公司Wild Heerbrugg（现为Leica Geosystems）在20世纪70年代提出，最早的商用全站仪是Wild T1。全站仪的引入标志着测量技术的重大突破，将光学测量和电子技术相结合，实现了角度和距离的自动化测量，并提供实时显示和记录功能。相比之下，半站仪只能实现角度的测量，需要配合其他设备进行距离测量[8]。全站仪与半站仪相比，具有明显的优势。首先，全站仪集成了距离测量功能，可以通过激光或电波实现非接触式测距，提高了测量的准确性和效率。其次，全站仪具备自动目标追踪和自动测量功能，能够快速捕捉目标并进行测量，减少了操作人员的工作量和测量时间。此外，全站仪还具备数据存储﹑导出和处理功能，可以进行实时数据处理和分析，提高了测量的可靠性和灵活性。

因此，全站仪已成为现代测量领域中最为常用和重要的测量工具之一，广泛应用于土地测量﹑工程测量和建筑测量等领域。

将对讲机功能集成到全站仪中就能提高工作效率和便利性。在传统情况下，全站仪和对讲机需要分开携带和操作，增加了工作复杂性和时间成本。而通过将对讲机功能融入全站仪，可以简化操作流程，节省人员携带多个设备的负担。集成对讲机功能的全站仪具备了即时通讯和远距离传话的能力，有效提升了团队成员之间的沟通和协作效率。在测量工作中，团队成员可以通过对讲机功能进行实时交流，快速协调工作进程，共享测量数据和信息。这有助于减少误解和沟通障碍，提高工作的准确性和效率。此外，集成对讲机功能还能减少设备成本和维护工作。单独配备对讲机需要额外购买和维护独立的设备，增加了成本和管理负担。而将对讲机功能整合到全站仪中，可以避免额外的设备投资和维护工作，降低了成本和管理复杂性。将对讲机功能融入全站仪的一体化设计，能够提高工作效率，简化操作流程，加强团队协作能力，降低设备成本和维护工作量。这样的改进措施不仅提升了测量工作的整体效能和经济效益，也提供了更便利和高效的工作环境，满足了现代测量施工需求的要求。

2 实验路线

在确定技术路线初期，对比了调频与公众对讲机作为全站仪的对讲功能。公众对讲机相对于调频对讲机来说具有以下优势：首先，公众对讲机价格更经济实惠，适合学校教学测量等简单应用场景；其次，公众对讲机无须频率申请和频谱管理，操作简单，符合法规要求；第三，公众对讲机适用于短距离﹑简单通信的场景，与学生短距离的测量传话需求相符；最后，公众对讲机的使用更为便利，无须频率设置和调试。然而，需要注意的是，公众对讲机通信频道有限且容易受干扰，对通信质量和保密性要求较高的场景可能不适用。选择公众对讲机作为全站仪的对讲功能，主要是用以满足学校教学测量的简单通信需求，并兼顾经济实惠﹑法规要求和使用便利性。

本次试验采用的是调幅式传话装置，两端均具有发射接收信号的能力。采用6.5VDC直流电源供电，实测无遮挡使用范围在250~300m之间。全站仪设备外观如图1所示。

3 实验电路

为实现全站仪的对讲功能，需要在原设备基础上新增发射电路与接收电路，发射及接收电路挂载在全站仪主电路板外，另棱镜端也配置一套相同的发射与接收电路。发射电路如图2所示，接收电路如图3所示。

图3 接收电路

在发射状况下，喇叭用作麦克风使用，产生的音频信号经过Q2﹑Q3﹑Q4放大电路。Q1集电极至射极有33pF电容产生振荡，基极的27MHz振荡水晶为谐振，Q1的电源经过线圈提供。产生的音频对Q1射频的调幅调变。27MHz信号调幅射频经由射频变压器转换低阻以匹配天线输出。接收射频信号，由与天线信号匹配的2匝线圈电感器与15pF电容谐振接收，过滤出信号，并经由线圈耦合至次级9匝线圈，再经由基极接地的Q1射频放大至射级输出，并利用射级与基极间的二极管检波特性，解调出音频信号。到Q2音频放大，再经Q3﹑Q4音频放大，再经过变压器阻抗转换以推动喇叭负载。

4 实验结果

在空旷﹑低矮灌木﹑矮墙隔断等多种条件下对全站仪的通信功能进行检测，经实验并多次调试，确认该改装的全站仪指定距离范围内能够实现对讲功能，但在部分情况下的信号存在噪音干扰，大部分条件下对正常对讲交流的影响较小。

本次实验采用公频对讲的形式，如果用调频对讲作为对讲方式，相比公频对讲，能带来以下一些好处。首先，调频对讲具有更高的传输质量和稳定性。它采用频率调制技术，可以在更广泛的频率范围内进行通信，减少干扰和信号衰减的可能性，提供更清晰﹑稳定的语音传输效果。其次，调频对讲具有更高的隐私性和安全性。由于调频对讲使用特定的频率和编码方式，他人难以窃听或干扰通信内容，提供更安全的通信环境。此外，调频对讲可以实现更大范围的通信距离，具备更广阔的覆盖能力，适用于需要远距离通信的场景。此外，调频对讲还支持更多的通信功能和扩展选项，例如组呼﹑单呼﹑短信传输等，可以满足不同应用需求。综上所述，调频对讲相比公众对讲具有更高的通信质量﹑隐私性﹑覆盖范围和功能扩展能力，适用于一些对通信质量和安全性有较高要求的应用场景。

此外，添加对讲模块对全站仪的续航存在一定的影响，测试中的全站仪电量下降速度增快约5%，实际使用过程中感知并不强。但是需要额外在棱镜模块中添加电路元器件与电池组，增加了该部分的携带重量，长期手持容易疲劳，后续拟将电池与电路集成到手持杆内进行优化。

5 结束语

综合来看，将对讲机功能融入全站仪的一体化设计能够提高测量工作的整体效能和经济效益，提供更便利和高效的工作环境，满足现代测量施工需求的要求。本文进行了一些现场实地测试，模拟了在实际测量工作中需要使用对讲机的场景。我们测试了对讲机在不同环境条件下的音频传输质量和通信距离，并评估了其对全站仪测量性能的影响。实验结果表明，集成对讲机功能并没有对全站仪的测量准确性和稳定性造成不良影响。

下一步将考虑将对讲机的音频输入输出接口与全站仪的系统集成在一起。这种集成的设计保证了对讲机功能可以无缝地与全站仪进行通信和控制。

将对讲机功能加入全站仪是可行的。这种整合能够为现场测量工作提供更便利的通信手段，增强团队合作和协调能力，并提高测量工作的效率和准确性。这一改进措施能够促进测绘技术的进步，为相关领域的发展和应用带来了更多可能性。