CN104297771A - 一种用于gnss精确快速测量高程的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于GNSS精确快速测量高程的设备及方法，包括用于测量地理坐标的GNSS天线和GNSS接收机、用于支撑GNSS天线以及确定待测点的对中杆，所述GNSS天线的相位中心为信号接收点，所述对中杆与GNSS天线位于同一条垂线上，还包括用于测量所述设备运动状态的重力加速度模块，测量所述设备与竖直方向的夹角的倾角测量模块，位于GNSS天线底部用于测量GNSS天线底部与待测点之间的距离的激光测距模组。本发明通过重力加速度模块、倾角测量模块和两激光测距模组快速精确地测量出GNSS天线底部到地面的距离，然后通过计算装置快速补偿并最终确定待测点的高程，与传统方式比反应速度快，精度高，提高了工程作业的质量和效率。

Description

一种用于GNSS精确快速测量高程的设备及方法
技术领域
本发明涉及一种用于GNSS精确快速测量高程的设备及方法。
背景技术
传统的GNSS测量装置主要包括GNSS天线、GNSS接收机以及用于支撑GNSS天线的对中杆和测高片。传统技术中将对中杆放置到待测点上，并确保对中杆和地平面绝对的水平(观测水泡物理居中)再由高精度GNSS接收机得到高精度坐标，得到的坐标为GNSS天线相位中心所处位置的坐标，而不是待测点的坐标。想要得到待测点坐标就要将相位中心的坐标转换为待测点的坐标，最终待测点的高程信息＝GNSS接收机测到的高程‐H(相位中心到测高片的距离)‐Δh；其中H为固定值不会引入误差，Δh是变值，一般为使用卷尺测量得到的地面到测高片之间的距离。
误差的引入：
1、对中杆与地面非垂直状态
当对中杆处于非对中状态，测试点和待测点会由于天线相位中心的投影造成测量的误差，如果地面不平，则直接影响高程的精度；通过卷尺测量得到的Δh也引入了误差，应该是Δhn＝Δh*cosω；同样也引入了误差。
2、由于地面松软程度的问题，对中杆对中点在不同时刻插入地面的深浅程度不一致导致误差
对中杆和设备都有一定的重量，对中杆底部是尖头金属设计，如果测试不小心，会导致对中杆插入的深浅状态不一致，从而导致引入高程误差。
3、Δh测量引入的误差
由于Δh采用的是卷尺测量，卷尺的测量精度误差在±2mm，同样引入了测量的误差。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种能够精确快速测量高程的GNSS设备和相应的测量方法。
本发明提供的技术方案为：
一种用于GNSS精确快速测量高程的设备，包括用于测量地理坐标的GNSS天线和GNSS接收机、用于支撑GNSS天线以及确定待测点的对中杆，所述GNSS天线的相位中心为信号接收点，所述对中杆与GNSS天线位于同一条垂线上，还包括用于测量所述设备运动状态的重力加速度模块，测量所述设备与竖直方向的夹角的倾角测量模块，位于GNSS天线底部用于测量GNSS天线底部与待测点之间的距离的激光测距模组。
优选的是，所述重力加速度模块为三轴重力加速度模块。
优选的是，所述激光测距模组为两组。
优选的是，两激光测距模组相对于对中杆对称。
优选的是，所述GNSS天线的相位中心到GNSS天线底部的距离为H，两激光测距模组测量的到地面的距离值分别为L1和L2，所述对中杆与竖直方向的夹角为ω；
最终待测点的高程＝GNSS接收机测量高程–H–(L1*cosω+L2*cosω)/2。
优选的是，当所述重力加速度模块判断GNSS接收机处于运动状态时，发出一禁止信号，所述设备不工作；当所述重力加速度模块判断GNSS接收机处于静止状态时，发出一允许信号，所述设备的GNSS接收机获取经度、纬度和高程数据，同时所述倾角测量模块、激光测距模组工作。
本发明的有益效果：本发明通过两激光测距模组快速精确地测量出GNSS天线底部到地面的距离，然后通过计算装置快速补偿并确定最终待测点的高程，与传统方式比系统反应速度快，精度高，提高了工程作业的质量和效率。
附图说明
图1为现有技术的GNSS测高方式示意图；
图2为本发明的GNSS设备原理示意图；
图3为本发明的GNSS设备倾斜状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，传统的GNSS测量方式需要将测量装置竖直放置，再通过人工测量测高片到地面的距离，然后换算得到待测点的高程，这样会引入大量误差，具体地已经在背景技术中说明，此处不再重复说明。
如图2和图3所示，一种用于GNSS精确快速测量高程的设备，包括用于测量地理坐标的GNSS天线2以及GNSS接收机、用于支撑GNSS天线2以及确定待测点1的对中杆5，所述GNSS天线2的相位中心为信号接收点，所述对中杆5与GNSS天线2位于同一条垂线上，还包括用于测量所述设备运动状态的重力加速度模块3，测量所述设备与竖直方向的夹角的倾角测量模块6(其中重力加速度模块3和倾角测量模块6可以为一个整体的模块，本发明为了叙述得更清楚将其拆分为两个模块进行说明)，位于GNSS天线2底部用于测量GNSS天线2底部与待测点1之间的距离的激光测距模组4，其中所述重力加速度模块3为三轴重力加速度模块。
本发明采用两组激光测距模组4，分别位于对中杆5两侧并对称于对中杆5，这样方便计算。激光测距模组4的数量可根据不同场合情况设置，同时激光测距模组4到对中杆的距离也可不相等，只要进行相应的比例换算即可。
一种用于GNSS精确快速测量高程的方法，在设备工作时，重力加速度模块3通过重力感应的数值判断本设备是否处于稳定状态，若处于不稳定状态时，则测量装置不启动；当重力加速度模块3判断系统处于稳定状态时，设备开机工作，GNSS接收机获取经度、纬度和高程的数据，同时所述倾角测量模块、激光测距模组工作。
将所述GNSS天线2的相位中心到GNSS天线2底部的距离设为H，H为固定值；两激光测距模组4测量的到地面的距离值分别为L1和L2，所述倾角测量模块测量的对中杆与竖直方向的夹角为ω，最终得到的高程为：
最终待测点的高程＝GNSS接收机测量高程–H–(L1*cosω+L2*cosω)/2。
本发明的倾角测量模块的测量精度为0.05度，激光测距模组的测量精度为5m以内0.5mm，采用该方式，大大降低了Δh(即GNSS电线底部到待测点之间的距离，为可变值)引入的误差，本发明经过实际验证，在倾角±25度内，最大引入的误差仅仅为2mm，而未采用该专利技术由于对中杆与地面非垂直状态、由于地面松软程度的问题，对中杆对中点在不同时刻插入地面的深浅程度不一致、Δh测量引入的误差超过了10mm。本发明的倾角测量模块测量的对中杆与竖直方向的夹角ω与引入误差Dh之间的关系表如下：
早期的作业方式是安装测高片，调整设备到绝对垂直，使用卷尺测量测高片到地面的高度，并输入换算，大概需要2～3分钟；通过该专利技术，所有的都是程序驱动和控制，整个高程测量到完成只需要2～3秒钟，极大地提高了作业效率。

Claims (6)

1.一种用于GNSS精确快速测量高程的设备，包括用于测量地理坐标的GNSS天线和GNSS接收机、用于支撑GNSS天线以及确定待测点的对中杆，所述GNSS天线的相位中心为信号接收点，所述对中杆与GNSS天线位于同一条垂线上，其特征在于：
还包括用于测量所述设备运动状态的重力加速度模块，测量所述设备与竖直方向的夹角的倾角测量模块，位于GNSS天线底部用于测量GNSS天线底部与待测点之间的距离的激光测距模组。
2.根据权利要求1所述的用于GNSS精确快速测量高程的设备，其特征在于：
所述重力加速度模块为三轴重力加速度模块。
3.根据权利要求1所述的用于GNSS精确快速测量高程的设备，其特征在于：
所述激光测距模组为两组。
4.根据权利要求3所述的用于GNSS精确快速测量高程的设备，其特征在于：
两激光测距模组相对于对中杆对称。
5.一种用于GNSS精确快速测量高程的方法，其特征在于：
所述GNSS天线的相位中心到GNSS天线底部的距离为H，两激光测距模组测量的到地面的距离值分别为L1和L2，所述对中杆与竖直方向的夹角为ω；
最终待测点的高程＝GNSS接收机测量高程–H–(L1*cosω+L2*cosω)/2。
6.根据权利要求5所述的用于GNSS精确快速测量高程的方法，其特征在于：
当所述重力加速度模块判断GNSS接收机处于运动状态时，发出一禁止信号，所述设备不工作；
当所述重力加速度模块判断GNSS接收机处于静止状态时，发出一允许信号，所述设备的GNSS接收机获取经度、纬度和高程数据，同时所述倾角测量模块、激光测距模组工作。
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