一种全站仪仿真教学装置

1.本发明涉及距离、角度测量技术领域，具体涉及一种用于教学的全站仪仿真装置。


背景技术：

2.全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪，目前广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。
3.目前，很多高校相关专业开设有全站仪教学课程，全站仪的实践课教学环节普遍存在一些问题：（1）测量工作需多人协同作业，受协同条件和安全方面的限制，难以开展单人实操训练；（2）大部分测量课程的实习场地都选用学生所在校区的校园内，而工程形式多样，分布广泛，实践教学时学生无法前往真实工地开展实测；（3）受课程时长、天气限制，难以开展实时训练；（4）全站仪属于高精度仪器设备，成本高、易损坏，无法做到人手一台进行实训；（5）传统的测绘实践教学一般集中开展，实习时一名老师对多名学生，无法照顾到每名学生的训练效果。总的来说，全站仪的传统教学模式和教学手段呈现单一化和落后化，与高速发展的数字化时代脱轨。
4.对此，授权公告号为cn206339231u的中国实用新型专利公开了一种测绘仪器仿真模型装置，包括全站仪仿真模型装置、手机安装装置、操作面板仿真装置、传感器信号采集装置和服务器（即pc训练终端），其中全站仪仿真模型装置包括全站仪仿真模型和角度传感器，全站仪仿真模型包括全站仪机体、望远镜、提手、垂直制动旋钮、基座、水平制动旋钮。手机安装装置内嵌在望远镜中，手机（即精瞄视景屏）安装在望远镜的物镜前，组成了精瞄视景模块。使用时旋转旋钮，角度传感器可测得角度变化信号，传感器信号采集装置采集信号，传输到pc训练终端，程序后台对操作信号进行视角转换和测量数据处理，并把虚拟全站仪的目镜的视角场景数据传输到全站仪仿真模型中的手机屏幕。
5.上述测绘仪器仿真模型装置实现了虚拟仿真技术与工程测量教学相结合，通过角度传感器、传感器信号采集装置和pc训练终端的配合，将旋转旋钮的操作所带来的实际调节效果最终显示在手机屏幕中，模拟人实际操作全站仪时旋转旋钮之后所能看到的调节效果画面，可在室内进行仿真教学，能够解决上述一系列的技术问题。
6.但是，上述测绘仪器仿真模型装置只能训练学生对于精瞄视景模块的运用，而在全站仪的实物教学中，在进行精瞄操作之前，实际上是需要先进行粗瞄操作，利用实物全站仪上的粗瞄准器对准目标，大致确定瞄准方向，这个过程中由于全站仪布置在户外，因此操作人员能够观察到远处的实物景象。然而在仿真教学时，仿真模型装置是放置在实验室内，不会搬运到现场，而且被测目标也不存在实物，都是pc训练终端传输给手机屏幕所显示的画面，因此无法再进行粗瞄训练。
7.但是，若因此就不进行粗瞄训练的话，学生对于全站仪的全面掌握训练就会出现折扣，无法达到完全完善的教学目的，也即，现有测绘仪器仿真模型装置的功能不完备，无
法实现更加丰富、更加全面的教学功能，影响学生对于全站仪的全面掌握程度。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种不仅能进行精瞄训练，而且还能进行粗瞄训练，教学功能更加强大，能够提高学生对于全站仪的全面掌握训练程度的全站仪仿真教学装置。
9.为实现上述目的，本发明中的全站仪仿真教学装置采用如下技术方案：一种全站仪仿真教学装置，包括全站仪机体和安装在全站仪机体上的精瞄视景模块，全站仪机体的顶部设置有提手，提手上安装有用于固定粗瞄视景屏的固定支架，所述粗瞄视景屏用于显示pc训练终端传输的模拟人眼看到的粗瞄画面，固定支架上设置有旋转结构，旋转结构用于使粗瞄视景屏相对于提手旋转，以使粗瞄视景屏的显示画面朝前或者朝后，以配合全站仪机体和精瞄视景模块的盘左、盘右操作。
10.上述技术方案的有益效果在于：本发明的全站仪仿真教学装置不仅包括安装在全站仪机体上的精瞄视景模块，可以进行精瞄训练，而且全站仪机体的提手上安装有用于固定粗瞄视景屏的固定支架，粗瞄视景屏用于显示pc训练终端传输的模拟人眼看到的粗瞄画面，这样操作人员一抬头就可以看到由pc训练终端传输的测量目标所在方向的整体画面，也即操作人员一抬头就可以看到模拟真实全站仪在户外操作时眼前所观察到的景象，确定测量目标是否在显示画面中，从而模拟了粗瞄训练，教学功能更加强大，弥补了教学装置由于设置在室内而无法使学生进行粗瞄观察的缺陷，给人一种仍然在户外进行测量训练的感觉，更加贴近真实的全站仪教学过程，能够提高学生对于全站仪的全面掌握训练程度。
11.同时，固定支架上设置有旋转结构，旋转结构用于使粗瞄视景屏相对于提手旋转，以使粗瞄视景屏的显示画面朝前或者朝后，这样在全站仪机体和精瞄视景模块的盘左、盘右操作过程中，可以通过粗瞄视景屏的旋转，使显示画面始终朝向人脸，方便人员观察粗瞄画面，更加真实地完成盘左、盘右操作，达到与真实全站仪相同的教学效果。
12.进一步地，提手的顶面为平面，所述固定支架包括支撑在提手顶面上的支撑板以及固定在支撑板上的用于固定粗瞄视景屏的固定结构，所述旋转结构包括连接支撑板和提手的连接轴，连接轴的轴线沿上下方向延伸，以使固定支架和粗瞄视景屏整体可绕连接轴的轴线旋转。
13.上述技术方案的有益效果在于：提手和固定支架的支撑板通过连接轴连接，连接轴的轴线沿上下方向延伸，使得固定支架和粗瞄视景屏整体可绕连接轴的轴线旋转，这样旋转比较方便，结构简单。
14.进一步地，连接轴为连接螺钉。
15.上述技术方案的有益效果在于：方便安装和拆卸，并且当连接螺钉拧紧时，可以对固定支架起到良好的固定作用，保证粗瞄视景屏的稳定，而当连接螺钉旋松时，即可旋转固定支架，操作比较方便。
16.进一步地，连接螺钉自下而上穿过提手并与支撑板螺纹连接。
17.上述技术方案的有益效果在于：提手下方一般会有更多的操作空间，方便连接螺钉的安装和调整。
18.进一步地，固定结构包括固定夹和通过弹性件与固定夹相连的活动夹，固定夹固定在支撑板上，活动夹用于在拉开时使弹性件受力变形并在弹性件的反作用力下和固定夹
一起夹紧粗瞄视景屏。
19.上述技术方案的有益效果在于：采用固定夹和通过弹性件与固定夹相连的活动夹作为固定结构，可以保证对粗瞄视景屏的固定效果，并且操作简单、方便。
20.进一步地，固定夹和活动夹设置有两套，两套之间左右间隔设置，两个固定夹分别固定在支撑板的两端，连接轴与支撑板的连接位置位于支撑板的中部。
21.上述技术方案的有益效果在于：两套固定夹和活动夹的固定效果更好，并且两套之间左右间隔设置，分别固定在支撑板的两端，而连接轴位于中间，使得粗瞄视景屏的固定效果更加稳定，同时也方便连接轴的安装，避免产生干涉。
22.进一步地，支撑板、固定夹以及活动夹均位于提手的正上方，以使固定支架和粗瞄视景屏的重心经过全站仪机体的竖轴。
23.上述技术方案的有益效果在于：避免加装的固定支架和粗瞄视景屏对整个装置的重心产生影响，从而避免装置在进行水平角测量时发生旋转，保证水平角测量精度。
24.进一步地，所述全站仪机体为实物全站仪的机体，所述提手为与机体固定连接的金属提手，金属提手包括顶臂和与顶臂两端相连的侧臂，侧臂的底部通过紧固件与机体可拆连接，固定支架安装在顶臂上。
25.上述技术方案的有益效果在于：全站仪机体为实物全站仪的机体，可以充分利用实物全站仪本身的结构，通过对实物全站仪进行改造，形成本发明的全站仪仿真教学装置，就地取材，节约成本。同时，提手为与机体固定连接的金属提手，也即提手是重新加工制造的提手，提手包括顶臂和侧壁，侧臂的底部通过紧固件与机体可拆连接，利用了机体上原有的用于固定提手的结构，方便金属提手的固定，并且固定支架安装在顶臂上，通过重新加工制造的提手顶臂便于满足固定支架的安装要求。
26.进一步地，固定支架包括固定座和屏夹，固定座的底部设置有至少一对用于设置在提手前后两侧的夹板，成对的两个夹板通过螺栓固定连接，以使固定座固定在提手上；屏夹用于夹持粗瞄视景屏，屏夹通过轴线沿左右方向延伸的铰接轴与固定座铰接相连，以使屏夹能够相对于固定座前后翻转。
27.上述技术方案的有益效果在于：固定支架包括两部分，固定座用于实现与提手的固定，屏夹用于夹持粗瞄视景屏，保证粗瞄视景屏的固定，屏夹通过轴线沿左右方向延伸的铰接轴与固定座铰接相连，使得屏夹能够相对于固定座前后翻转，也即粗瞄视景屏可以前后翻转，实现显示画面朝前或者朝后，便于配合盘左、盘右操作。
28.进一步地，全站仪仿真教学装置还包括用于支撑固定全站仪机体的支撑架。
29.上述技术方案的有益效果在于：通过支撑架对全站仪机体进行支撑固定，更加贴合实物全站仪在户外的实际使用效果，可以训练学生对于全站仪的架设操作，更贴近实际教学。
附图说明
30.图1为本发明中全站仪仿真教学装置的实施例1的立体图；图2为本发明全站仪仿真教学装置的实施例1中装置主体的立体图；图3为本发明全站仪仿真教学装置的实施例1中装置主体的侧视图；图4为本发明全站仪仿真教学装置的实施例1中装置主体的正视图；
图5为本发明全站仪仿真教学装置的实施例1中装置主体的粗瞄视景模块的正视图；图6为本发明全站仪仿真教学装置的实施例1中装置主体的粗瞄视景模块的一个视角的立体图；图7为本发明全站仪仿真教学装置的实施例1中装置主体的粗瞄视景模块的另一个视角的立体图；图8为本发明全站仪仿真教学装置的实施例2中装置主体的立体图；图9为本发明全站仪仿真教学装置的实施例2中装置主体的侧视图；图10为本发明全站仪仿真教学装置的实施例2中装置主体的粗瞄视景模块的立体图。
31.图中：1、全站仪机体；11、提手；111、顶臂；112、侧臂；12、固定螺钉；2、精瞄视景模块；3、第一固定支架；31、支撑板；32、固定夹；33、活动夹；34、连接螺钉；4、粗瞄视景屏；5、操作面板；6、安装架；7、校准仿真屏；8、支撑架；9、第二固定支架；91、固定座；92、屏夹；93、夹板；94、螺栓；95、铰接轴。
具体实施方式
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
35.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
36.本发明中全站仪仿真教学装置的实施例1如图1所示，包括装置主体和支撑架8，结合图2、图3和图4所示，装置主体包括全站仪机体1和安装在全站仪机体1上的精瞄视景模块2，支撑架8用于支撑固定全站仪机体1。在本实施例中，全站仪机体1为实物全站仪的机体，整个装置主体是由实物全站仪原机改造而成，主要是为了实现仿真教学而重新制造了精瞄视景模块2，精瞄视景模块2取代实物全站仪原机上的同轴望远镜及激光测距模块，其内部具体结构和工作原理可以与专利文献cn206339231u中相同，包括精瞄视景屏等部件，本发明中不再详述。
37.由于采用原实物全站仪的机体，因此保留了原机的角度传感功能，全站仪的主体
基本没有改变，保证仪器测量精度不降低，且可将原机的水平角、垂直角、电子气泡等信息通过原机的232接口传输给pc训练终端。此外，全站仪机体1前后两侧的操作面板5也是实物全站仪原有的操作面板，但是由于原机上的精瞄视景模块已经拆除，因此实际上操作面板5已经没有特别的作用，仅剩下使用时可以按下操作面板5上的开机键，从而启动原机的角度传感功能，方便将上述信息传输给pc训练终端。
38.为了保证全站仪仿真教学装置仍然具有实物全站仪的功能，方便开展教学训练工作，如图1~图4所示，在前后两个操作面板5的外部分别安装有安装架6，安装架6包括与操作面板5外部的框架固定连接的固定部以及用于夹持校准仿真屏7的夹持部，校准仿真屏7用于显示pc训练终端传输的模拟原有操作面板的操作界面。夹持部可相对固定部旋转，通过安装架6上的调节旋钮可以改变夹持部的角度，从而方便操作下方的操作面板5。
39.如图1~图4所示，全站仪机体1的顶部固定安装有提手11，提手11是金属提手，而实物全站仪原机的提手和机体均是塑料材质，原机的提手本身就是通过固定螺钉12与全站仪机体1可拆固定连接，因此本发明实际上是将原机的提手拆掉，重新加工制造了新的提手11，并仍然利用固定螺钉12将提手11固定在全站仪机体1上。具体地，如图5、图6和图7所示，提手11包括顶臂111和与顶臂111两端相连的侧臂112，侧臂112的底部通过固定螺钉12与全站仪机体1可拆固定连接。
40.如图1~图7所示，提手11的顶臂111上安装有用于固定粗瞄视景屏4的第一固定支架3，粗瞄视景屏4用于显示pc训练终端传输的模拟人眼看到的粗瞄画面，这样操作人员一抬头就可以看到由pc训练终端传输的测量目标所在方向的整体画面，也即操作人员一抬头就可以看到模拟真实全站仪在户外操作时眼前所观察到的景象，确定测量目标是否在显示画面中，从而模拟了粗瞄训练，教学功能更加强大，弥补了教学装置由于设置在室内而无法使学生进行粗瞄观察的缺陷，给人一种仍然在户外进行测量训练的感觉，更加贴近真实的全站仪教学过程，能够提高学生对于全站仪的全面掌握训练程度。
41.同时，第一固定支架3上设置有旋转结构，旋转结构用于使粗瞄视景屏4相对于提手11旋转，以使粗瞄视景屏4的显示画面朝前或者朝后，这样在全站仪机体1和精瞄视景模块2的盘左、盘右操作过程中，可以通过粗瞄视景屏4的旋转，使显示画面始终朝向人脸，方便人员观察粗瞄画面，更加真实地完成盘左、盘右操作，达到与真实全站仪相同的教学效果。
42.具体地，顶臂111的顶面和底面均为平面，第一固定支架3包括支撑在顶臂111顶面上的支撑板31以及固定在支撑板31上的用于固定粗瞄视景屏4的固定结构，上述旋转结构包括连接支撑板31和顶臂111的连接轴，连接轴的轴线沿上下方向延伸，以使第一固定支架3和粗瞄视景屏4整体可绕连接轴的轴线旋转，这样旋转比较方便，结构简单，并且粗瞄视景屏4的显示画面在旋转后相对于操作人员仍然是正确的，不会上下颠倒，无需由pc训练终端调整传输画面的正反。
43.进一步地，上述连接轴为连接螺钉34，连接螺钉34自下而上穿过提手的顶臂111并与支撑板31螺纹连接，因此本发明重新制造的金属提手实际是为了方便在提手上加工螺钉穿孔，方便连接螺钉34的安装，以及方便支撑板31的安装，保证第一固定支架3的安装固定效果。而采用连接螺钉34作为连接轴，并且为自下而上的安装，方便安装和调整，具体当连接螺钉34拧紧时，可以对第一固定支架3起到良好的固定作用，保证粗瞄视景屏4的稳定，而
当连接螺钉34旋松时，即可旋转第一固定支架3，操作比较方便。
44.进一步地，上述固定结构包括固定夹32和通过弹性件与固定夹32相连的活动夹33，固定夹32固定在支撑板31上，活动夹33用于在拉开时使弹性件受力变形并在弹性件的反作用力下和固定夹32一起夹紧粗瞄视景屏4，固定夹32和活动夹33类似于现有的手机夹，包括上述安装架6也是一种现有的手机夹，因此粗瞄视景屏4、校准仿真屏7及精瞄视景屏均采用手机等能够安装操作系统且具有显示屏的电子设备。
45.在本实施例中，固定夹32和活动夹33设置有两套，两套之间左右间隔设置，两个固定夹32分别固定在支撑板31的两端，连接螺钉34与支撑板31的连接位置位于支撑板31的中部。两套固定夹32和活动夹33的固定效果更好，并且两套之间左右间隔，连接螺钉34位于中间，使得粗瞄视景屏4的固定效果更加稳定，同时也方便连接螺钉34的安装，避免产生干涉。
46.同时，支撑板31、固定夹32以及活动夹33均位于顶臂111的正上方，支撑板31为规则的长方形板，与顶臂111同宽，包括固定夹32和活动夹33也均与顶臂111同宽，保证第一固定支架3和粗瞄视景屏4的重心经过全站仪机体1的竖轴（竖轴是仪器主机旋转所围绕的几何轴线，亦称垂直轴或纵轴，它由主轴和轴套组成，两者密合而又旋转灵活，测量时应处于铅锤状态），避免加装的第一固定支架3和粗瞄视景屏4对整个装置的重心产生影响，也即避免仪器重心偏离仪器的竖轴，造成水平角精确观测时（亚秒级）仪器会发生微小旋转，从而影响水平角测量精度。
47.本发明的全站仪仿真教学装置，为了能够像实物全站仪教学一样训练学生的粗瞄操作，模拟学生在户外使用实物全站仪上的粗瞄准器所看到的画面，加装了粗瞄视景屏4，由粗瞄视景屏4显示画面代替学生实际粗瞄观测画面。因全站仪的主体结构基本未变，各轴系关系保持正确，通过原机的232接口传输给pc训练终端，pc训练终端依据这些信息，也会相应的发送指令给粗瞄视景屏4。在盘左或盘右操作时，粗瞄视景屏4静止在一侧，学生通过操作原机的旋钮，旋转了精瞄视景模块2，水平角或者垂直角发生变化，原机的232接口将角度信息传给pc训练终端，pc训练终端再返回给粗瞄视景屏4，从而控制粗瞄视景发生相应的水平角或垂直角方向上的变化，实现同步。
48.在进行实际的水平角、垂直角以及距离的测量过程中，校准仿真屏7代替原有全站仪操作面板，实现在虚拟场景下的相关信息输入和虚拟仪器的控制，实物全站仪需要在操作面板上操作的步骤，现均在校准仿真屏7上进行操作，校准仿真屏7与pc训练终端控制连接，模拟原机操作面板的功能。
49.综上所述，本发明的全站仪仿真教学装置功能更加强大，完全具备实物全站仪的教学功能，更贴近实际教学过程，能够达到预期的教学效果，提高学生对于全站仪的全面掌握训练程度。
50.本发明中全站仪仿真教学装置的实施例2如图8所示，与实施例1不同的是，粗瞄视景屏4通过第二固定支架9设置在提手11的顶部，如图9和图10所示，第二固定支架9包括固定座91和屏夹92，固定座91的底部设置有两对用于设置在提手11前后两侧的夹板93，成对的两个夹板93通过螺栓94固定连接，以使固定座91固定在提手11上。屏夹92用于夹持粗瞄视景屏4，且屏夹92通过轴线沿左右方向延伸的铰接轴95与固定座91铰接相连，以使屏夹92能够相对于固定座91前后翻转。
51.实施例2与实施例1的区别主要是粗瞄视景屏固定支架的不同，由此导致粗瞄视景
屏4旋转形式的不同，实施例1中是左右旋转，实施例2中是前后翻转，且实施例2中的粗瞄视景屏4自带陀螺仪，系统可以此为信号识别盘左和盘右操作，从而切换视景，也即粗瞄视景屏4在翻转180度后画面会自动倒置过来，从而方便观察。
52.本发明中全站仪仿真教学装置的实施例3：与实施例2不同的是，提手是实物全站仪原机的提手。
53.在全站仪仿真教学装置的其他实施例中：全站仪仿真教学装置不包括支撑架，装置主体可以放置在工作台或桌面上。
54.在全站仪仿真教学装置的其他实施例中：全站仪机体不是实物全站仪的机体，而是重新制造的机体，也即整个教学装置不是由实物全站仪原机改造而成，而是重新制造的教学装置。
55.在全站仪仿真教学装置的其他实施例中：支撑板、固定夹以及活动夹也可以不是位于提手的正上方，而是有所偏移，通过粗瞄视景屏的固定位置以及固定支架的结构设计，如增加配重等措施，也能保证固定支架和粗瞄视景屏的重心经过全站仪机体的竖轴。
56.在全站仪仿真教学装置的其他实施例中：固定夹和活动夹仅设置有一套，此时固定夹固定在支撑板的中部，为了方便连接轴的安装，可以在固定夹上设置避让孔。
57.在全站仪仿真教学装置的其他实施例中：固定结构不是固定夹和活动夹的形式，由于固定支架和粗瞄视景屏整体为左右旋转，因此固定结构设计为一个上端具有插口的固定框即可，通过固定框固定住粗瞄视景屏的位置。
58.在全站仪仿真教学装置的其他实施例中：当采用连接螺钉作为连接轴时，连接螺钉也可以是自上而下穿过支撑板并与提手螺纹连接。
59.在全站仪仿真教学装置的其他实施例中：连接轴不是连接螺钉，而是起铰接作用的铰接轴。
60.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。