CN109115191A - 全站仪多方位坐标测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全站仪多方位坐标测量方法，所述方法包括：在多体机械结构上建立全局坐标系和局部坐标系，并选定全局坐标系下的至少三个第一坐标点以及局部坐标系下的至少三个第二坐标点；将单台全站仪分多个方位放置，保持各个坐标点的位置不变，利用该全站仪测量每个方位的各个坐标点的位置，以及测量每个方位的各个坐标点的斜距、水平角和垂直角，并将斜距、水平角和垂直角转化为全站仪坐标，从而得到从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵，以及全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵，最后选择误差最小的一个方位测量结果。本发明实现了用单台全站仪对待测坐标点进行多方位测量，可获得相对来说误差小的结果，从而实现高精度的目的。

Description

全站仪多方位坐标测量方法

技术领域

本发明涉及一种坐标测量方法，尤其是一种全站仪多方位坐标测量方法，属于工程测量技术领域。

背景技术

目前，坐标转换在各行各业都已得到广泛应用，关于机械系统刚体研究尤其需要知道刚体质心坐标等参数，如此，进行坐标点的精确测量定位以及高精度的坐标转换计算就显得尤为重要。在水田平地机平地铲上标记兴趣点，依据这些兴趣点通过坐标转换可以得到平地铲的质心位移与姿态角，从而为刚体的定位提供了一种有效的方法(2017，赵祚喜)；而传统测量点坐标方法都是卷尺测量，会造成人工累计误差，不能得到有效的结果，使用全站仪测量可以快速准确获取点的位置(2016，于东海)，全站仪目前广泛应用于工程测量领域，利用两台全站仪建立全站仪双站目标测距模型，精度更高，但是成本高(2012，李君桥)。利用测量机器人进行自动化变形监测，同时采用多台自动全站仪进行设站，测量结果精确，但是操作繁琐，且成本耗资巨大(潘国荣，2016)。

全站仪单台免棱镜测量能有效获取点坐标，但是单方位角度的测量，往往无法满足高精度的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种全站仪多方位坐标测量方法，该方法解决了使用多台全站仪或者购买自动全站仪成本过高，且单方位测量精度不够等问题，提出多方位测量坐标点，并进行多次坐标转换的方法，求解出多体机械结构全局坐标与局部坐标的转换关系，避免了传统全程手工测量耗费人力大、精度低等问题。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

全站仪多方位坐标测量方法，所述方法包括：

在多体机械结构上建立全局坐标系和局部坐标系，并选定全局坐标系下的至少三个第一坐标点以及局部坐标系下的至少三个第二坐标点；

将单台全站仪分多个方位放置，保持各个第一坐标点和各个第二坐标点的位置不变，利用该全站仪测量每个方位的各个第一坐标点和各个第二坐标点的位置，以及测量每个方位的各个第一坐标点和各个第二坐标点的斜距、水平角和垂直角，并将斜距、水平角和垂直角转化为全站仪坐标；

在每个方位测量时，根据各个第一坐标点的全站仪坐标和全局坐标，求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵；将各个第二坐标点的全站仪坐标代入第一转换矩阵，求解得到各个第二坐标点的全局坐标；根据各个第二坐标点的全局坐标和局部坐标，求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵；

在局部坐标系下选取一个第二坐标点，将该第二坐标点的全局坐标代入各个方位的第二转换矩阵，求解得到该第二坐标点的理论局部坐标，并与该第二坐标点的实际局部坐标进行比较，选择误差最小的一个方位对应的第一转换矩阵和第二转换矩阵。

进一步的，所述根据各个第一坐标点的全站仪坐标和全局坐标，求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵，具体包括：

将各个第一坐标点的全站仪坐标和全局坐标代入坐标转换公式，求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵；

当第一坐标点为三个时，直接采用求解出的求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵；当第一坐标点为四个或以上时，选定其中三个从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵误差较小的第一坐标点，重新求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵。

进一步的，所述求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵，具体包括：

求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一旋转矩阵和第一平移矩阵，引入齐次坐标，将第一旋转矩阵和第一平移矩阵合并成第一转换矩阵。

进一步的，所述将第一旋转矩阵和第一平移矩阵合并成第一转换矩阵，如下式：

其中，R表示第一旋转矩阵，T表示第一平移矩阵，P表示第一转换矩阵，(x，y，z)表示第一坐标点的全站仪坐标，(xc，yc，zc)表示第一坐标点的全局坐标，(x，y，z，1)表示第二坐标点的全站仪坐标，(xc，yc，zc，1)表示第二坐标点的全局坐标。

进一步的，所述根据各个第二坐标点的全局坐标和局部坐标，求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵，具体包括：

将各个第二坐标点的全局坐标和局部坐标代入坐标转换公式，求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵；

当第二坐标点为三个时，直接采用求解出的从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵；当第二坐标点为四个或以上时，选定其中三个从全站仪坐标系到全局坐标系的第二转换矩阵误差较小的第二坐标点，重新求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵。

进一步的，所述求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵，具体包括：

求解从全局坐标到局部坐标的第二旋转矩阵和第二平移矩阵，引入齐次坐标，将第二旋转矩阵和第二平移矩阵合并成第二转换矩阵。

进一步的，所述将第二旋转矩阵和第二平移矩阵合并成第二转换矩阵，如下式：

其中，R1表示第二旋转矩阵，T1表示第二平移矩阵，Q表示第二转换矩阵，(xo，yo，zo，1)表示第二坐标点的局部坐标，(xc，yc，zc，1)表示第二坐标点的全局坐标。

进一步的，所述将斜距、水平角和垂直角转化为全站仪坐标，具体包括：

将斜距、水平角和垂直角分别记为S、α和β，以及将全站仪上的三个基本坐标系分别记为XYZ、X1Y1Z1和X2Y2Z2；其中，水平角α为X轴与X1轴之间的夹角，或Y轴与Y1轴之间的夹角，垂直角β为Z1轴与Z2轴之间的夹角，或Y1轴与Y2轴之间的夹角；

根据全站仪上的三个坐标系XYZ、X1Y1Z1和X2Y2Z2中各坐标轴与水平角α、垂直角β的关系，绘制矢量图；其中，Z轴与Z1轴始终重合，X1轴与X2轴始终重合；

根据矢量图绘制配置图，并得到坐标变换表达式；

根据坐标变换表达式，将斜距S、水平角α、垂直角β转化为全站仪坐标。

进一步的，所述坐标变换表达式包括坐标系X1Y1Z1到XYZ的坐标变换表达式以及坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的坐标变换表达式；

所述根据矢量图绘制配置图，并获得坐标关系表达式，具体包括：

矢量图的对应配置图中，两空心点用水平连线表示两个坐标轴重合，两空心点用斜线连接表示两个坐标轴为内部矢量，两空心点不用任何线连接的表示两个坐标轴为外部矢量；

对于坐标系X1Y1Z1到XYZ的坐标变换表达式，当两个坐标轴为同一性质时，坐标系X1Y1Z1的相应坐标前面系数为+cosα，当两个坐标轴为不同性质时，坐标系X1Y1Z1的相应坐标前面系数为±sinα，当两个坐标轴在矢量图中为内部矢量时，坐标系X1Y1Z1的相应坐标前面系数为+sinα，当两个坐标轴在矢量图中为外部矢量时，坐标系X1Y121的相应坐标前面系数为-sinα；

对于坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的坐标变换表达式，当两个坐标轴为同一性质时，坐标系X2Y2Z2的相应坐标前面系数为+cosβ，当两个坐标轴为不同性质时，坐标系X2Y2Z2的相应坐标前面系数为±sinβ，当两个坐标轴在矢量图中为内部矢量时，坐标系X2Y2Z2的相应坐标前面系数为+sinβ，当两个坐标轴在矢量图中为外部矢量时，坐标系X2Y2Z2的相应坐标前面系数为-sinβ。

进一步的，所述坐标系X1Y1Z1到XYZ的坐标变换表达式如下：

x＝cosαx1+sinαy1，y＝cosαy1-sinαx1，z＝z1

则坐标系X1Y1Z1到XYZ的转换矩阵如下：

所述坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的坐标变换表达式如下：

x1＝x2，y1＝cosβy2+sinβz2，z1＝cosβz2-sinβy2

则坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的转换矩阵如下：

则坐标(x2，y2，z2)到坐标(x，y，z)的转换过程如下：

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明采用单台全站仪对待测坐标点进行多方位测量，确保多结果累计择优性，可获得相对来说误差小的结果，从而实现高精度的目的，不仅可以避免使用多台全站仪或者购买自动全站仪成本过高的问题，而且可以避免单方位测量精度不够的问题。

2、本发明采用配置图的方法直接得到全站仪三个坐标系之间的关系，得出全站仪坐标与三个参数之间的关系，比传统的球坐标表示法更新颖、更直观、更有说服力。

3本发明引入齐次坐标的方法，将旋转矩阵和平移矩阵合并成一个转换矩阵，实现线性坐标变换，减少矩阵数量，从而使得坐标转换过程更加简洁明了。

附图说明

图1为本发明实施例1的全站仪多方位坐标测量方法流程图。

图2为本发明实施例1的各坐标系的位置示意图。

图3为本发明实施例1的全站仪放置三个方位对水田激光平地机上的坐标点进行测量的示意图。

图4为本发明实施例1的坐标系XYZ与坐标系X1Y1Z1的关系矢量图。

图5为本发明实施例1的坐标系X1Y1Z1与坐标系X2Y2Z2的关系矢量图。

图6为本发明实施例1的坐标系XYZ与坐标系X1Y1Z1的关系配置图。

图7为本发明实施例1的坐标系X1Y1Z1与坐标系X2Y2Z2的关系配置图。

图8为本发明实施例1的坐标系XYZ、坐标系X1Y1Z1和坐标系X2Y2Z2的关系配置图。

其中，1-台架，2-平地铲，3-宝马标记纸，4-全站仪。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种全站仪多方位坐标测量方法，该方法包括以下步骤：

S101、在多体机械结构上建立全局坐标系和局部坐标系，并选定全局坐标系下的至少三个第一坐标点以及局部坐标系下的至少三个第二坐标点。

如图2所示，本实施例的多体机械结构为1PJ-3.0型水田激光平地机，以1PJ-3.0型水田激光平地机为平台，并用台架1替代拖拉机机身，在台架上建立全局坐标系XcYcZC，将全局坐标系XcYcZC固定在台架1上，在平地铲2上建立局部坐标系XoYoZo，将局部坐标系XoYoZo固定在平地铲上，本实施例选定全局坐标系XcYcZC下的六个第一坐标点An(1≤n≤6，即n＝1，2，...6)，以及局部坐标系XoYoZo下的六个第二坐标点Bn(1≤n≤6，即n＝1，2，...6)，通过人工用卷尺测量第一坐标点An的全局坐标(xc，yc，zc)以及第二坐标点Bn的局部坐标(xo，yo，zo)，如下表1所示，对六个第一坐标点An和六个第二坐标点Bn贴上宝马标记纸3，以便于全站仪4更快速准确捕捉到点的位置。

点序号	xc	yc	zc	点序号	xo	yo	Zo
								A1	-0.037	0	0.45	B1	0.12	0	0.15
A2	0.395	0	1.01	B2	0.068	0.595	0.245
								A3	0.395	-0.05	0.75	B3	0.1	0.465	0.175
A4	0.59	0.58	1.01	B4	0	0.315	0
								A5	0.37	0.29	0.965	B5	0.035	0.045	0.255
A6	0.37	0.54	1.01	B6	0.095	0.15	0.185

表1第一坐标点An的全局坐标与第二坐标点Bn的局部坐标(单位：m)

S102、将单台全站仪分多个方位放置，保持各个第一坐标点和各个第二坐标点的位置不变，利用该全站仪测量每个方位的各个第一坐标点和各个第二坐标点的位置，以及测量每个方位的各个第一坐标点和各个第二坐标点的斜距、水平角和垂直角，并将斜距、水平角和垂直角转化为全站仪坐标。

本实施例的全站仪为KTS460RM系列的全站仪，将单台全站仪分三个方位放置，如图3所示，保持第一坐标点An和第二坐标点Bn的位置不变，采用单台全站仪测量第一坐标点An和第二坐标点Bn共十二个点的位置，全站仪采用免置平的方式测量第一坐标点An和第二坐标点Bn的斜距、水平角和垂直角，将斜距、水平角和垂直角转化为全站仪坐标，也即可以得到第一坐标点An和第二坐标点Bn在三个不同方位下的全站仪坐标；其中，将斜距、水平角和垂直角转化为全站仪坐标，具体包括：

将斜距、水平角和垂直角分别记为S、α和β，以及将全站仪上的三个坐标系分别记为XYZ、X1Y1Z1和X2Y2Z2，坐标系XYZ原点位于全站仪光心处，Y轴与水平角置零方向重合，Z轴与垂直角置零方向重合，X轴由坐标系右手定则确定，A1为全局坐标系下的坐标点An的示例点，B1为局部坐标系下的坐标点Bn的示例点，；其中，水平角α为X轴与X1轴之间的夹角，或Y轴与Y1轴之间的夹角，垂直角β为Z1轴与Z2轴之间的夹角，或Y1轴与Y2轴之间的夹角，当水平角α＝0且垂直角β＝0时，三个基本坐标系对应的三个坐标轴均重合，此时全站仪处于初始状态。

根据全站仪上的三个坐标系XYZ、X1Y1Z1和X2Y2Z2中各坐标轴与水平角α、垂直角β的关系，绘制矢量图，如图4和图5所示；其中，Z轴与Z1轴始终重合，X1轴与X2轴始终重合，斜距S表示各个坐标点在坐标系X2Y2Z2下的坐标始终为(0，0，S)，矢量图中一个坐标轴不动，另外两个坐标轴绕该坐标轴旋转才能与另一坐标系重合。

根据矢量图绘制配置图，具体地，矢量图对应的配置图中，两空心点用水平连线表示两个坐标轴重合，两空心点用斜线连接表示两个坐标轴为内部矢量，两空心点不用任何线连接的表示两个坐标轴为外部矢量，如图6～图8所示，其中图6与图4对应，图7与图5对应，图8为图6和图7结合在一起，用来表示整个坐标变换过程，采用配置图的方法替代传统的球坐标表示法，能够更直观地表示坐标系的关系，并可以得到坐标变换表达式，坐标变换表达式包括坐标系X1Y1Z1到XYZ的坐标变换表达式以及坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的坐标变换表达式。

对于坐标系X1Y1Z1到XYZ的坐标变换表达式，当两个坐标轴为同一性质时，坐标系X1Y1Z1的相应坐标前面系数为+cosα，当两个坐标轴为不同性质时，坐标系X1Y1Z1的相应坐标前面系数为±sinα，当两个坐标轴在矢量图中为内部矢量时，坐标系X1Y1Z1的相应坐标前面系数为+sinα，当两个坐标轴在矢量图中为外部矢量时，坐标系X1Y1Z1的相应坐标前面系数为-sinα。

对于坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的坐标变换表达式，当两个坐标轴为同一性质时，坐标系X2Y2Z2的相应坐标前面系数为+cosβ，当两个坐标轴为不同性质时，坐标系X2Y2Z2的相应坐标前面系数为±sinβ，当两个坐标轴在矢量图中为内部矢量时，坐标系X2Y2Z2的相应坐标前面系数为+sinβ，当两个坐标轴在矢量图中为外部矢量时，坐标系X2Y2Z2的相应坐标前面系数为-sinβ。

所述坐标系X1Y1Z1到XYZ的坐标变换表达式如下：

x＝cosαx1+sinαy1，y＝cosαy1-sinαx1，z＝z1

则坐标系X1Y1Z1到XYZ的转换矩阵如下：

所述坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的坐标变换表达式如下：

x1＝x2，y1＝cosβy2+sinβz2，z1＝cosβz2-sinβy2

则坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的转换矩阵如下：

则坐标(x2，y2，z2)到坐标(x，y，z)的转换过程如下：

根据坐标变换表达式，将斜距、水平角和垂直角转化为全站仪坐标，具体地，将斜距、水平角和垂直角代入上式，转换得到全站仪坐标(x，y，z)；第一坐标点An和第二坐标点Bn的全站仪坐标如下表2。

表2第一坐标点An和第二坐标点Bn的全站仪坐标(单位：m)

S103、在每个方位测量时，根据各个第一坐标点的全站仪坐标和全局坐标，求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵；将各个第二坐标点的全站仪坐标代入第一转换矩阵，求解得到各个第二坐标点的全局坐标；根据各个第二坐标点的全局坐标和局部坐标，求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵。

本实施例中，根据各个第一坐标点的全站仪坐标和全局坐标，求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵，具体包括：

将第一坐标点An的全站仪坐标和全局坐标代入坐标转换公式，该坐标转换公式通过MATLAB用高斯-牛顿迭代法编写出求解程序，逐次选取三个第一坐标点的全站仪坐标和人工测量的全局坐标代入MATLAB编好的求解程序中，求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵，具体包括：

以全站仪的第一个方位为例，对第一坐标点An的测量，根据坐标转换公式：

逐次选取三个第一坐标点的全站仪坐标和人工测量的全局坐标代入MATLAB编好的求解程序中，求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一旋转矩阵和第一平移矩阵。

为了方便计算第二坐标点Bn的全局坐标，引入齐次坐标，将第一旋转矩阵和第一平移矩阵合并成第一转换矩阵，使得坐标变换转为线性变换，第一转换矩阵如下式：

其中，R表示第一旋转矩阵，T表示第一平移矩阵，P表示第一转换矩阵，(x，y，z)表示第一坐标点的全站仪坐标，(xc，yc，zc)表示第一坐标点的全局坐标，(x，y，z，1)表示第二坐标点的全站仪坐标，(xc，yc，zc，1)表示第二坐标点的全局坐标。

选定其中三个从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵误差较小的第一坐标点，本实施例最终选定A1、A2和A6这三个点，这三个点即为基准点，剩下的三个点为试验点，将A1、A2和A6的的全站仪坐标和人工测量的全局坐标代入MATLAB编好的求解程序中，重新求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵，重新求解的第一转换矩阵中，第一旋转矩阵R和第一平移矩阵T中的各参数值如下表3所示。

表3第一旋转矩阵R和第一平移矩阵T中的各参数值

本实施例中，将各个第二坐标点的全站仪坐标代入第一转换矩阵，求解得到各个第二坐标点的全局坐标，具体为：将第二坐标点Bn的全站仪坐标代入上面的第一转换矩阵P，求解得到第二坐标点Bn的全局坐标，第二坐标点Bn的全局坐标如下表4所示。

表4第二坐标点Bn的全局坐标

本实施例中，根据各个第二坐标点的全局坐标和局部坐标，求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵，具体包括：

将第二坐标点Bn的全局坐标和人工测量的局部坐标代入坐标转换公式，该坐标转换公式通过MATLAB用高斯-牛顿迭代法编写出求解程序，逐次选取三个第二坐标点的全局坐标和人工测量的局部坐标代入MATLAB编好的求解程序中，求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵，具体包括：

与第一坐标点An的测量方式相同，根据坐标转换格式，逐次选取三个第二坐标点的全局坐标和人工测量的局部坐标代入MATLAB编好的求解程序中，求解从全局坐标到局部坐标的第二旋转矩阵和第二平移矩阵。

为了方便计算第二坐标点Bn的局部坐标，引入齐次坐标，将第二旋转矩阵和第二平移矩阵合并成第二转换矩阵，使得坐标变换转为线性变换，第二转换矩阵如下式：

其中，R1表示第二旋转矩阵，T1表示第二平移矩阵，Q表示第二转换矩阵，(xo，yo，zo，1)表示第二坐标点的局部坐标，(xc，yc，zc，1)表示第二坐标点的全局坐标。

选定其中三个从全站仪坐标系到全局坐标系的第二转换矩阵误差较小的第二坐标点，本实施例最终选定B3、B5和B6这三个点，这三个点即为基准点，剩下的三个点为试验点，将B3、B5和B6的全局坐标和人工测量的局部坐标代入MATLAB编好的求解程序中，重新求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵，重新求解的第二转换矩阵中，第二旋转矩阵R1和第二平移矩阵T1中的各参数值如下表5所示。

表5第二旋转矩阵R1和第二平移矩阵T1中的各参数值

S104、在局部坐标系下选取一个第二坐标点，将该第二坐标点的全局坐标代入各个方位的第二转换矩阵，求解得到该第二坐标点的理论局部坐标，并与该第二坐标点的实际局部坐标进行比较，选择误差最小的一个方位对应的第一转换矩阵和第二转换矩阵。

从第二坐标点Bn剩下的三个点中选取一个点，本实施例选取B4这个点，将B4代入各个方位的第二转换矩阵，以第一个方位为例，求解得到该方位下B4的理论局部坐标(0.0071，0.3152，0.0002)，与B4的实际局部坐标(0，0.315，0)进行比较，可知该方位的测量精度为7mm，以同样方式，求解得到另外两个方位下B4的理论局部坐标，从而得到另外两个方位的测量精度，比较三组测量精度，选择精度最高(即误差最小)的第一转换矩阵和第二转换矩阵，实现了高精度的目的，根据选择的第一转换矩阵和第二转换矩阵，此后即可通过全站仪测量的斜距、水平角和垂直角，来获得坐标点的全局坐标和局部坐标。

综上所述，本发明采用单台全站仪对待测坐标点进行多方位测量，确保多结果累计择优性，可获得相对来说误差小的结果，从而实现高精度的目的，不仅可以避免使用多台全站仪或者购买自动全站仪成本过高的问题，而且可以避免单方位测量精度不够的问题。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.全站仪多方位坐标测量方法，其特征在于：所述方法包括：

在多体机械结构上建立全局坐标系和局部坐标系，并选定全局坐标系下的至少三个第一坐标点以及局部坐标系下的至少三个第二坐标点；

将单台全站仪分多个方位放置，保持各个第一坐标点和各个第二坐标点的位置不变，利用该全站仪测量每个方位的各个第一坐标点和各个第二坐标点的位置，以及测量每个方位的各个第一坐标点和各个第二坐标点的斜距、水平角和垂直角，并将斜距、水平角和垂直角转化为全站仪坐标；

在每个方位测量时，根据各个第一坐标点的全站仪坐标和全局坐标，求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵；将各个第二坐标点的全站仪坐标代入第一转换矩阵，求解得到各个第二坐标点的全局坐标；根据各个第二坐标点的全局坐标和局部坐标，求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵；

在局部坐标系下选取一个第二坐标点，将该第二坐标点的全局坐标代入各个方位的第二转换矩阵，求解得到该第二坐标点的理论局部坐标，并与该第二坐标点的实际局部坐标进行比较，选择误差最小的一个方位对应的第一转换矩阵和第二转换矩阵。

2.根据权利要求1所述的全站仪多方位坐标测量方法，其特征在于：所述根据各个第一坐标点的全站仪坐标和全局坐标，求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵，具体包括：

将各个第一坐标点的全站仪坐标和全局坐标代入坐标转换公式，求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵；

当第一坐标点为三个时，直接采用求解出的求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵；当第一坐标点为四个或以上时，选定其中三个从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵误差较小的第一坐标点，重新求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵。

3.根据权利要求1所述的全站仪多方位坐标测量方法，其特征在于：所述求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一转换矩阵，具体包括：

求解从全站仪坐标系到全局坐标系的第一旋转矩阵和第一平移矩阵，引入齐次坐标，将第一旋转矩阵和第一平移矩阵合并成第一转换矩阵。

4.根据权利要求3所述的全站仪多方位坐标测量方法，其特征在于：所述将第一旋转矩阵和第一平移矩阵合并成第一转换矩阵，如下式：

其中，R表示第一旋转矩阵，T表示第一平移矩阵，P表示第一转换矩阵，(x,y,z)表示第一坐标点的全站仪坐标，(xc,yc,zc)表示第一坐标点的全局坐标，(x,y,z,1)表示第二坐标点的全站仪坐标，(xc,yc,zc,1)表示第二坐标点的全局坐标。

5.根据权利要求1所述的全站仪多方位坐标测量方法，其特征在于：所述根据各个第二坐标点的全局坐标和局部坐标，求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵，具体包括：

将各个第二坐标点的全局坐标和局部坐标代入坐标转换公式，求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵；

当第二坐标点为三个时，直接采用求解出的从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵；当第二坐标点为四个或以上时，选定其中三个从全站仪坐标系到全局坐标系的第二转换矩阵误差较小的第二坐标点，重新求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵。

6.根据权利要求1所述的全站仪多方位坐标测量方法，其特征在于：所述求解从全局坐标到局部坐标的第二转换矩阵，具体包括：

求解从全局坐标到局部坐标的第二旋转矩阵和第二平移矩阵，引入齐次坐标，将第二旋转矩阵和第二平移矩阵合并成第二转换矩阵。

7.根据权利要求6所述的全站仪多方位坐标测量方法，其特征在于：所述将第二旋转矩阵和第二平移矩阵合并成第二转换矩阵，如下式：

其中，R1表示第二旋转矩阵，T1表示第二平移矩阵，Q表示第二转换矩阵，(xo,yo,zo,1)表示第二坐标点的局部坐标，(xc,yc,zc,1)表示第二坐标点的全局坐标。

8.根据权利要求1-7任一项所述的全站仪多方位坐标测量方法，其特征在于：所述将斜距、水平角和垂直角转化为全站仪坐标，具体包括：

将斜距、水平角和垂直角分别记为S、α和β，以及将全站仪上的三个基本坐标系分别记为XYZ、X1Y1Z1和X2Y2Z2；其中，水平角α为X轴与X1轴之间的夹角，或Y轴与Y1轴之间的夹角，垂直角β为Z1轴与Z2轴之间的夹角，或Y1轴与Y2轴之间的夹角；

根据全站仪上的三个坐标系XYZ、X1Y1Z1和X2Y2Z2中各坐标轴与水平角α、垂直角β的关系，绘制矢量图；其中，Z轴与Z1轴始终重合，X1轴与X2轴始终重合；

根据矢量图绘制配置图，并得到坐标变换表达式；

根据坐标变换表达式，将斜距S、水平角α、垂直角β转化为全站仪坐标。

9.根据权利要求8所述的全站仪多方位坐标测量方法，其特征在于：所述坐标变换表达式包括坐标系X1Y1Z1到XYZ的坐标变换表达式以及坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的坐标变换表达式；

所述根据矢量图绘制配置图，并获得坐标关系表达式，具体包括：

矢量图的对应配置图中，两空心点用水平连线表示两个坐标轴重合，两空心点用斜线连接表示两个坐标轴为内部矢量，两空心点不用任何线连接的表示两个坐标轴为外部矢量；

对于坐标系X1Y1Z1到XYZ的坐标变换表达式，当两个坐标轴为同一性质时，坐标系X1Y1Z1的相应坐标前面系数为+cosα，当两个坐标轴为不同性质时，坐标系X1Y1Z1的相应坐标前面系数为±sinα，当两个坐标轴在矢量图中为内部矢量时，坐标系X1Y1Z1的相应坐标前面系数为+sinα，当两个坐标轴在矢量图中为外部矢量时，坐标系X1Y1Z1的相应坐标前面系数为-sinα；

对于坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的坐标变换表达式，当两个坐标轴为同一性质时，坐标系X2Y2Z2的相应坐标前面系数为+cosβ，当两个坐标轴为不同性质时，坐标系X2Y2Z2的相应坐标前面系数为±sinβ，当两个坐标轴在矢量图中为内部矢量时，坐标系X2Y222的相应坐标前面系数为+sinβ，当两个坐标轴在矢量图中为外部矢量时，坐标系X2Y2Z2的相应坐标前面系数为-sinβ。

10.根据权利要求9所述的全站仪多方位坐标测量方法，其特征在于：

所述坐标系X1Y1Z1到XYZ的坐标变换表达式如下：

x＝cosαx1+sinαy1，y＝cosαy1-sinαx1，z＝z1

则坐标系X1Y1Z1到XYZ的转换矩阵如下：

所述坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的坐标变换表达式如下：

x1＝x2，y1＝cosβy2+sinβz2，z1＝cosβz2-sinβy2

则坐标系X2Y2Z2到X1Y1Z1的转换矩阵如下：

则坐标(x2，y2，z2)到坐标(x，y，z)的转换过程如下：