CN1031596C

CN1031596C - 测量被勘测点坐标的方法和装置

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Publication number: CN1031596C
Application number: CN90109626.1A
Authority: CN
Inventors: 田中政芳; 府川晴夫; 远藤正光; 门胁一郎; 端山泰雄
Original assignee: Sokkia Co Ltd
Current assignee: Sokkia Co Ltd; Sokkisha Co Ltd
Priority date: 1989-12-04
Filing date: 1990-12-03
Publication date: 1996-04-17
Anticipated expiration: 2005-12-03
Also published as: CN1052370A; AU6705790A; US5204731A; GB2238871B; AU629070B2; GB9026323D0; FR2655417A1; FR2655417B1; DE4038521A1; DE4038521C2; GB2238871A; CN1042668C; CN1143180A

Abstract

本发明涉及一种测量勘测点坐标的方法和设备。视距仪将光传到位于勘测点的反射镜，反射镜在过勘测点直线的两个点上，此两点与勘测点隔开预定距离。视距仪利用从两反射镜位置的反射光，由反射光接收信号和参考信号间的相位差计算视距仪和反射镜间的距离。进而，由反射镜位置的水平平面角和垂直平面角计算勘测点的坐标。最后由两反射镜位置的坐标值计算勘测点的坐标值。

Description

测量被勘测点坐标的方法和装置

本发明涉及一种用视距仪测量座标以获得勘测点座标值的方法和用以测量这些座标的装置以及用以读座标值的反射镜装置，此两装置都被用来实现此方法。

通常，勘测点P₃的座标值是用下述方法获得的。如图20所示，置于勘测参考点P₀处的视距仪a被水平放置，其上装有反射镜b的测杆C垂直放置在勘测点P₃上。测杆C上装有管状水准器d，以借此水准器d使测杆10保持在垂直位置。在此条件下，当光由视距仪a传出时，此传输光被反射镜b反射，反射光被光敏元件接收。由光敏元件所接收的输出信号和参考信号之间的相位差，用视距仪a可求得勘测参考点P₀和勘测点P₃之间的距离。然后，在勘测参考点P₀，能通过使V或S方向为X轴或Y轴。或者通过提供一假想的座标系统以使其轴有一参考，或者通过校准在勘测区域的基准点座标系统，用视距仪来求得。相对于视距仪的水平平面角θ_H和垂直平面角θ_z。使用上述距离S、水平平面角θ_H和垂直平面角θ_z(一天顶角或一仰角)，也可求得反射镜的座标值。然后，减去反射镜的高度P_h即可求得勘测点P₃的座标值。

图21示出获得勘测点座标值的常规勘测(测量)方法的流程图。

由流程图可见，在进行勘测前，将仪高度M_h和反射镜高度P_h输入包括视距仪的勘测装置。当勘测参考点P₀移动时，仪高度M_h被输入，当勘测点P₃变化时，反射镜b的高度被输入。

按照上述测量座标的常规方法，测杆C在勘测之前就必须垂直地放置在勘测点P₃上，当用三角架取代测杆C时，三角架上的矫平板必须水平放置，此外，每当勘测点P₃变化时，必须把反射镜的高度P_h输入勘测装置，然而，此勘测工作是麻烦的。

本发明试图解决这些传统的问题。

为解决上述问题，本发明涉及一种测量座标的方法，它包括如下步骤：

使光从视距仪传输到位于勘测点的反光镜，其中反光镜可定位在两个点上，此两点在通过勘测点的直线上并与勘测点隔开一预定的距离，以便由接收到的信号和参考信号之间的相位差求出视距仪和反射镜之间的距离；接着由反射镜的水平平面角和垂直平面角计算勘测点的座标，每个角都由测距仪测得。计算此两点的座标值以便由此两点的座标值确定勘测点的座标值。

本发明也包括一用以测量座标的装置，此装置包括：位于勘测点的反射镜；视距仪，用以把光传输到反射镜以便由接收到的信号和参考信号之间的相位差以及反射镜的水平平面角和垂直平面角求出视距仪到反射镜的距离；第一计算装置，用以计算两反射镜位置的座标值，两反射镜位于通过测量点的直线上并与勘测点隔开预定的距离；和第二计算装置，用以由两个反射镜位置的座标值计算勘测点的座标值。

本发明还包括在测量座标装置中的用以读取座标的反射镜装置，该装置是如此测量座标的：

从视距仪传输的光线在两个点反射，此两点是在通过勘测点的直线上并与勘测点隔开预定的距离；

由两点中每个点的接收信号与参考信号的相位差求得两个点的距离；

由两个点的水平平面角和垂直平面角求得两个点的各自的座标值；和

由此两点的座标值求得勘测点的座标值，其中用以在此两点处反射来自测距仪的光的反射镜装置设置在支承部件上。

本发明的一种情况是一反射镜设备，其中反射镜装置包括两个镜子，此二镜借助水平支承轴支承在支承部件的两处，以使其可转动，用以调整倾斜度。

本发明可以包括反射镜设备，其中两个反射镜借助水平支承轴安装在支承部件上以使其可转换。

本发明的另一种情况是也可以包括一反射镜设备，其中反射镜装置包括分别设置在支承部件上两处的两个镜子，并且装有用以屏蔽射在两个镜子上的光的光屏蔽部件。

本发明还可包括一反射镜设备，其中光屏蔽部件是罩在二镜上的圆帽。

本发明也可使用一反射镜设备，其中光屏蔽部件是放在两镜前面的光闸。

本发明的又一种情况是包括一反射镜设备，其中反射镜装置包括可在支承部件的两个地方移动支承的单独的镜子。

本发明也可使用反射镜设备，其中单个的镜子固定在用磁装置吸附的位置处。

通过下面参照附图的讨论，将更好地理解本发明。

图1是本发明的方法的一个实施例的说明图；

图2是用以按照本发明测量座标的设备的方框图；

图3是本发明的方法的工艺流程图；

图4是本发明的反射镜设备的第二实施例的投影图；

图5和6分别是图4的反射镜设备中使用的展开的棱镜体实例的主要部分的平面图和截面图；

图7是展开的棱镜体的另一实例的主要部分的平面图；

图8和9分别是本发明的反射镜设备的第三实施例的截面图和平面图；

图10是本发明的反射镜设备的第四实施例的投影图；

图11和12分别是本发明的反射镜设备的第五实施例的平面图和截面图；

图13和14分别是本发明的反射镜设备的第六实施例的平面图和截面图；

图15和16分别是本发明的反射镜设备的第7和第8实施例的截面图；

图17和18分别是本发明的反射镜设备的第9和第10实施例的截面图；

图19是本发明的反射镜设备的第11实施例的前视图；

图20是测量座标的常规方法的说明图；和

图21是测量座标的常规方法的流程图。

反射镜设备在支承部件上有反射镜，此反射镜在两点反射从视距仪传来的光，所说的两点都在通过勘测点的直线上并且与勘测点隔开预定的距离。此设备以任意的角度安装在勘测点。从视距仪传来的光在反射镜上被反射，由接收信号和参考信号之间的相位差求出从视距仪到反射镜的距离。由此距离和用视距仪测得的水平平面角与垂直平面角求得这两点的座标(x₁，y₁，z₁)(x₂，y₂，z₂)。将两点的座标值(x₁，y₁，z₁)(x₂，y₂，z₂)、设置为预定值的两点之间的距离k₁(常数)和勘测点与两点中的一个点之间的距离k₂(常数)代入下面的公式中求得勘测点P₃的座标值(x₃，y₃，z₃)。

x_{3} = \frac{(k_{1} + k_{2}) x_{2}}{k_{1}} - \frac{k_{2}}{k_{1}} x_{1}

y_{3} = \frac{(k_{1} + k_{2}) y_{2}}{k_{1}} - \frac{k_{2}}{k_{1}} y_{1} - - - (1)

z_{3} = \frac{(k_{1} + k_{2}) z_{2}}{k_{1}} - \frac{k_{2}}{k_{1}} z_{1}

在式(1)中，当勘测点相对于两反射镜位于外区划点时，k₂在正(+)区域，当勘测点在内区划点时k₂在负(-)区域。

下面将按照附图对实施例进行说明。

图1是本发明所公开的方法的说明图。

图中，数码1为用来按照本发明测量座标的设备中的视距仪，此视距仪水平地放置在勘测(测量)点P₀处。数码2为任意角度立在勘测点P₃处的测杆。

反射棱镜4在距勘测点P₃的距离为k₂(常数)的点P₂处牢固地旋紧在测杆2上。另一个反射棱镜3在与点P₂隔开K₁(常数)距离的点P₁处牢固地旋紧在测杆2上。棱镜3、4的象反射表面在这些条件下设置在测杆2的轴线上。假定与上述点P₁和P₂相应的两点的座标值分别是P₁(x₁、y₁、z₁)和P₂(x₂、y₂、z₂)。

本发明勘测装置的视距仪1向反射棱镜3、4传输光。由接收信号和参考信号之间的相位差可求得到反射棱镜3、4的距离S₁、S₂以及反射棱镜3、4的水平角和天顶角θ_z1、θ_z2(或者仰角θ’_z1，θ’_z2)。

按照本发明使用视距仪测量座标的设备，如图2所示，包括：测距单元5；水平平面角测量单元6；垂直平面角测量单元7(它构成视距仪的元件)；工作单元8，它包括用计算两反射镜位置座标值的第一计算装置和由两反射镜座标值计算勘测点座标值的第二计算装置；显示单元9；键盘43和外部数据输出单元44。此两反射镜放置在通过勘测点的直线上并与勘测点隔开一预定的距离。由到两反射镜的距离、水平平面角和垂直平面角计算此两反射镜的座标值。

按照本发明的使用图2所示测量设备的测量方法用图3所示的流程图来说明。首先，将上述常数值K₁、K₂输入测量设备(步骤1)再将设备的仪高度M_h输入。其次，用距离测量单元5、水平平面角测量单元6和垂直平面角(天顶角或仰角)测量单元7来测量到P₁点的距离S₁、点P₁的水平平面角θ_H1和垂直平面角(天顶角θ_z1或仰角θ’_z1中的任一个)以及到P₂点的距离S₂，水平平面角θ_H2和垂直平面角(天顶角θ_z2或仰角θ’_z2)(步骤3、4)。然后，在工作单元8中，将测得的到点P₁的距离S₁、水平平面角θ_H1和天顶角θ_z1以及到点P₂的距离S₂、水平平面角θ_H2和天顶角θ_z2代入下面的公式中以求出点P₁的座标(x₁，y₁，z₁)和点P₂的座标(x₂，y₂，z₂)。

当测出仰角θ′_z1，θ_z2以代替天顶角θ_z1，θ_z2时，因为天顶角和仰角之间存在如下关系：θ’z₁＝π/2-θz₁，θ’z₂＝π/2-θz₂.仰角θ’_z1，θ’_z2变换为天顶角θ_z1，θ_z2。此已转换的天顶角θZ₁＝π/2-θ′z₁，和θz₂＝π/2-θ′z₂ 代入下公式：x＝x_O＋S sin θz cos θ_Hy＝y_O＋S sin θz cos θ_H (2)z＝z_O＋Mh＋S cos θz

这里，x，y，z分别是点P₁或P₂的x轴座标值x₁或x₂，y轴座标值y₁或y₂，z轴座标值z₁或z₂。

S是到点P₁或P₂的距离S₁或S₂。

θ_z是点P₁或P₂的天顶角θ_z1或θ_z2

θ_H是点P₁或P₂的水平平面角θ_H1或θ_H2，

M_h是仪的高度，以及

x₀、y₀、z₀是任意座标系统的原点。

于是，通过将点P₁和P₂的座标值代入上述公式(1)中，求得点P₃的座标值(x₃，y₃，z₃)，(步骤5)。

工作单元8包括控制程序单元(CUP)，并设置有存储器(图中未示出)。此存储器贮存有上述公式(1)和(2)，以及座标系统原点的座标值(x₀，y₀，z₀)，距离K₁，K₂和仪的高度M_h。按上述已被输入的任意系统设置的座标系统的原点(x₀，y₀，z₀)可以是勘测(测量)参考点P₀。

显示单元9显示已测得的点P₃的座标值，同时将其作为外部数据输出，以便存入一数据收集器(图中未示出)(步骤6)。当勘测点P₃改变时(步骤7)，此工艺程序回到步骤3以获得一新的勘测点P₃的座标值。当勘测(测量)参考点P₀移动时(步骤8)，返回到步骤2求得勘测点P₃的座标值。

图4示出本测量方法所用的反射镜设备的第二实施例。

在图1中反射棱射被用作反射镜，在此实施例中使用薄层棱镜3A、4A这些薄层棱镜3A、4A如图5和6所示，借助象立方体(反射棱镜)那样连续形成由互相成直角交叉的三面组成的表面，建立在薄层17，例如丙稀酸树脂、聚碳酸树脂或类似物的表面上。此外，在此反射棱镜表面上形成一反射膜层18(即—铝蒸汽沉积层)，在反射薄层18上形成一透明树脂层，在薄层17的底上形成一粘层20用以安装薄层17。在薄层棱镜3A、4A的这种结构中，立方体的连续排列使入射光在其原有方向被完全反射。

此薄层棱镜3A、4A可以如图7所示那样由散布在铝蒸汽沉积表面22上的玻璃珠21构成。

如图4所示，这些薄棱镜3A、4A分别粘附到板10，11上。此板10，11分别用装在框架12上的水平支承轴13、14旋转支承，因而其倾斜角度是可以调整的。十字刻度42标刻在板10、11上用以瞄准。带制动锥15的测杆16装在框架12的底部。

薄层棱镜3A、4A的象反射表面其中心与旋转中心重合，并使之与测杆的中心轴线重合。

薄层棱镜3A、4A之间的距离如此被确定，即，使从视距仪射到薄层棱镜3A、4A中的一个上的光线不射到薄层棱镜3A、4A的另一个上。确定这一距离时必须考虑到视距仪所传输的光的散射。例如，当用薄层棱镜3A、4A测量100米以内的距离时，该距离是1米。如果薄层棱镜做成可环绕水平轴旋转180°的结构(见图8和9所示的第三实施例)。当薄层棱镜3A、4A中一个用来测量座标值时，其上粘附有薄层棱镜3A、4A中另一个的板10或11被翻转。在此方法中，反射到薄层棱镜3A、4A中一个上的光不射到棱镜3A、4A中的另一个上。所以，薄层棱镜3A、4A间的距离可缩短，这就使反射镜设备可做得更小。

在图8和9中，旋转钮23装在沿水平轴13、14的旋转轴两端。在框架12上开有后缝24，用来瞄准的刻度42设置在框架12的正面并在板10、11上。

图10示出本发明的反射镜设备的第四实施例。

框架12的内边有互相间隔一预定的垂直距离的后缝24。板10、11对着后缝24支承在框架12上，以使其可环绕水平支承轴13、14旋转。圆柱形框形组件25装在板10、11上。这些圆柱形框形组件里边安装有薄层棱镜3A、4A，框架有可扣在其上的盖26。盖26用链条24联接到框架12的中心部分。

在此实施例的结构中，当测量薄层棱镜3A的座标值时，盖26盖在下面的圆柱形框架组件25上，以罩住薄层棱镜4A，从而使视距仪射出的光仅入射在薄层棱镜3A上。当测量下面的薄层棱镜4A的座标值时，盖26盖在上面的圆柱形框架组件25上以罩住薄层棱镜3A。

图11和12示出本发明反射镜设备的第五实施例。

在此实施例中用光闸27代替以前的实施例的盖26。此光闸27的边缘与在框架12的两边内侧形成的滑动槽28啮合。揿动工作钮29，光闸27能在薄层棱镜3A、4A前部滑动，从而可分别罩住薄层棱镜3A、4A。板簧(图中未示出)装在光闸27的边部，沿滑动槽的预定位置处形成一制动阻挡槽30。由于板簧与制动阻挡槽30啮合，光闸27停在关闭薄层棱镜3A、4A中任一个的位置处，并能维持在该位置。

薄层棱镜分别粘接到板10、11上，该板10、11可借助于在轴两端的旋钮23在轴13、14上旋转。

图13和14示出本发明的反射镜设备的第6实施例。

在此实施例中，与滑动槽28啮合的光闸27连接到皮带32，皮带32延伸在两皮带轮31之间，因此，通过用电动马达33驱动此皮带，就可分别罩住两薄层棱镜3A、4A。当光闸27到达预定位置(关闭薄层棱镜3A或4A的位置)时，用开关元件35驱动微动开关34以中止电动马达33的工作。在框架12的后面装有控制板(图中未示出)控制板上设置有用以向左方和右方转动电动马达33的开关和电源开关。它们依常规构成和工作。其上粘附有薄层棱镜3A、4A的板10、11分别装有借助旋钮23转动的轴13或14。

图15示出本发明的反射镜设备的第七实施例。当与在矩形框架12的面边的壁上形成的滑动槽28啮合时，板10A被做成是可滑动的。薄层棱镜3A直接粘接在板10A的前表面。制动阻挡槽30在滑动槽28中形成，并且设置有可与制动阻挡槽30啮合的板簧(图中未示出)。由于板簧与制动阻挡槽30啮合，用手柄36移动的板10A可以被中止和维持在与上述两点相应的位置上。

此外，象图16中所示的第8实施例那样，该薄层棱镜3A可以粘接到配有可转动轴13的薄层棱镜板45上。而且，板10A上装有轴承以使薄层棱镜可以倾斜到适宜的角度。

图17示出本发明的反射镜设备的第9实施例。永磁体37埋置在矩形框架12的前面，薄层棱镜3A粘接到永磁体37吸附的金属板10B的表面上。板10B用永磁体37调整和固定在框架12上的与上述两点相应的末端位置处。

在图17的实施例中，薄层棱镜3A不能转动。象图18所示的第10实施例那样，如果薄层棱镜3A粘接棱镜板45上，棱镜板45上装有旋转轴13，轴承装在板10B上。薄层棱镜3A可以转动。薄层棱镜可在其中转动的孔设置在框架12和板10B中。

在以上实施例中，薄层棱镜3A、4A这两者都被设置在同一侧作为勘测点3。因此，这是外区划点中的勘测点的测量。如图19所示，薄层棱镜3A、4A可以设置在测量点P3的两边，于是完成内区划点中勘测点的测量。在这种情况下，如前文所述，公式(1)中的K₂值为负(-)。

薄层棱镜3A、4A分别吸附在其上的板10、11在被排成直线的两侧杆16的一端是可倾斜的。两侧杆16的另一端联接到安装部件39上，安装部件39用卡紧螺钉40装在被测构件41上。

本发明与常规工艺不同，作为安装反射镜支承部件的测杆不需要垂直设置。

此外，每当测量点改变时，也不需要利用计算座标来获得反射镜的高度。所以测量工作就变得容易了，这就使急剧倾斜区域、墙壁附近或类似的用常规设备测量困难的区域的座标值容易测得。

按照本发明反射镜设备可做得相当小。

尽管为更好地理解本发明，以上并结合附图讨论了本发明实施例的特殊构型。但上述讨论只是作为例子，并不限定本发明的范围。本领域的普通技术人员所能做到的明显的各种变型都不超本发明的范围，本发明的范围由下述权利要求来限定。

Claims

1.一种测量勘测点座标的方法，包括如下步骤：

光从视距仪传输到设置在勘测点的反射镜，所说的反射镜定位在通过勘测点的直线上的两点上并与勘测点隔开预定的距离；

由参考信号和接收信号之间的相位差确定视距仪和反射镜之间的距离，接收信号是由最初从视距仪传出的光再被反射镜反射回视距仪而产生的；

由座标系原点、视距仪和反射镜之间的距离、及相对于视距仪和反射镜的水平平面角和垂直平面角来确定反射镜的座标值；及

由座标系原点、定位反射镜的两点的座标值，勘测点与两点之一的距离、及所述两点之一与另一点的距离来计算勘测点的座标值。

2.一种用以测量勘测点座标的设备包括：

用以反射传输光至少包括一个反射镜的反射镜装置，它设置在勘测点，并且能定位或定位在通过勘测点的直线上的两点处，此两点与勘测点离开预定的距离；

一种视距仪，用以将光传输到反射镜装置，并接收从位于此两点的反射镜装置反射回来的由视距仪发来的光，接收光在视距仪中产生两点中各点的接收信号，所说的视距仪测定到装有所说反射镜装置的两点的距离，相对于所说视距仪和此两点的水平平面角和垂直平面角，到所说反射镜装置的距离是基于接收信号和参考信号之间的相位差。

联接到所说视距仪的第一计算装置，用以由座标系原点、视距仪与定位反射镜的两点的距离、及相对于视距仪和所述两点的水平平面角和垂直平面角来计算定位所说的反射镜装置的两点的座标值；

联接到所说第一计算装置的第二计算装置，用以由已计算出的定位所说的反射镜装置的两点的坐标值、勘测点与两点之一的距离、及所述两点之一与所述两点中另一点的距离来计算勘测点的坐标值，和

一种用以支承所说的反射镜装置的支承部件。

3.一种按照权利要求2所说的用以测量勘测点坐标的设备，其中所说的反射镜装置包括两个镜子，所说的两个镜子中的每一个支承在用来在所说的支承部件上安装所说的反射镜装置的两点中的一点上，所说的支承部件沿着相应支承部件的水平支承轴支承着所说的两个镜子，以便可转动以调整其倾斜度。

4.一种按照权利要求3所说的测量勘测点坐标的设备，其中所说的反射镜装置的两个镜子支承在支承部件的水平支承轴上，从而所说的两个镜子是可沿所说支承部件的水平支承轴转动变换的。

5.一种按照权利要求2所说的测量勘测点坐标的设备，其中所说的反射镜装置包括两个镜子，所说的两个镜子中的每一个支承在用来在所说的支承部件上安装所说的反射镜装置的两个点中的一个点上，所说的两个镜子设置有光屏蔽部件用以屏蔽入射在两个镜子上的光。

6.一种按照权利要求5所说的勘测点坐标测量设备，其中所说的光屏蔽部件包括一个至少盖在所说的两个镜中的一个上的盖。

7.一种按照权利要求5所说的测量勘测点坐标的设备，其中所说的光屏蔽部件包括一光闸，该光闸至少滑动到所说两个镜子中的一个的前面。

8.一种按照权利要求2所说的测量勘测点坐标的设备，其中所说的反射镜装置包括一个镜子，此镜子交替地支承在支承部件上的用以定位所说的反射装置的两个点上。

9.一种按照权利要求8所说的测量勘测点坐标的设备，进一步包括：一磁装置，用以将所说的反射镜装置的一个镜子支承在所说的反射镜装置的两个点的位置。