CN102589533B

CN102589533B - 一种利用全站仪测量隐蔽点点位坐标的方法

Info

Publication number: CN102589533B
Application number: CN 201210017459
Authority: CN
Inventors: 龚云
Original assignee: Xian University of Science and Technology
Current assignee: Xian University of Science and Technology
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-01-19
Also published as: CN102589533A

Abstract

本发明公开了一种利用全站仪测量隐蔽点点位坐标的方法，包括如下步骤：安置辅助测量装置；在工作点位上架设全站仪，测量获取A、B点坐标；信息记录；计算AB的方位角α_AB；计算AO′的方位角α_AO′：求隐蔽点坐标：由A、O′两点距离S_AO′和AO′的方位角α_AO′计算得到坐标增量：求得隐蔽点O点在水平面投影点O′点的坐标：根据投影关系公式得到隐蔽点O点的坐标。该方法基于在不通视点附近建立局部极坐标系，并通过建立全站仪测量中不通视点与测量点间的推算关系，测量获取局部极坐标系参数，同时测量不通视点在局部极坐标间的极坐标，从而快速确定不通视点点位坐标。

Description

一种利用全站仪测量隐蔽点点位坐标的方法

技术领域

本发明属于工程测量领域，具体涉及一种利用全站仪测量不通视点点位坐标的方法。

背景技术

全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station），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，其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。

全站仪测量坐标的数学基础是：通过假设仪器的测站点与后视定向的定向点，建立起以测站为中心的测站坐标系，同时通过测量前视点在测站坐标系中的位置参数，即可求得前视点的坐标XYZ。全站仪工作特性要求前视点与测站点之间必须通视，才能通过电磁波信号获取前视点与测站点之间的位置信息。然而事实上，在林间或城市建筑群中测量时，这一条件不易实现，在全站仪测量中，经常遇到隐蔽点（不通视点），这些点一般位于高层建筑物L形拐角处、植被繁茂等处。

因此，研究一种在林间或城市建筑群中测量时常遇到隐蔽点的情况下，利用全站仪测量不通视点点位坐标的方法有着重要的现实意义。CN101349554A是与本申请最接近的现有技术。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种利用全站仪测量隐蔽点点位坐标的方法，该方法基于在隐蔽点附近建立局部极坐标系，并通过建立全站仪测量中隐蔽点与测量点间的推算关系，测量获取局部极坐标系参数，同时测量隐蔽点在局部极坐标间的极坐标，从而快速确定隐蔽点点位坐标。

为了达到上述任务，本发明采用如下技术解决方案：

一种利用全站仪测量隐蔽点点位坐标的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1、外业数据采集

1）安置辅助测量装置

所述的辅助测量装置包括两根测杆，该两根测杆通过球形万向接头相连接；所述测杆可伸缩，其长度调整范围为1.5m-2.5m；

规定两根测杆分别为AB测杆、AO测杆；将AO测杆上的端点O点置于待测量的隐蔽点O点，使AB测杆水平放置，且AB测杆的两个端点A、B分别置于通视点A、B点；

2）测量点数据采集

在工作点位上架设全站仪，测量获取A、B点坐标；

3）信息记录

需要记录的数据：隐蔽点点号；测量点点号；测量点A点、B点的坐标；AB测杆、AO测杆的边长；水平角β和高度角θ；

其中，水平角β是指AO测杆在水平面上的投影AO′与AB测杆之间的夹角，即∠O′AB；高度角θ是指AO测杆与其水平面上的投影AO′之间的夹角，即∠O′AO；

步骤2：内业数据处理

1）计算AB的方位角α_AB；

2）计算AO′的方位角α_AO'：

α_AO'＝α_AB-∠OAB＝α_AB-β

其中，O′点为O点在AB测杆所在水平面的投影点；

3）求隐蔽点坐标

由A、O′两点距离S_AO′和AO′的方位角α_AO'计算得到坐标增量Δx_AO'和Δy_AO′：

S_AO'＝S_AOcosθ

Δx_AO'＝S_AO'cosα_AO'

Δy_AO'＝S_AO'sinα_AO′

求得隐蔽点O点在水平面的投影点O′点的坐标为：

X_O’=X_A+ΔX_AO’；

Y_O’=Y_A+ΔY_AO’；

根据下列投影关系公式，得到隐蔽点O点的坐标：

X_O=X_O’=X_A+ΔX_AO’

Y_O=Y_O’=Y_A+ΔY_AO’

Z_O＝Z_A+S_AOsinθ。

进一步的，所述步骤2：内业数据处理中的1）计算AB的方位角α_AB的计算步骤如下：

首先分别计算ΔX、ΔY方向上的坐标增量Δx_AB、Δy_AB：

Δx_AB＝X_B-X_A

Δy_AB＝Y_B-Y_A

其次计算坐标增量的反正切值α_AB锐：

依据Δx_AB、Δy_AB的正负判断α_AB所在的象限，得到AB的方位角α_AB。

进一步的，所述测杆由两根部分重叠相接的量尺组成，该两根量尺的重叠部分的长度可调，每根量尺的量程为1.5m。

进一步的，每根所述测杆上的两根量尺之间通过螺栓固定。

本发明利用全站仪和辅助测量装置来解决隐蔽点的测量问题，具有适用性广、成本低、操作简便、理论模型便于计算机编程实现自动化处理等优点。

附图说明

图1是辅助测量装置的结构示意图。

图2是安置辅助测量装置示意图。

图3是隐蔽点与测量点量测关系示意图。图中N方向表示正北方向。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步解释说明。

具体实施方式

本发明设隐蔽点为O点，测量点（通视点）为A、B点，O点坐标为（X_O，Y_O，Z_O），A点坐标为（X_A，Y_A，Z_A）、B点坐标为（X_B，Y_B，Z_B），其中，测量点A点和B点坐标已知，O点坐标未知。本发明通过辅助测量装置，将O点置于A、B点所确立的局部坐标系内，O点在该局部坐标系内的坐标可快速测定，又因A、B点坐标已知，A、B点所确立的局部坐标系参数已知，从而求解出O点坐标。

本发明的利用全站仪测量隐蔽点点位坐标的方法，具体包括如下步骤：

1、制作辅助测量装置

如图1所示，辅助测量装置包括两根测杆，该两根测杆均可伸缩，测杆的长度调整范围为1.5m-2.5m。该两根测杆之间通过球形万向接头2相连接，固定其中一根测杆使其水平放置，另一根测杆能够在水平范围0°至180°，竖直范围0°至90°内自由活动。

本实施例中的每根测杆由两根部分重叠相接的木质或铝合金量尺1组成，两根量尺1之间通过螺栓3连接，且两根量尺之间的重叠部分可调整使得测杆的长度可调，每根量尺1的量程为1.5m，测杆长度可调整范围为1.5m-2.5m。

2、外业数据采集

1）安置辅助测量装置

如图2所示，规定辅助测量装置上的两根测杆分别为AB测杆、AO测杆。依据现场具体情况，松开螺栓3，分别调整好两个测杆的长度后旋紧螺栓3，将AO测杆上的端点O点置于待测量的隐蔽点O点，使AB测杆水平放置，且AB测杆的两个端点A、B分别置于通视点A、B点。规定O′为O点在AB测杆所在水平面的投影点，为计算方便，使O′、A、B三个点的摆放按照固定顺序，本实施例以逆时针顺序摆放。

2）测量点数据采集

在工作点位上架设全站仪，调整辅助测量装置的安放位置，使得A、B点与全站仪通视，将棱镜分别置于AB测杆的两个顶点A、B点，获取A、B点坐标。

3）信息记录

其中，水平角β是指AO测杆在水平面上的投影AO′与AB测杆之间的夹角，即∠O′AB；高度角θ是指AO测杆与其水平面上的投影AO′之间的夹角，即即∠O′AO；

记录格式为：隐蔽点点号：NoO；测量点点号：NoA；A点坐标：X_A，Y_A，Z_A；测量点点号：NoB；B点坐标：X_B，Y_B，Z_B；AB测杆边长：S_AB；AO测杆边长：S_AO；水平角：β；高度角：θ。

3、内业数据处理

1）计算AB的方位角α_AB

方位角定义：由子午线北端顺时针方向量到直线上的夹角，称为该直线的方位角。其范围为0°～360°。如图3所示，AB的方位角α_AB的具体计算过程如下：

首先分别计算ΔX、ΔY方向上的坐标增量Δx_AB、Δy_AB：

Δx_AB＝x_B-x_A

Δy_AB＝y_B-y_A

其次计算坐标增量的反正切值α_AB锐：

依据Δx_AB、Δy_AB的正负判断α_AB所在的象限，得到AB的方位角α_AB：

a)Δx_AB＞0且Δy_AB＞0则为一象限；α_AB=α_AB锐；

b)Δx_AB＜0且Δy_AB＞0则为二象限；α_AB=180°-α_AB锐；

c)Δx_AB＜0且Δy_AB＜0则为三象限；α_AB=180°+α_AB锐；

d)Δx_AB＞0且Δy_AB＜0则为四象限；α_AB=360°-α_AB锐；

e)Δy_AB＝0且Δx_AB＞0则α_AB=0°；

f)Δx_AB＝0且Δy_AB＞0则α_AB=90°；

g)Δy_AB＝0且Δx_AB＜0则α_AB=180°；

h)Δx_AB＝0且Δy_AB＜0则α_AB=270°；

2）计算AO′的方位角α_AO'：

α_AO'＝α_AB-∠O′AB＝α_AB-β

3）求隐蔽点坐标

由A、O′两点距离S_AO′和AO′的方位角α_AO'计算得到坐标增量Δx_AO'和Δy_AO'：

S_AO'＝S_AOcosθ

Δx_AO'＝S_AO'cosα_AO'

Δy_AO'＝S_AO'sinα_AO'

求得隐蔽点O点在水平面的投影点O′点的坐标为：

X_O’=X_A+ΔX_AO’；

Y_O’=Y_A+ΔY_AO’；

根据下列投影关系公式，得到隐蔽点O点的坐标：

X_O=X_O’=X_A+ΔX_AO’

Y_O=Y_O’=Y_A+ΔY_AO’

Z_O＝X_A+S_AOsinθ。

五、具体实施例

1、外业数据采集

1）安置辅助测量装置

假设O点为隐蔽点，首先将辅助测量装置的O点放置于不通视点处，A、B两点分别置于观测条件较好的位置处，AB测杆、AO测杆的长度均调整为2米。

2）测量点数据采集

利用全站仪分别测量A、B两点的点位坐标（X_A，Y_A，Z_A）（X_B，Y_B，Z_B）；

3）信息记录

记录数据为：O，A，3766215.103，611672.145，450.000，B，611673.859，3766215.351，450.000，2，2，60°，30°。

2、内业数据处理

1）计算AB方位角α_AB=81°47′18″

2）计算AO′方位角α_AO=α_AB-∠O′AB=21°47′18″

4）求隐蔽点O点在水平面投影点O′点的坐标：

S_AO'＝S_AOcosθ=1.732

Δx_AO'＝S_AO'cosα_AO'=1.6083

Δy_AO'＝S_AO'sinα_AO'=0.6429

最终得到隐蔽点O点的坐标：

X_O=X_O’=X_A+ΔX_AO’=3766215.103+1.6083=3766216.712；

Y_O=Y_O’=Y_A+ΔY_AO’=611672.145+0.6429=611672.788；

Z_O＝X_A+S_AOsinθ=450.000+2*sin30°=451.000。

Claims

1.一种利用全站仪测量隐蔽点点位坐标的方法，该方法包括，安置辅助测量装置，以及在工作点位上架设全站仪，测量获取A、B点坐标，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1、外业数据采集

1）所述的辅助测量装置包括两根测杆，该两根测杆通过球形万向接头（2）相连接；所述测杆可伸缩，其长度调整范围为1.5m-2.5m；

2）信息记录

记录格式为：隐蔽点点号：NoO；测量点点号：NoA；A点坐标：X_A，Y_A，Z_A；测量点点号：NoB；B点坐标：X_B，Y_B，Z_B；AB测杆边长：S_AB；AO测杆边长：S_AO；水平角：β；高度角：θ；

步骤2：内业数据处理

1）计算AB的方位角α_AB；

2）计算AO′的方位角α_AO'：

α_AO'＝α_AB-∠O′AB＝α_AB-β

其中，O′点为O点在AB测杆所在水平面的投影点；

3）求隐蔽点坐标

S_AO'＝S_AOcosθ

Δx_AO'＝S_AO'cosα_AO'

Δy_AO'＝S_AO'sinα_AO'

求得隐蔽点O点在水平面的投影点O′点的坐标为：

X_O’=X_A+ΔX_AO’；

Y_O’=Y_A+ΔY_AO’；

根据下列投影关系公式，得到隐蔽点O点的坐标：

X_O=X_O’=X_A+ΔX_AO’

Y_O=Y_O’=Y_A+ΔY_AO’

Z_O＝Z_A+S_AOsinθ。

2.如权利要求1所述的利用全站仪测量隐蔽点点位坐标的方法，其特征在于，所述步骤2：内业数据处理中的1）计算AB的方位角α_AB的具体计算步骤如下：

首先分别计算ΔX、ΔY方向上的坐标增量Δx_AB、Δy_AB：

Δx_AB＝X_B-X_A

Δy_AB＝Y_B-Y_A

其次计算坐标增量的反正切值α_AB锐：

3.如权利要求1所述的利用全站仪测量隐蔽点点位坐标的方法，其特征在于，所述测杆由两根部分重叠相接的量尺（1）组成，该两根量尺的重叠部分的长度可调，量尺（1）的量程为1.5m。

4.如权利要求3所述的利用全站仪测量隐蔽点点位坐标的方法，其特征在于，每根所述测杆上的两根量尺之间通过螺栓（3）固定。