CN106153002A - 一种局域高程测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种局域高程测量系统，包括位于多个高程控制点的发射器和多个位于待测点的手持接收器，所述手持接收器包括接收装置和数据解算装置，所述接收装置用于接收所述发射器发射的电磁波信号，所述数据解算装置用于根据所述电磁波信号利用四角法实时解算待测点的高程数据。采用本发明的技术方案，可以不受外界环境影响，测量精度高，可满足预设区域内工程建设中基本的高程测量精度要求。

Description

一种局域高程测量系统

技术领域

本发明属于测量仪器技术领域，尤其涉及一种局域高程测量系统。

背景技术

在工程建设过程中，高程测量任务量极大且尤为重要，任何工程的优质功能缺少了精准的高程测量都将无法实现。目前，工程建设中高程测量最普遍的方法有水准法、三角高程法、GPS高程法等。

所述水准法是根据水准测量原理测量地面点间高差的仪器，17～18世纪发明了望远镜和水准器后出现。20世纪初，在制出内调焦望远镜和符合水准器的基础上生产出微倾水准仪。20世纪50年代初出现了自动安平水准仪；60年代研制出激光水准仪；90年代出现电子水准仪或数字水准仪。水准仪随着科技的发展已经研发出诸多类型，但原理大致相同，所以测量方法及过程也基本一致，仍需要人工逐站测量传递高程，从根本上并未改变水准测量的方法及原理。

所述水准法存在以下不足：工作效率低、需耗费大量的人力和时间、操作人员业务水平对测量精准度的影响较大，测量过程中需严格控制前后视距长度，累计误差较大。

所述三角高程法是通过观测两点间的水平距离和天顶距(或高度角)求定两点间高差的方法。它观测方法简单，受地形条件限制小，也是测定高程的基本方法，虽无需进行每站高差的传递，但每个测点仍需不少于2人进行人工测量，并需提前进行高程控制测量，通过控制点架设仪器才可进行碎步高程点位测量。

所述三角高程法存在以下不足：三角高程法需提前建立平面及高程控制点后才可进行碎步高程测量，观测精度受视线距离影响较大，测量精度不高。

随着GPS测量的广泛应用，GPS高程测量方法逐渐广泛被使用，主要原理为当直接测得测区内所有GPS点的大地高后，再在测区内选择数量和位置均能满足高程拟合需要的若干GPS点，用水准测量方法测取其正常高，并计算所有GPS点的大地高与正常高之差(高程异常)，以此为基础利用平面或曲面拟合的方法进行高程拟合，即可获得测区内其他GPS点的正常高。该方法大大提高了高程测量的工作效率，但相对于水准法其测量精度相对较低，且测量精度值受环境影响较大，无法在测量要求精度较高时运用。且GPS仪器设备费用较高，并需要架设测量基准站，对于小型工程建设项目而言难以实现。

所述GPS高程法存在以下不足：GPS高程法仪器设备费用较大，需根据区域范围内的水准点进行高程拟合后才可进行高程点的测量数据采集，精度受周围环境影响较大，精度要求较高的工程明确要求不宜采用该方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种局域高程测量系统，其工作过程不受外界环境影响，测量精度高，可满足预设区域内工程建设中基本的高程测量精度要求。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种局域高程测量系统，包括位于多个高程控制点的发射器和位于待测点的手持接收器，所述手持接收器包括接收装置和数据解算装置，所述接收装置用于接收所述发射器发射的电磁波信号，所述数据解算装置用于根据所述电磁波信号利用三角函数法实时解算待测点的高程数据。

作为优选，所述手持接收器还包括用于显示待测点的高程数据的显示器。

作为优选，所述手持接收器还包括用于存储待测点的高程数据的存储设备。

本发明前期需要进行预设区域内高程控制点发射器的设置，发射器需设置在域内预先埋设的支架上，发射器布控完成后测量人员只需手持接收机便可实时完成测量点的高程测量并准确记录，由此计算工程中高程测量只需一人便可轻易完成数据采集、数据存储的全部过程，采用本发明的技术方案，可以不受外界环境影响，测量精度高，可满足工程建设中基本的高程测量精度要求。

与现有技术相比，本发明有如下的技术效果：

1、本发明的技术方案，在一个预设区域内建立发射站，用户只需用一个手持的信号接收机，就能简单、快捷、准确的测量目标点高程，相对于GPS卫星定位来说，投资较小具有可运行性。

2、本发明不受天气、高空遮挡等条件限制，可全天候使用。

3、本发明排除测量过程中,人员操作对精准度的影响。

4、本发明减轻人员操作强度,比使用通常方法测量节省大量时间,提高了效率。

附图说明

图1为本发明局域高程测量系统的结构示意图；

图2为本发明局域高程测量系统的原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

如图1所示，本发明实施例提供一种局域高程测量系统，包括位于多个高程控制点的发射器和位于待测点的手持接收器，所述手持接收器包括接收装置和数据解算装置，所述接收装置用于接收所述发射器发射的电磁波信号，所述数据解算装置用于根据所述电磁波信号利用三角函数法实时解算待测点的高程数据。

作为优选，所述手持接收器还包括用于显示待测点的高程数据的显示器。

作为进一步优选，所述手持接收器还包括用于存储待测点的高程数据的存储设备。

作为再进一步优选，所述发射器具有持续自供电功能，使全时段电磁波的应答发射。

本发明的原理如下：如图2所示，在已知1、2、3、4号发射器高程的情况下，接收器通过接收FA、FB、FC、FD电磁波确定四条线段长度，从而解算出待测点高程数据。

已知四个点①A(X_A,Y_A,Z_A)、②B(X_B,Y_B,Z_B)、③C(X_C,Y_C,Z_C)、④D(X_D,Y_D,Z_D)的基准坐标，以及及待测点F(X,Y,Z)到①、②、③、④点的距离FA、FB FC、FD。

根据以上已知条件，计算待测点F(X,Y,Z)高程数据z值的方法如下：

$\begin{array}{c}Z=0.5*\frac{\[({\mathrm{FA}}^2-{\mathrm{FB}}^2)(X_C-X_A)-({\mathrm{FA}}^2-{\mathrm{FC}}^2)(X_B-X_A)\]*F-\[({\mathrm{FA}}^2-{\mathrm{FB}}^2)(X_D-X_A)-({\mathrm{FA}}^2-{\mathrm{FD}}^2)(X_B-X_A)\]*E}{\[(Z_B-Z_A)(X_C-X_A)-(Z_C-Z_A)(X_B-X_A)\]*F-\[(Z_B-Z_A)(X_D-X_A)-(Z_D-Z_A)(X_B-X_A)\]*E}-\\ 0.5*\frac{\[(A-B)(X_C-X_A)-(A-C)(X_B-X_A)\]*F-\[(A-B)(X_D-X_A)-(A-D)(X_B-X_A)\]*E}{\[(Z_B-Z_A)(X_C-X_A)-(Z_C-Z_A)(X_B-X_A)\]*F-\[(Z_B-Z_A)(X_D-X_A)-(Z_D-Z_A)(X_B-X_A)\]*E}\end{array}$

A＝X_A ²+Y_A ²+Z_A ²

B＝X_B ²+Y_B ²+Z_B ²

其中，C＝X_C ²+Y_C ²+Z_C ²

D＝X_D ²+Y_D ²+Z_D ²

E＝(Y_B-Y_A)(X_C-X_A)-(Y_C-Y_A)(X_B-X_A)

F＝(Y_B-Y_A)(X_D-X_A)-(Y_D-Y_A)(X_B-X_A)

在空间上，任意不在一条直线上的三个点组成一个平面，但点到空间平面上已知不在一条直线上的三个点距离为定值的点有两个，即关于该平面的对称点。因此在求解任意点F(X,Y,Z)的坐标时应有与前三个点不在同一平面上的第四个点D(X_D,Y_D,Z_D)进行校正。即求解出的距离FD与实测的FD值相等的F(X,Y,Z)为所求解的F(X,Y,Z)坐标。

本发明实施过程如下：工程建设前，首先在工程范围内建立不少于4个及以上的高程控制点，并在高程控制点上放置高程发射器装置，高程测量过程中测量人员将高程接收器放置在待测点，接收器通过接收4个及以上发射器发出的电磁波信号，利用三角函数法实时解算待测点的高程数据，并显示在接收器上，测量人员可实时了解并可进行数据的采集和存储。

本发明技术方案利用手持接收器实时接收基站发射器发出的电磁波，通过确定手持接收器与基站发射器之间的准确距离(达到毫米级)及基站发射器的准确高程，从而准确解算“待测点”高程。该本发明受外界环境影响，针对工程建设的区域面积而言，电磁波信号覆盖率高，测量精度相对较高，能够满足工程建设中的高程精度要求，该技术的成功研发将对工程测量、工程建设带来重大的改革。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种局域高程测量系统，其特征在于，包括位于多个高程控制点的发射器和位于待测点的手持接收器，所述手持接收器包括接收装置和数据解算装置，所述接收装置用于接收所述发射器发射的电磁波信号，所述数据解算装置用于根据所述电磁波信号利用三角函数法实时解算待测点的高程数据。

2.如权利要求1所述的局域高程测量系统，其特征在于，所述手持接收器还包括用于显示待测点的高程数据的显示器。

3.如权利要求1所述的局域高程测量系统，其特征在于，所述手持接收器还包括用于存储待测点的高程数据的存储设备。