CN108036763A - 测距全站仪 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
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    • G01C5/00—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels

Abstract

阐述了通过测定满足垂直关系的3个距离m、n、q，求得垂直角α、γ，水平角β，水平距离DFG，高差HGC和待测量点C的三维坐标x3、y3、h3。利用本方法，可以实现无垂直角度盘和水平角度盘，只测定3个空间距离即可获得传统全站仪测量的水平角、垂直角、距离、高差和空间三维坐标值。

Description

测距全站仪
技术领域
本发明专利属于测会仪器设备领域，是一种通过测定满足垂直关系的3个测距来测量垂直角α、γ，水平角β，水平距离DFG，高差HGC和待测量点C的三维坐标x3、y3、h3的新方法。
背景技术
随着光电测距技术发展，高精度距离测量容易实现；相反，高精度角度测量，需要精密的角度盘，不容易达到很高的精度。本方法提出通过测量满足垂直关系的3个距离，实现无水平测角度盘和垂直测角度盘的测量。这种方法简化传了统全站仪的内部结构，降低仪器生产成本，降低测量仪器操作难度，提高测量工作效率。
传统测量仪器，如经纬仪、全站仪，都带有垂直角度盘和水平角度盘，具有仪器自身重，结构复杂，操作麻烦等特点。本方法如图1所示，通过测定满足垂直关系的3个距离m、n、p，计算被测量点C的空间三维坐标x3、y3、h3。这种方法的优点是不需要测量垂直角和水平角，就可以实现传统全站仪的测量功能。
发明内容
如图1所示：已知测站点O的三维坐标为O(x2,y2,h2)，后视点A的平面坐标为A(x1,y1)，在同一铅垂线上的测距头1、测距头2测得其到待定点C的距离分别为m、n，与测距头2在同一水平面上的测距头3测得其到待定点C的距离为p, 测距头1、测距头2间的铅锤距离为q，近地面的测距头2到地面的铅锤距离为i。EF竖直，FH水平，EF垂直于FH。测距头2、测距头3的水平距离为d，CD为水平辅助线，即C点到EF的水平距离。根据上述几何关系及测定的距离值m、n、p，可以计算求得垂直角α、γ，水平角β，水平距离DFG，高差HGC和待测量点C的三维坐标x3、y3、h3。
计算方法如下：
1.根据O点平面坐标x2,y2，A点平面坐标x1,y1，通过坐标反算可得OA的坐标方位角αOA:
①当x1-x2=0，y1-y2>0时，αOA=90º；
②当x1-x2=0，y1-y2<0时，αOA=270º；
③当x1-x2<0，αOA=arctan[(y1-y2)÷(x1-x2)]+180º；
④当x1-x2>0，y1-y2≥0时，αOA=arctan[(y1-y2)÷(x1-x2)]；
⑤当x1-x2>0，y1-y2<0时，αOA=arctan[(y1-y2)÷(x1-x2)]+360º；
2. 根据正反坐标方位角的关系，αAO =αOA±180º(αOA <180º,取正号；αOA≥180º,取负号)。
3.根据测距头所测距离m、n，测距头1、测距头2的铅锤距离q，如图1所示，在铅锤面内的ΔCEF中，利用余弦定理可求得角度α、γ，可计算F点、C点之间的水平距离DFG和C点到水平面FHG的铅锤距离HGC：
①当α<90º、γ<90º, DFG=m×sin(α) =n×sin(γ)，HGC= n×cos(γ)；
②当α=90º, DFG=m，HGC=q；
③当γ=90º, DFG=n，HGC=0；
④当α>90º、γ<90º, DFG=n×sin(γ) ，HGC=n×cos(γ)；
⑤当α<90º、γ>90º, DFG=m×sin(α) ，HGC= -[n×cos(180º-γ)]（负号表示待测点C的标高低于F点标高）；
4. 在ΔHCG中，水平距离DHG=(p2-HGC 2)(1/2)。
5.在ΔHGF中，利用余弦定理可求得FA和FG之间的水平夹角β。
6.计算OC的坐标方位角αOC:
①当水平角β为左侧角时，即β在测量前进方向A→F→C的左侧：
αOC=αAO+β±180º
如果αAO +β≥180º,减180º；如果αAO +β<180º,加180º(如果(αAO +β)>360 º，先减去360º，再判断加减180º)。
②当水平角β为右侧角时，即β在测量前进方向A→F→C的右侧：
αOC =αAO -β±180º
如果(αAO -β) ≥180º,减180º；如果(αAO -β)<180º,加180º（如果(αAO -β) <0º，先加360º，再判断加减180º）。
7.计算C点三维坐标x3,y3,h3：
x3= x2+ DFG×cos(αOC)
y3= y2+ DFG×sin(αOC)
h3= h2+i+HGC
附图说明：
图1为测距空间三维坐标测量方法原理示意图，图2为测距空间三维坐标测量方法简化示意图，图中各参数代表的意义如下：
O(x2,y2,h2): 测距杆所在地面点坐标
A(x1,y1): 测距杆后视点平面坐标（不需要高程，仅用来确定方向）
C(x3,y3,h3): 待测定点坐标
G: 为待测定点C在水平面FHG内的投影
i: 测距头2到地面的铅锤线距离
q: 测距头1与测距头2间的铅锤线距离
d: 测距头2与测距头3间的水平距离
m: 测距头1所测其到待定点C的空间距离
n: 测距头2所测其到待定点C的空间距离
p: 测距头3所测其到待定点C的空间距离
α: 测距头1与C点的连线，在竖直面内与测距杆EF的夹角
γ: 测距头2与C点的连线，在竖直面内与测距杆EF的夹角
ω: γ的余角，ω=90º -γ
θ: 测距头3与待测定点C的连线，与水平面FHG所成的线面角
β: 测量点C与后视点A在水平面内的夹角
具体实施方式：
测量时将测量杆FE安置在地面已知点O上，使E、F、O三点在一条铅锤线上，由于FH垂直于FE，那么FH就在一条水平线上。旋转FH瞄准后视点A，然后旋转3个测距头瞄准待测点C，分别测出距离m、n、q，利用上述原理即可求得垂直角α、γ，水平角β，水平距离DFG，高差HGC和待测量点C的三维坐标x3、y3、h3。

Claims (3)

1.通过测定满足垂直关系的3个空间距离测量垂直角α、γ和水平角β的方法。
2.通过测定满足垂直关系的3个空间距离测量两点间的水平距离DFG和高差HGC的方法。
3.通过测定满足垂直关系的3个空间距离测量点的三维坐标x3、y3、h3的方法。
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