CN110763195A

CN110763195A - 便携式地形剖面精准测量装置及方法

Info

Publication number: CN110763195A
Application number: CN201911108789.1A
Authority: CN
Inventors: 刘杰; 高伟; 李萍; 徐元芹
Original assignee: First Institute of Oceanography MNR; Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology Development Center
Current assignee: First Institute of Oceanography MNR; Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology Development Center
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2020-02-07

Abstract

便携式地形剖面精准测量装置及方法，包括由支撑腿支撑的平台，其下方安装刚性吊杆，吊杆底端的球形转轴吊挂由GNSS接收机、刚性连接杆、陀螺仪、重锤和激光测距仪组成的定位测量模块；GNSS接收机顶部与球形转轴连接、下方为刚性连接杆，刚性连接杆下端为重锤，重锤上方安装陀螺仪、底部正中有激光测距仪。其方法包括将装置放置于待测点，在重力作用下定位测量模块快速达到竖直；当陀螺仪测到定位测量模块稳定后，通过GNSS接收机和激光测距仪分别对GNSS接收机的空间位置信息和激光测距仪距离地面的距离进行测量。本发明无需人工扶正，达到竖直后自动测量，最大限度减少人为干扰；通过激光测距仪的修正消除了下陷对测量的影响。

Description

便携式地形剖面精准测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种地形剖面测量设备，更具体的说，是涉及一种快速、精确获取地形剖面数据的测量装置及方法，且测量结果不受人工误差和土壤松软等因素的影响。

背景技术

RTK（Real - time kinematic）实时动态载波相位差分技术是实时处理两个测量站载波相位测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差并解算坐标。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息传送给流动站。流动站不仅接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果。流动站主要由GNSS接收机、对中杆、手簿主机等组成，在实际的地形剖面测量过程中，需要将GNSS接收机安装到对中杆的顶端，人工将对中杆的尾尖置于地面，并进行整平（即使圆水准器气泡居中），保证仪器竖轴处于铅垂状态，此时记录下该点位的经纬度和高程信息，扣除对中杆的长度后，即为测点的真实高程。

利用传统装置和方法进行松软或松散沉积体的地形剖面测量时，会存在两方面的问题：一方面，以进行沙滩地形剖面测量为例，将对中杆的尾尖置于沙滩表面上时，尾尖很容易陷入沉积物中，导致测量获得的高程数据产生误差；另一方面，在人工扶正设备，使设备保持竖直的过程中，风吹或身体的轻微晃动等都不可避免的会导致设备状态发生变化，对测量的精度产生或多或少的影响。

本发明的目的是提供一种可以快速进行单点空间位置信息精准测量的装置和方法，将其放置于测量位置后，可以自动使设备处于竖直状态，并测量该点位的三维空间信息，消除了传统设备的缺陷和人为因素的干扰，为传统测绘和海岸带地形剖面测量技术提供了重要的技术手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式地形剖面精准测量装置及方法，以克服现有技术的不足。

一种便携式地形剖面精准测量装置，包括控制模块、通信模块和蜂鸣器，其特征在于还包括支架，该支架顶部为一平台，平台下方由支撑腿支撑；平台中央的下方垂直安装一刚性吊杆，吊杆的底端装有一球形转轴，球形转轴的下方吊挂定位测量模块，定位测量模块由GNSS接收机、刚性连接杆、陀螺仪、重锤和激光测距仪组成；其中，GNSS接收机的正上方设有一用于连接球形转轴的球形卡槽，正下方与刚性连接杆相连，刚性连接杆的下端连接重锤，重锤的上方安装有陀螺仪、底部正中装有激光测距仪；整个定位测量模块通过GNSS接收机正上方的球形卡槽与球形转轴连接，且定位测量模块可绕球形转轴转动；平台上表面的中央垂直安装刚性提杆。

所述平台由十字架及其外圆框组成；所述刚性吊杆安装于十字架交叉点的正下方；所述刚性提杆安装于十字架交叉点的正上方。

所述刚性提杆的顶端设有水平提把，提把上集成安装控制模块、通信模块和蜂鸣器； GNSS接收机的天线安装在支架的上方。

所述重锤的内部设有电池仓，该电池仓内部装有为包括GNSS接收机和激光测距仪在内的设备进行供电的电池组。

所述GNSS接收机正上方的球形卡槽与球形转轴之间设有阻尼装置，便于将便携式地形剖面精准测量装置放置于某一测量点后，所述定位测量模块能够快速达到稳定状态。

所述控制模块包括控制按钮、状态显示器、单片机和数据存储模块。

利用所述的装置进行地形精准测量的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）架设基准站并检查设备的运行情况；

2）装置开机，使便携式地形剖面精准测量装置处于工作状态，并将其与手簿连接，新建工程文件并设置好参数后即可开始测量工作；

3）手提刚性提杆将所述装置放置于待测点，点击测量按钮，在重力作用下，由GNSS接收机、刚性连接杆、陀螺仪、重锤和激光测距仪组成的定位测量模块快速达到竖直；

4）当陀螺仪监测到定位测量模块稳定后，通过GNSS接收机和激光测距仪分别对GNSS接收机的空间位置信息和激光测距仪距离地面的垂直距离进行测量，并进行存储，存储的信息包括GNSS接收机测得的经度数据x、纬度数据y和高程数据z，激光测距仪测得其距离地面的垂直距离z′；

5）该点位的测量和数据记录工作完成后，将装置移动至下一测量点，重复步骤（3）、（4），直至完成所有预设站位的测量工作。

所述步骤5）中，该点位的测量和数据记录工作完成后，蜂鸣器自动发声，表示该点位的测量工作结束。

所述步骤4）中还包括计算该点位地形实际高程的步骤：

实际地形高程h为GNSS接收机测得的高程z减去激光测距仪测得的高程z′后再减去激光测距仪与GNSS接收机之间的高度差h′，

即该点的实际地形高程h=z - z′- h′。

发明优点

相比于现有的测量技术和方法，本发明所述装置具有以下显著优点：

1、将本发明所述装置放置于待测点后，不需要人工扶正设备，测量装置会自动呈现竖直状态，且在达到竖直状态后自动测量该位置的经纬度坐标以及精确的高程数据，最大限度减少人为因素对测量结果的干扰；

2、将现有的地形剖面测量装置和本发明所述装置放置于不同类型沉积体的表面后，装置的支架腿都会不同程度的陷入沉积物中，且装置的支架腿在不同类型沉积体上下沉的深度也会有所差异。但通过激光测距仪测得的离底高程数据对本发明所述装置所测三维空间数据中高程数据的修正，可消除装备支架陷入沉积物中对测量数据的影响，相比于现有的技术和方法，具有显著的优越性。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明的总体结构示意图。

其中，1、支架，2、刚性吊杆，3、球形转轴，4、GNSS接收机，5、刚性连接杆，6、陀螺仪，7、重锤，8、激光测距仪，9、天线，10、刚性提杆，11、控制按钮，12、状态显示器，13、单片机，14、通信模块，15、数据存储模块，16、蜂鸣器。

具体实施方式

如图1、2所示，一种便携式地形剖面精准测量装置，包括控制模块，其特征在于还包括支架1，该支架1顶部为一平台，该平台由十字架及其外圆框组成，平台下方由支撑腿支撑；十字架中部交叉点的正下方垂直安装一刚性吊杆2，吊杆2的底端装有一球形转轴3，球形转轴3的下方吊挂定位测量模块，定位测量模块由GNSS接收机4、刚性连接杆5、陀螺仪6、重锤7和激光测距仪8组成；其中，GNSS接收机4的正上方设有一用于连接球形转轴3的球形卡槽，正下方与刚性连接杆5相连，刚性连接杆5的下端连接重锤7，重锤7的上方安装有陀螺仪6、底部正中装有激光测距仪8；定位测量模块通过GNSS接收机4正上方的球形卡槽与球形转轴3连接，且定位测量模块可绕球形转轴3转动；支架1顶部十字架中部交叉点的正上方垂直安装刚性提杆10，刚性提杆10的顶端设有水平提把，提把上集成安装控制模块、通信模块14和蜂鸣器16； GNSS接收机4的天线9安装在支架1的上方。

所述重锤7上还有电池仓，该电池仓内部装有为包括GNSS接收机4和激光测距仪8在内的设备进行供电的电池组。

所述GNSS接收机4正上方的球形卡槽与球形转轴3之间设有阻尼装置，便于将便携式地形剖面精准测量装置放置于某一测量点后，所述定位测量模块能够快速达到稳定状态。

所述控制模块包括控制按钮11、状态显示器12、单片机13和数据存储模块15。

该装置可配合常用的测绘手簿主机和软件使用。

该装置的使用方法如下：

（1）架设基准站，并检查设备的运行情况；

（2）将满电的电池组装入重锤7中，使便携式地形剖面精准测量装置处于工作状态，并将其与手簿连接，新建工程文件并设置好参数后即可开始测量工作；

（3）手提提杆10将装置放置于待测点，点击控制按钮11里的测量按钮，在重力作用下，由GNSS接收机4、刚性连接杆5、陀螺仪6、重锤7和激光测距仪8组成的定位测量模块可快速整平；

（4）当陀螺仪6监测到定位测量模块稳定后，单片机13控制GNSS接收机4和激光测距仪8对GNSS接收机4的空间位置信息、激光测距仪8距离地面的垂直距离进行测量，并记录到数据存储模块15中，数据存储模块15中记录的数据内容包括站位号，GNSS接收机4测得的经度数据x、纬度数据y和高程数据z，激光测距仪8测得其距离地面的垂直距离z′；

（5）该站位的测量和数据记录工作完成后，蜂鸣器16自动发声，表示该点位的测量工作结束；

（6）将便携式地形剖面精准测量装置移动至下一测量点位，重复步骤（3）、（4）和（5），直至完成所有预设站位的测量工作；

（7）针对某个测量点位，通过GNSS接收机4测得的经度数据x、纬度数据y为其真实位置，该点的地形高程h=z - z′- h′，其中，z为GNSS接收机4测得的高程，z′为激光测距仪8测得的高程，h′为激光测距仪8与GNSS接收机4之间的高度差。

Claims

1.一种便携式地形剖面精准测量装置，包括控制模块、通信模块（14）和蜂鸣器（16），其特征在于还包括支架（1），该支架（1）顶部为一平台，平台下方由支撑腿支撑；平台中央的下方垂直安装一刚性吊杆（2），吊杆（2）的底端装有一球形转轴（3），球形转轴（3）的下方吊挂定位测量模块，定位测量模块由GNSS接收机（4）、刚性连接杆（5）、陀螺仪（6）、重锤（7）和激光测距仪（8）组成；其中，GNSS接收机（4）的正上方设有一用于连接球形转轴（3）的球形卡槽，正下方与刚性连接杆（5）相连，刚性连接杆（5）的下端连接重锤（7），重锤（7）的上方安装有陀螺仪（6）、底部正中装有激光测距仪（8）；整个定位测量模块通过GNSS接收机（4）正上方的球形卡槽与球形转轴（3）连接，且定位测量模块可绕球形转轴（3）转动；平台上表面的中央垂直安装刚性提杆（10）。

2.如权利要求1所述的一种便携式地形剖面精准测量装置，其特征在于所述平台由十字架及其外圆框组成；所述刚性吊杆（2）安装于十字架交叉点的正下方；所述刚性提杆（10）安装于十字架交叉点的正上方。

3.如权利要求1或2所述的一种便携式地形剖面精准测量装置，其特征在于所述刚性提杆（10）的顶端设有水平提把，提把上集成安装控制模块、通信模块（14）和蜂鸣器（16）；GNSS接收机（4）的天线（9）安装在支架（1）的上方。

4.如权利要求1或2所述的一种便携式地形剖面精准测量装置，其特征在于所述重锤（7）的内部设有电池仓，该电池仓内部装有为包括GNSS接收机（4）和激光测距仪（8）在内的设备进行供电的电池组。

5.如权利要求1或2所述的一种便携式地形剖面精准测量装置，其特征在于所述GNSS接收机（4）正上方的球形卡槽与球形转轴（3）之间设有阻尼装置，便于将便携式地形剖面精准测量装置放置于某一测量点后，所述定位测量模块能够快速达到稳定状态。

6.如权利要求1或2所述的一种便携式地形剖面精准测量装置，其特征在于所述控制模块包括控制按钮（11）、状态显示器（12）、单片机（13）和数据存储模块（15）。

7.利用权利要求1所述的装置进行地形精准测量的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）架设基准站并检查设备的运行情况；

3）手提刚性提杆（10）将所述装置放置于待测点，点击测量按钮，在重力作用下，由GNSS接收机（4）、刚性连接杆（5）、陀螺仪（6）、重锤（7）和激光测距仪（8）组成的定位测量模块快速达到竖直；

4）当陀螺仪（6）监测到定位测量模块稳定后，通过GNSS接收机（4）和激光测距仪（8）分别对GNSS接收机（4）的空间位置信息和激光测距仪（8）距离地面的垂直距离进行测量，并进行存储，存储的信息包括GNSS接收机（4）测得的经度数据x、纬度数据y和高程数据z，激光测距仪（8）测得其距离地面的垂直距离z′；

8.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于所述步骤5）中，该点位的测量和数据记录工作完成后，蜂鸣器（16）自动发声，表示该点位的测量工作结束。

9.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于所述步骤4）中还包括计算该点位地形实际高程的步骤：

实际地形高程h为GNSS接收机（4）测得的高程z减去激光测距仪（8）测得的高程z′后再减去激光测距仪（8）与GNSS接收机（4）之间的高度差h′，

即该点的实际地形高程h= z - z′- h′。