CN114812495B - 一种基于激光测距的水准测量装置、测量系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水准测量领域，具体涉及一种基于激光测距的水准测量装置、测量系统及测量方法，该水准测量装置包括水平旋转调整组件、设于水平旋转调整组件输出端的竖直旋转调整组件以及设于竖直旋转调整组件输出端的底板，所述底板的下端设有激光测距传感器，所述激光测距传感器的激光反射信号接收屏的中心点为水平旋转调整组件的旋转轴与竖直旋转调整组件的旋转轴的交点。本发明的目的在于提供一种基于激光测距的水准测量装置、测量系统及测量方法，解决了传统水准测量方式存在成本较高、使用不便捷、测量效率较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水准测量领域，具体涉及一种基于激光测距的水准测量装置、测量系统及测量方法。
背景技术
水准测量所使用的仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫，水准仪按其精度可分为DS05、DS1、DS2、DS3和DS10等五个等级，建筑工程测量广泛使用DS3级水准仪。其他测量工具有的也能用于水准测量，如三角高程测量用全站仪进行测量，使用常规全站仪进行三角高程测量是在两点分别架设全站仪和棱镜，根据由测站向照准点所观测的竖直角和两点间斜距，运用三角函数计算两点间的高差。
现有技术中存在的问题和缺点：DS3、DS05、DS1、DS10型水准仪需要精确调平，且需要读前后标尺读数，并且不能自动计算高差，且使用起来效率低；南方电子水准仪dl2007需要精确调平，且需要使用标尺，如果按键力度太大会引起仪器震动；使用常规全站仪进行三角高程测量，测量角度精度有误差，且距离越大误差累计。由于使用手动旋转的方式进行调节，水平方向调节完毕后竖直方向的调节可能会改变水平方向，不能自动计算目标点相对仪器的高差。总的来说，上述测量水准的方式都存在成本较高、使用不便捷、测量效率较低的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种基于激光测距的水准测量装置、测量系统及测量方法，解决了传统水准测量方式存在成本较高、使用不便捷、测量效率较低的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于激光测距的水准测量装置，其包括水平旋转调整组件、设于水平旋转调整组件输出端的竖直旋转调整组件以及设于竖直旋转调整组件输出端的底板，所述底板的下端设有激光测距传感器，所述激光测距传感器的激光反射信号接收屏的中心点为水平旋转调整组件的旋转轴与竖直旋转调整组件的旋转轴的交点。
其中，所述水平旋转调整组件包括底座及转动设置于底座的转盘；所述竖直旋转调整组件包括支架及装设于支架的舵机，所述支架装设于转盘，所述底板装设于舵机的输出端。
其中，所述转盘还装设有主控板、电源及显示屏，所述激光测距传感器、舵机、电源及显示屏均与主控板电连接。
其中，所述底板的上端设有带十字形的望远镜。
本发明还公开了一种基于激光测距的水准测量系统，该系统包括第一竖杆、与第一竖杆间隔设置的第二竖杆及设置于垂直相切于第一竖杆与第二竖杆之间的平面的上述水准测量装置，所述第一竖杆的竖直方向上设有两个第一反射片，所述第二竖杆的竖直方向上设有两个第二反射片，两个第一反射片的中心距离与两个第二反射片的中心距离一致，两个第一反射片的中心距离为500mm，第一反射片及第二反射片均为边长为30mm的正方形。
另外，本发明还公开了一种应用于上述水准测量系统的水准测量方法，其包括以下步骤：
A.将第一竖杆放置于已知点A，选取第一竖杆上端的第一反射片的中心点为目标点A1，第一竖杆下端的第一反射片的中心点为目标点A2；
B.将第二竖杆放置于待测点B，选取第二竖杆上端的第二反射片的中心点为目标点B1，第二竖杆下端的第二反射片的中心点为目标点B2；
C.将水准待测装置放置于已知点A与待测点B之间的所在直线上；
D.选取激光测距传感器的激光反射信号接收屏的中心点为仪器中心，调节水平旋转调整组件以及竖直旋转调整组件，同时启动启动激光测距传感器，启动激光测距传感器使得其发出的激光点落于目标点A1、目标点A2、目标点B1及目标点B2，并记录仪器中心至目标点A1的距离d1、仪器中心至目标点A2的距离d2、仪器中心至目标点B1的距离d3及仪器中心至目标点B2的距离d4；
F.根据D步骤中的d1、d2、d3及d4，由主控板计算出仪器中心至目标点A1所在直线与第一竖杆之间的角度α的cosα、仪器中心至目标点B1所在直线与第二竖杆之间的角度β的cosα、目标点A1与仪器中心的高差h1以及目标点B1与仪器中心的高差h2；
G.得出已知点与待测点之间的高度差为|h2-h1|。
其中，步骤F中主控板的计算过程为：
cosα＝(d12+5002-d22)/1000×d1、
cosβ＝(d32+5002-d42)/1000×d3、
h1＝d1×cosα、h2＝d3×cosβ。
本发明的有益效果：
解决了传统水准测量方式存在成本较高、使用不便捷、测量效率较低的问题：本发明的一种基于激光测距的水准测量装置、测量系统及测量方法，通过测量仪器中心与目标点A1及目标点A2的距离，无需读标尺即可通过计算自动得出目标点A1与仪器中心的高差h1以及目标点B1与仪器中心的高差h2，使用便捷；同时由于无需使用标尺，减少了一定的读数误差与购买标尺的成本，测量效率更高。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的测量装置的结构示意图。
图2为本发明的测量系统的结构示意图。
附图标记
水平旋转调整组件--100，底板--101，转盘--102，螺母--103，显示屏--104，
竖直旋转调整组件--200，支架--201，舵机--202，
底座--301，激光测距传感器--302，望远镜--303，
水准测量装置--401，第一竖杆--402，第二竖杆--403，第一反射片--404，第二反射片--405。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的······方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，本实施例公开了一种基于激光测距的水准测量装置，其包括水平旋转调整组件100、设于水平旋转调整组件100输出端的竖直旋转调整组件200以及设于竖直旋转调整组件200输出端的底座301，所述底座301的下端设有激光测距传感器302，该激光测距传感器302的测量距离误差优选为±2mm；所述激光测距传感器302的激光反射信号接收屏的中心点为水平旋转调整组件100的旋转轴与竖直旋转调整组件200的旋转轴的交点。
具体的，所述水平旋转调整组件100包括底座301及转动设置于底座301的转盘102；所述竖直旋转调整组件200包括支架201及装设于支架201的舵机202，所述支架201装设于转盘102，所述底座301装设于舵机202的输出端。通过手动调节转盘102达到水平旋转方向的粗调，在本实施例中，底座301设有螺母103与传动组件，传动组件与转盘102的转动轴连接，通过拧动螺母103实现转盘102在水平旋转方向的细调，优选的，传动组件为涡轮与蜗杆；在竖直旋转方向上，选用精度较高的舵机202进行角度调整，减少重力等因素对调整的影响。
具体的，在所述转盘102还装设有主控板(图中未示出)、电源(图中未示出)及显示屏104，所述激光测距传感器302、舵机202、电源及显示屏104均与主控板电连接。通过电源可控制水准测量装置401的开关，电源对水准测量装置401的电子器件进行供电。
如图2所示，本实施例还公开了一种基于激光测距的水准测量系统，该系统包括第一竖杆402、与第一竖杆402间隔设置的第二竖杆403及设置于垂直相切于第一竖杆402与第二竖杆403之间的平面的水准测量装置401，所述第一竖杆402的竖直方向上设有两个第一反射片404，所述第二竖杆403的竖直方向上设有两个第二反射片405，两个第一反射片404的中心距离与两个第二反射片405的中心距离一致，两个第一反射片404的中心距离为400-600mm，优选为500mm，第一反射片404及第二反射片405均为边长为20-40mm的正方形，边长优选为30mm。
进一步的，在所述底板101的上端设有带十字形的望远镜303，通过观察望远镜303可观察激光测距传感器302的激光点是否落至第一反射片404或第二反射片405，提高计算精度。
同时，本实施例通过以下水准测量方法应用于上述水准测量系统，该水准测量方法包括以下步骤：
A.将第一竖杆402放置于已知点A，选取第一竖杆402上端的第一反射片404的中心点为目标点A1，第一竖杆402下端的第一反射片404的中心点为目标点A2；
B.将第二竖杆403放置于待测点B，选取第二竖杆403上端的第二反射片405的中心点为目标点B1，第二竖杆403下端的第二反射片405的中心点为目标点B2；
C.将水准待测装置放置于已知点A与待测点B之间的所在直线上，优选的，水准待测装置放置可放置于三脚架上，以增加稳定性；
D.选取激光测距传感器302的激光反射信号接收屏的中心点为仪器中心，调节水平旋转调整组件100以及竖直旋转调整组件200，同时启动启动激光测距传感器302，启动激光测距传感器302使得其发出的激光点落于目标点A1、目标点A2、目标点B1及目标点B2，并记录仪器中心至目标点A1的距离d1、仪器中心至目标点A2的距离d2、仪器中心至目标点B1的距离d3及仪器中心至目标点B2的距离d4；
F.根据D步骤中的d1、d2、d3及d4，由主控板计算出仪器中心至目标点A1所在直线与第一竖杆402之间的角度α的cosα、仪器中心至目标点B1所在直线与第二竖杆403之间的角度β的cosα、目标点A1与仪器中心的高差h1以及目标点B1与仪器中心的高差h2；
G.得出已知点与待测点之间的高度差为|h2-h1|。
具体的，步骤F中主控板的计算过程为：
cosα＝(d12+5002-d22)/1000×d1、
cosβ＝(d32+5002-d42)/1000×d3、
h1＝d1×cosα、h2＝d3×cosβ。
需要说明的是，上述公式中的500指的是两个第一反射片404之间或两个第二反射片405之间的中心距离的优选值，若选取上述范围中的任意数值，只需将公式中的数值500替换即可。
另外，根据三角函数可知仪器中心至第一竖杆402的前视距为d1×sinα，仪器中心至第二竖杆403的前视距为d1×sinβ。以上数据均可通过显示屏104显示，方便使用者读数及记录。
综上，本发明的一种基于激光测距的水准测量装置、测量系统及测量方法，通过测量仪器中心与目标点A1及目标点A2的距离，无需读标尺即可通过计算自动得出目标点A1与仪器中心的高差h1以及目标点B1与仪器中心的高差h2，使用便捷；同时由于无需使用标尺，减少了一定的读数误差与购买标尺的成本，测量效率更高。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种水准测量系统的水准测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.将第一竖杆(402)放置于已知点A，选取第一竖杆(402)上端的第一反射片(404)的中心点为目标点A1，第一竖杆(402)下端的第一反射片(404)的中心点为目标点A2；
B.将第二竖杆(403)放置于待测点B，选取第二竖杆(403)上端的第二反射片(405)的中心点为目标点B1，第二竖杆(403)下端的第二反射片(405)的中心点为目标点B2；
C.将水准待测装置放置于已知点A与待测点B之间的所在直线上；
D.选取激光测距传感器(302)的激光反射信号接收屏的中心点为仪器中心，调节水平旋转调整组件(100)以及竖直旋转调整组件(200)，同时启动启动激光测距传感器(302)，启动激光测距传感器(302)使得其发出的激光点落于目标点A1、目标点A2、目标点B1及目标点B2，并记录仪器中心至目标点A1的距离d1、仪器中心至目标点A2的距离d2、仪器中心至目标点B1的距离d3及仪器中心至目标点B2的距离d4；
F.根据D步骤中的d1、d2、d3及d4，由主控板计算出仪器中心至目标点A1所在直线与第一竖杆(402)之间的角度α的cosα、仪器中心至目标点B1所在直线与第二竖杆(403)之间的角度β的cosα、目标点A1与仪器中心的高差h1以及目标点B1与仪器中心的高差h2；
G.得出已知点与待测点之间的高度差为|h2-h1|；
所述方法应用于水准测量系统，所述系统包括第一竖杆(402)、与第一竖杆(402)间隔设置的第二竖杆(403)及设置于垂直相切于第一竖杆(402)与第二竖杆(403)之间的平面的水准测量装置(401)，所述第一竖杆(402)的竖直方向上设有两个第一反射片(404)，所述第二竖杆(403)的竖直方向上设有两个第二反射片(405)，两个第一反射片(404)的中心距离与两个第二反射片(405)的中心距离一致，两个第一反射片(404)的中心距离为500mm，第一反射片(404)及第二反射片(405)均为边长为30mm的正方形。
2.根据权利要求1所述的一种水准测量系统的水准测量方法，其特征在于：所述水准测量装置(401)包括水平旋转调整组件(100)、设于水平旋转调整组件(100)输出端的竖直旋转调整组件(200)以及设于竖直旋转调整组件(200)输出端的底板(101)，所述底板(101)的下端设有激光测距传感器(302)，所述激光测距传感器(302)的激光反射信号接收屏的中心点为水平旋转调整组件(100)的旋转轴与竖直旋转调整组件(200)的旋转轴的交点。
3.根据权利要求2所述的一种水准测量系统的水准测量方法，其特征在于：所述水平旋转调整组件(100)包括底座(301)及转动设置于底座(301)的转盘(102)；所述竖直旋转调整组件(200)包括支架(201)及装设于支架(201)的舵机(202)，所述支架(201)装设于转盘(102)，所述底板(101)装设于舵机(202)的输出端。
4.根据权利要求3所述的一种水准测量系统的水准测量方法，其特征在于：所述转盘(102)还装设有主控板、电源及显示屏(104)，所述激光测距传感器(302)、舵机(202)、电源及显示屏(104)均与主控板电连接。
5.根据权利要求2所述的一种水准测量系统的水准测量方法，其特征在于：所述底板(101)的上端设有带十字形的望远镜(303)。
6.根据权利要求1所述的一种水准测量系统的水准测量方法，其特征在于：步骤F中主控板的计算过程为：
cosα＝(d12+5002-d22)/1000×d1、
cosβ＝(d32+5002-d42)/1000×d3、
h1＝d1×cosα、h2＝d3×cosβ。
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