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森泰儀器有限公司 陳鴻聖
(本文刊載於中華民國地籍測量學會會刊第二十四卷第一期)

免稜鏡電子測距技術RED-tech EDM技術背景說明

SOKKIA革命性數位處理技術”(REvolutionary Digital processing technology)的前三個英文字母,作為免稜鏡測距技術之命名。它採用Class 2Class 3R兩種雷射等級作為電子測距之光源,Class 2的免持稜鏡測距能力可達150公尺(保守值)Class 3R的免持稜鏡測距能力可達350公尺。這兩種等級的可見雷射光均對肉眼無害。

如右圖,SOKKIA與Leica採用相位差比較的電子測距技術; Trimble, TOPCON,與Nikon採用時間計算的電子測距技術。這兩種技術的差異性如下:
相位差比較(Phase Shift)
優點 : 利用多種頻率波長的互相比較得到高精度的測量結果
缺點 : 電力不足時,測量距離會漸漸縮短,(測量時必需用充足電力持續發射光源)
時間計算(Time of Flight, TOF)
優點 : 持續發射強電力雷射,可以測的距離比較遠.

缺點 : 因為要利用光波走過的時間來計算距離,因此需要較多觀測量,當測量時間太短,反射回來的資料不夠時,解算精度不高。此類儀器必需測比較長的時間才能得到較高的精度。

雷射等級的差異性

大家都知道”雷射手術”,雷射可以割破皮膚,可以割掉身體內的壞組織…;也知道雷射可以切割鋼鐵…。
這麼說來,用雷射做為測距的光源,測量員豈不是冒著生命危險在工作? 薪水不高, 把命都賣了!!
當然不是, 就像簡報使用的雷射光筆(Pointer), 它是使用對人無害的Class 1等級的雷射光。
基於”對人無害”的大原則,SOKKIA採用的不可見雷射光,其雷射光波長<635nm – 690nm>, 限制在對人無害的Class 1等級;可見雷射光則限制在對人無害的Class 2及Class 3R等級。

任何雷射光,對人類肉眼的傷害為
    傷害 = 雷射的強度 x 照射的時間

肉眼暴露在Class 2雷射下(可見光雷射),當光源在閃爍時,你很容易避開。從看見雷射光到閉眼時間,不會超過0.25秒, 對人體沒有影響。
任何工安事故,都是源於”對危險完全沒有知覺”的心裡疏忽所造成。一個環境如果存有傷人的機會,但却沒有讓人有”這裡很危險”的感覺, 等於製造了一個人為的”危險環境”。
反過來講, 這個環境讓人”對危險存有警覺”, 這便是一個安全的作業環境。

RED-tech EDM技術特色之一就是能在使用單稜鏡及反射貼紙時,主動將雷射的強度降到Class 1等級。也就是對人眼睛沒有傷害的等級。
就是因為如此,Class 2雷射允許用來測量,較強的電力讓測距能力同時增強了許多。
Class 2電子測距技術成熟後,SOKKIA繼續發展Class 3R電子測距技術: 雷射強度提升四倍,讓測量距離更長,將輸出電力控制於5mW內,在使用單稜鏡及反射貼紙時,也是主動將雷射的強度降到Class 1等級。
這個突破,增強了儀器的功能: 雷射光束比class 2更亮; 免稜鏡測距範圍擴展成: 0.3m 至350m; 距離200m內的免稜鏡測距精度為 3mm+2ppm; 距離350m內的免稜鏡測距精度則為5mm+10ppm。目前Class 2及Class 3R雷射測距技術,已成為免稜鏡測距技術主流。

RED-tech EDM雷射測距技術特色及優勢性

為了能夠測的更長,精度能夠更高,速度能夠更快, RED-tech EDM使用三種頻率波長,同軸發射及接收,測距速度比TOF方法快三倍,新的光學鏡頭設計,會讓反射回鏡頭內的雷射光折散掉,藉以保護眼睛。因此測量員在鏡頭內是看不到雷射紅點的。同時還可以有效濾掉不必要訊號,提高量測精度。
儀器內部的數位式訊號處理技術,加入了載波技術,利用具有不同資料的資料光源,有效且快速的獲得正確資料,解算出距離值。
此外, RED-tech EDM設計”平行集光雷射光束”,使雷射光束的光點最小,測量精度最高。這種光學技術,使儀器能測到物體的死角,如下圖1
遇到銳角時,RED-tech EDM即使入射角很小,仍能得到很好的反射光,測到高精度的數據。
穿過圍籬時,RED-tech EDM可以穿過圍籬細縫測到目標物,維持高精度。
細小目標物,RED-tech EDM能測面積很小的目標,例如電線,天線…等

綜括RED-tech EDM的優點包括:
•紅色可見雷射光
•平行光束,集光式光束,不會發散
•測距精度高
•測距速度快
•測距範圍廣
•視野清晰明亮
•保護眼睛
•紅點照到的位置就是
•測點的正確位置,很容易分辨
•尤其適用於夜晚, 塵土工地, 隧道, 地下工地…等
•事故現場調查測量

• 很近的點,有時甚至小於望遠鏡的焦距,你可以藉由雷射光辨識測點位置。
•測距範圍廣,精度高,免稜鏡測距可達350m,標準單稜鏡測距,可達5000m,測距速度快,且能測各種不同材質,即使暗色表面的材質也能在3秒內測到距離

RED-tech EDM雷射測距技術的應用案例-新曼谷國際機場的建設

機場於2005929日啟用,替換Donmuang機場。(譯自SOKKIA REPORT-2005春季號季刋)

新曼谷國際機場,泰國國王將它命名為Suvarnabhumi,或稱為"金色的土地"。
這項巨大工程的面積大約8,000英畝,到完工為止,估計工程費將達1,550億銖(40億美元)。
機場航站大廈是目前世界上用玻璃纖維建材建造的最大的單一結構體,SOKKIA的SET530R免稜鏡測距經緯儀被選為航站大廈建造的主要控制測量儀器,同一時間有多達30到40台儀器在同時運作中。

RED-tech EDM的鐳射光束,即可用於指示測點,又能同時測量。這個特色,尤其在這類大型3D結構測量作業上,讓屋頂鋼骨材料安裝的架構工作變得準確迅速且容易。
工程進行到在鋼骨架構上置放玻璃纖維外牆及屋頂時,利用儀器準確施工的鋼骨結構,及準確

計算的玻璃纖維建材,各項精確的作業因而省下的施工時間及建材浪費,這些省下的無形支出是無法估算的。
RED-tech EDM技術是SOKKIA全站儀的心臟,只有這種像針尖般準確的免稜鏡測距技術,才能滿足這種大規模、高精密的基礎建設計畫。
有些等級較高的全站儀,機身載有道路設計、3D結構體計算等專家程式功能,在機場設計及跑道設計等工作上都發揮了重大的功效。此外,SOKKIA的自動水準儀、3D精密全站儀也在本工程中扮演重要角色。


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