CN107917693A - 一种基于光学测距的倾斜测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光学测距的倾斜测量装置及测量方法，测量装置主要包括测量杆、GNSS天线、差分定位模块、通信模块、激光测距模块、运动检测模块、蓝牙模块和微处理器，使用该测量装置进行测量时，首先对基于光学测距的倾斜测量装置进行指北精度修正，随后将基于光学测距的倾斜测量装置的激光光束指向待测点，通过解算，即可获取待测点高精度定位信息。与现有技术相比，本发明通过一次测量即可获取高精度定位值的方式，简化了测量步骤，减低了测量难度，提升了测量效率。

Description

一种基于光学测距的倾斜测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量装置及测量方法，特别是一种基于光学测距的倾斜测量装置及测量方法。

背景技术

目前测绘领域普遍使用RTK接收机来进行测量，将RTK接收机置于对中杆上，测量目标点时，需要保持对中杆垂直，让天线的相位中心在地面的投影点与待测点进行重合，待测点的经纬度坐标与天线相位中心坐标一致，而高度则是天线相位中心的高度减去对中杆的长度。

这种办法有诸多不足之处：（1）实际操作时需将杆尖放在待测点上，然后根据对中杆上的水平状态指示装置来让对中杆保持垂直，操作人员经常需要进行多次校准来让对中杆垂直，这样明显增加工作负担。（2）在有上方有遮挡的地方或在不方便操作人员到达的地方，操作人员经常将RTK接收机放在开阔地方进行测量，然后目测或用直尺等测量设备测量该点与待测点之间的距离与方位，通过手算或程序计算出待测点坐标，这样便导致测量点坐标误差很大。

现有的激光与RTK结合的测量方法，需要在不同的位置将激光照射到目标点，记录设备的倾斜角度、激光测距模块2的输出以及定位接收装置的位置，然后使用投影、求圆交点的算法计算出目标点的位置坐标。这种方法的缺点在于在离目标点较远时，多次测量很难保证每次激光光斑都照射到同一个点上，这样会导致测量难度大以及测量结果不准确。

发明内容

基于此，本发明提供了一种易于操作且测量精度高的基于光学测距的倾斜测量装置。

本发明的基于光学测距的倾斜测量装置，包括测量杆、GNSS天线、差分定位模块、通信模块、激光测距模块、运动检测模块、蓝牙模块和微处理器，其中，GNSS天线、差分定位模块、通信模块、激光测距模块、运动检测模块、蓝牙模块和微处理器均设置于测量杆上，GNSS天线输与差分定位模块电连接，差分定位模块、通信模块、激光测距模块、运动检测模块、蓝牙模块均与微处理器电连接；

GNSS天线用于接收卫星信号，并将该信号传输至差分定位模块；

通信模块用于接收CORS网络基站发来的差分数据，并将差分数据传输至微处理器；

运动检测模块用于检测倾斜测量装置的横滚角roll，俯仰角pitch，偏航角yaw；

差分定位模块用于处理GNSS天线接收的卫星信号，并将其解算成天线相位中心在WGS84坐标系下的经纬度坐标及高度值，同时接收微处理器转发来的差分数据，进行高精度的定位解算，让天线相位中心的定位坐标达到厘米级精度；

激光测距模块用于获取激光测距模块与待测点之间的距离；

微处理器用于根据差分定位模块输出的天线相位中心的厘米级定位坐标、激光测距模块输获取的激光测距模块与待测点之间的距离、倾斜测量装置的横滚角roll、俯仰角pitch和偏航角yaw计算得到待测点的定位值;

蓝牙模块用于将微处理器计算的待测点坐标传输至手持设备。

优选地，所述运动检测模块至少包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，也可以包括三轴磁力计。

优选地，所述通信模块包括通信天线，所述基于光学测距的倾斜测量装置还包括电源模块和显示屏。

在另一优选的实施例中，所述基于光学测距的倾斜测量装置的通信模块为电台模块，通信天线为电台天线，所述电台模块与差分定位模块直接电信号连接。

使用前述基于光学测距的倾斜测量装置的测量方法包括如下步骤：

步骤一：对基于光学测距的倾斜测量装置进行指北精度修正：将基于光学测距的倾斜测量装置置于开阔的地带，GNSS天线接收卫星数据，通信模块接收CORS网络差分数据，使差分定位模块进入厘米级定位状态；将测量杆杆尖置于地面上任意位置，绕杆尖晃动测量杆，微处理器记录多组测量数据，通过对多组测量数据的修正，得到偏航角的准确误差角度α。

步骤二：将基于光学测距的倾斜测量装置的激光光束指向待测点，激光测距模块获取其与待测点之间的距离L，差分定位模块处理根据GNSS天线接收的卫星信号及通信模块接收的差分数据，进行高精度的定位解算，计算得到天线相位中心的厘米级定位数据，控制器根据夹角α、天线相位中心的厘米级定位数据、激光测距模块与待测点之间的距离L以及运动测量模块输出的倾斜测量装置的横滚角roll、俯仰角pitch和偏航角yaw计算得到待测点的高精度定位值。

使用该基于光学测距的倾斜测量装置的放样方法，其包括：

步骤一，将待放样的线条坐标信息导入到该基于双天线的倾斜测量装置中，使显示屏显示待放样线条以及倾斜测量装置的测量杆杆尖或倾斜测量装置的激光测距仪的激光光斑的坐标点；步骤二，移动倾斜测量装置，使显示屏中的倾斜测量装置的测量杆杆尖或倾斜测量装置的激光测距仪的激光光斑的坐标点与待放样线条重叠；步骤三，对倾斜测量装置的测量杆杆尖所在的位置或倾斜测量装置的激光测距仪的激光光斑的位置进行标记。

优选地，在使用该基于光学测距的倾斜测量装置的放样方法的步骤二中，还包括提示倾斜测量装置的测量杆杆尖或倾斜测量装置的激光测距仪的激光光斑坐标与待放样线条重叠的步骤。

通过使用该基于光学测距的倾斜测量装置，仅需对目标点进行一次测量，即可得到高精度的测量结果，便于对特殊点（例如测量人员无法到达的目标点）进行高精度定位，简化测量过程，提升测量效率。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构框图。

图2为本发明实施例二的结构框图。

图3为本发明的结构示意图。

图4为现有技术中测量装置显示屏显示内容的示意图。

图5为本发明测量装置显示屏显示内容的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图1所示，本发明的基于光学测距的倾斜测量装置包括测量杆1、GNSS天线3、差分定位模块、通信模块、激光测距模块2、运动检测模块、蓝牙模块和微处理器，其中，GNSS天线3、差分定位模块、通信模块、激光测距模块、运动检测模块、蓝牙模块和微处理器均设置于测量杆上，GNSS天线输与差分定位模块电连接，差分定位模块、通信模块、激光测距模块、运动检测模块、蓝牙模块均与微处理器电连接。

GNSS天线用于接收卫星信号，并将该信号传输至差分定位模块。

通信模块用于接收CORS网络基站发来的差分数据，并将差分数据传输至微处理器。

运动检测模块包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计，检测倾斜测量装置的横滚角roll，俯仰角pitch，偏航角yaw。

差分定位模块用于处理GNSS天线接收的卫星信号，并将其解算成天线相位中心在WGS84坐标系下的经纬度坐标及高度值，同时接收微处理器转发来的差分数据，进行高精度的定位解算，让天线相位中心的定位坐标达到厘米级精度；

激光测距模块用于获取激光测距模块与待测点之间的距离。

微处理器用于根据差分定位模块输出的天线相位中心的厘米级定位坐标、激光测距模块输获取的激光测距模块与待测点之间的距离、倾斜测量装置的横滚角roll、俯仰角pitch和偏航角yaw计算得到待测点的定位值。

蓝牙模块用于将微处理器计算的待测点坐标传输至手持设备。

所述通信模块包括通信天线，所述基于光学测距的倾斜测量装置还包括电源模块。

如附图2所示，在另一优选的实施例中，所述基于光学测距的倾斜测量装置的通信模块为电台模块，通信天线为电台天线，所述电台模块与差分定位模块直接电信号连接。

使用该倾斜测量装置进行测量的步骤如下：

步骤一：对基于光学测距的倾斜测量装置进行指北精度修正。具体地，将基于光学测距的倾斜测量装置置于开阔的地方，GNSS天线接收卫星数据，通信模块接收CORS网络差分数据，使差分定位模块进入厘米级定位状态；将测量杆杆尖置于地面上任意位置，绕杆尖晃动测量杆，微处理器记录多组测量数据，通过对多组测量数据的计算，得到偏航角的准确误差角度α；

步骤二：将基于光学测距的倾斜测量装置的激光光束指向待测点，激光测距模块获取其与待测点之间的距离L，差分定位模块处理根据GNSS天线接收的卫星信号及通信模块接收的差分数据，进行高精度的定位解算，计算得到天线相位中心的厘米级定位数据，控制器根据夹角α、天线相位中心的厘米级定位数据、激光测距模块与待测点之间的距离L以及运动测量模块输出的倾斜测量装置的横滚角roll、俯仰角pitch和偏航角yaw计算得到待测点的高精度定位值。

本发明通过预先对测量装置的指北精度进行修正，对目标点进行一次测量即可得到目标点的高精度定位值，一方面，避免了现有技术中多次对目标点进行的测量中，激光光斑无法准确照射同一点，而导致的测量结果不精确的问题；另一方面，通过一次测量即可获取高精度定位值的方式，简化了测量步骤，减低了测量难度，提升了测量效率。

在另一优选的实施方式中，所述基于光学测距的倾斜测量装置包括整平机构，所述整平机构固定于测量杆上，其用于使所述GNSS天线保持竖直状态。所述整平机构可为一维整平机构、二维整平机构或三维整平机构，具体地所述整平机构为一自由度、二自由度或三自由度的云台，所述云台上设置有云台姿态传感器。

此外，现有的放样方法都是在施工前将需要放样的线条离散成呈一定间距的点，施工人员现场施工时，将这些点的信息导入测量设备中，然后利用测量设备来找这些点，如图4所示，测量设备的显示器41显示离散后的点81以及测量装置的测量点51的位置关系，放样时，需调整测量装置的位置，使其测量点51与点81重合，随后进行标记。这种方法在放样时必须找到预先离散好的点，其不便之处在于找点很繁琐，需要将设备不停的来回移动才能对准该点。

而使用本发明的基于光学测距的倾斜测量装置进行放样时，施工人员无需事先将需要放样的线离散成需要放样的点，而是直接将需要放样的线导入到倾斜测量装置中，施工人员手持倾斜测量装置，此时，显示屏4会显示倾斜测量装置的测量杆杆尖11或倾斜测量装置的激光测距模块2的激光光斑21的坐标点5与待放样线条8的位置关系，施工人员通过扫动倾斜测量装置的杆尖11或激光光斑21，当杆尖11或激光光斑21的坐标点5与待放样线条重叠时，倾斜测量设备会提醒施工人员杆尖11位置或激光光斑21位置以位于放样线条上，可以放样。如此，在放样的过程中，寻找杆尖11或激光光斑21与一条线的交点比寻找杆尖11或激光光斑21与一个点重叠，要简便很多，且施工人员可根据线条的弯曲度，随时调整放样点的疏密度，使放样更加灵活。

使用该基于光学测距的倾斜测量装置的放样方法如下：

步骤一，将待放样的线条坐标信息导入到该基于光学测距的倾斜测量装置中，使显示屏4显示待放样线条8以及倾斜测量装置的测量杆杆尖11或倾斜测量装置的激光测距模块2的激光光斑21的坐标点5；

步骤二，移动倾斜测量装置，使显示屏4中的倾斜测量装置的测量杆杆尖11或倾斜测量装置的激光测距模块2的激光光斑21的坐标点5与待放样线条8重叠；

步骤三，对倾斜测量装置的测量杆杆尖11所在的位置或倾斜测量装置的激光测距模块2的激光光斑21的位置进行标记。

此外，在步骤二中，还可以包括提示倾斜测量装置的测量杆杆尖11或倾斜测量装置的激光测距模块2的激光光斑21坐标与待放样线条重叠的步骤，即当倾斜测量装置的测量杆杆尖11或倾斜测量装置的激光测距模块2的激光光斑21坐标与待放样线条重叠时，倾斜测量装置发出提示音，和/或显示屏显示重叠提醒信息。

本发明通过对倾斜测量设备进行指北补偿，获取高精度指北信息，在对目标点进行倾斜测量时，仅需一次测量即可得到高精度的测量结果，克服现有技术中不能倾斜测量，或者倾斜测量过程中对同一目标点需晃动测量装置获取多组测量数据，测量操作繁琐，测量精度不高的缺陷。此外，本发明采用该基于光学测距的倾斜测量装置进行放样时，可简化放样操作，提高放样的灵活性。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光学测距的倾斜测量装置，其特征在于，包括测量杆、GNSS天线、差分定位模块、通信模块、激光测距模块、运动检测模块、蓝牙模块和微处理器，其中，GNSS天线、差分定位模块、通信模块、激光测距模块、运动检测模块、蓝牙模块和微处理器均设置于测量杆上，GNSS天线输与差分定位模块电连接，差分定位模块、通信模块、激光测距模块、运动检测模块、蓝牙模块均与微处理器电连接；

GNSS天线用于接收卫星信号，并将该信号传输至差分定位模块；

通信模块用于接收基站发来的差分数据，并将差分数据传输至差分定位模块；

运动检测模块用于检测倾斜测量装置的横滚角roll，俯仰角pitch，偏航角yaw；

差分定位模块用于处理GNSS天线接收的卫星信号，并将其解算成天线相位中心在WGS84坐标系下的经纬度坐标及高度值，同时接收微处理器转发来的差分数据，进行高精度的定位解算，让天线相位中心的定位坐标达到厘米级精度；

激光测距模块用于获取激光测距模块与待测点之间的距离；

微处理器用于根据差分定位模块输出的天线相位中心的厘米级定位坐标、激光测距模块输获取的激光测距模块与待测点之间的距离、倾斜测量装置的横滚角roll、俯仰角pitch和偏航角yaw计算得到待测点的定位值;

蓝牙模块用于将微处理器计算的待测点坐标传输至手持设备。

2.根据权利要求1所述的基于光学测距的倾斜测量装置，其特征在于，通信模块为电台模块，通信天线为电台天线，所述电台模块与差分定位模块直接电信号连接，电台模块将其接收的差分数据直接传输至差分定位模块。

3.根据权利要求1或2所述的基于光学测距的倾斜测量装置，其特征在于，所述运动检测模块包括三轴加速度计和三轴陀螺仪。

4.根据权利要求3所述的基于光学测距的倾斜测量装置，其特征在于，运动检测模块还包括三轴磁力计。

5.根据权利要求1或2所述的基于光学测距的倾斜测量装置，其特征在于，所述基于光学测距的倾斜测量装置还包括电源模块和显示屏。

6.根据权利要求1或2所述的基于光学测距的倾斜测量装置，其特征在于，所述通信模块包括通信天线。

7.根据权利要求1或2所述的基于光学测距的倾斜测量装置，其特征在于，所述倾斜测量装置还包括整平机构，所述整平机构固定于测量杆上，其用于使所述GNSS天线保持竖直状态。

8.基于权利要求1-7任意一项所述的基于光学测距的倾斜测量装置的测量方法，其特征在于：

步骤一：对基于光学测距的倾斜测量装置进行指北精度修正，将基于光学测距的倾斜测量装置置于开阔的地带，GNSS天线接收卫星数据，通信模块接收CORS网络差分数据，使差分定位模块进入厘米级定位状态；将测量杆杆尖置于地面上任意位置，绕杆尖晃动测量杆，微处理器记录多组测量数据，通过对多组测量数据的计算，得到偏航角的准确误差角度α；

步骤二：将基于光学测距的倾斜测量装置的激光光束指向待测点，激光测距模块获取其与待测点之间的距离L，差分定位模块处理根据GNSS天线接收的卫星信号及通信模块接收的差分数据，进行高精度的定位解算，计算得到天线相位中心的厘米级定位数据，控制器根据角度α、天线相位中心的厘米级定位数据、激光测距模块与待测点之间的距离L以及运动测量模块输出的倾斜测量装置的横滚角roll、俯仰角pitch和偏航角yaw计算得到待测点的高精度定位值。

9.基于权利要求1-7任意一项所述的基于光学测距的倾斜测量装置的放样方法，其包括：

步骤一，将待放样的线条坐标信息导入到该基于双天线的倾斜测量装置中，使显示屏显示待放样线条以及倾斜测量装置的测量杆杆尖或倾斜测量装置的激光测距仪的激光光斑的坐标点；

步骤二，移动倾斜测量装置，使显示屏中的倾斜测量装置的测量杆杆尖或倾斜测量装置的激光测距仪的激光光斑的坐标点与待放样线条重叠；

步骤三，对倾斜测量装置的测量杆杆尖所在的位置或倾斜测量装置的激光测距仪的激光光斑的位置进行标记。

10.根据权利要求9所述的放样方法，在步骤二中，还包括提示倾斜测量装置的测量杆杆尖或倾斜测量装置的激光测距仪的激光光斑坐标与待放样线条重叠的步骤。