CN117288153A - 智能精密水准测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种智能精密水准测量系统及方法，系统包括：水准尺；水准测量模块，其与水准尺配合进行水准测量；绝对定位模块，其配置为确定绝对坐标；倾斜感知模块，其安装在水准尺上用于测定水准尺的倾斜角度；动态全向测距模块，其包括主测距单元和测距合作单元，主测距单元安装在水准测量模块上、测距合作单元安装在水准尺上，二者配合用于实时动态地测定水准测量模块和水准尺之间的视距；交互模块，其安装在水准测量模块和/或水准尺上，且被配置为显示测定的水准测量模块和水准尺之间的视距；以及运算模块，其配置为基于水准尺的倾斜角度实时计算各水准尺倾斜改正、判断视距及视距差是否超限。

Description

智能精密水准测量系统及方法

技术领域

本发明属于测绘领域，特别涉及一种智能精密水准测量系统及方法。

背景技术

水准测量用于高差精密测量，在大地测量和工程测量领域发挥着不可替代的重要作用。按照水准测量规范规定，各等级水准测量结果均需要加入正常水准面不平行改正，计算该项改正需要用到水准测量路线的纬度中数、测段始末点的纬度和高程。而水准测量只能测定前后尺的高差，不能直接确定纬度、高程等绝对坐标，需要利用额外手段测定。

水准尺的倾斜也会给水准测量读数带来误差，因而水准仪读数时要求水准尺严格竖直，现有技术中扶尺员通过观察水准尺上的圆气泡并使其居中来保持水准尺的竖直，往往需要反复调节并借助竹竿等工具才能保持水准尺的稳定，由于水准尺较为沉重，这一操作过程较为复杂、对扶尺员经验和熟练度要求较高。且圆气泡仍存在一定的误差，即使使用前经过校准，但在搬运过程中仍可能发生偏移。这种模式也使得水准尺测量的自动化变得极为困难，难以摆脱对人工的依赖。

此外，为了有效消除仪器视准轴误差、大气折光和地球曲率影响，高等级水准测量要求前后视距差必须控制在合理的范围内，如我国现行二等水准测量规范GB/T 12897-2006要求单站的前后视距差不得超过1.5m，视距累积差不得超过6m。现有技术主要通过测绳、量步方式控制视距，然而，测绳需要至少两人配合，效率低下；量步则误差较大，容易超限。虽然部分电子水准仪提供快捷测距功能，但这种测距不能动态进行，需要将前后水准尺均立好后，先后两次瞄准前、后尺，每次需要点击某个按钮才能测定出视距，若视距超限则需反复尝试调整，仍不能实现实时、快速的测量。也有提出采用卫星定位(GNSS)方法来测定视距，但GNSS单点定位精度达不到要求，而RTK等方法则硬件成本较高；此外，在隧道、室内、地下等没有卫星信号的地方，这种方式也无法使用。

发明内容

本发明提供一种智能精密水准测量系统及方法，实现正常水准面不平行改正和水准尺倾斜改正的自动计算、水准视距的实时动态测量和精准控制，提高了水准测量的效率和精度。

第一方面，提供一种水准测量系统，包括：水准尺；水准测量模块，其与水准尺配合进行水准测量；绝对定位模块，其配置为确定绝对坐标；倾斜感知模块，其安装在水准尺上用于测定水准尺的倾斜角度；动态全向测距模块，其包括主测距单元和测距合作单元，其中主测距单元安装在水准测量模块上、测距合作单元安装在所述水准尺上，二者配合用于实时动态地测定水准测量模块和水准尺之间的视距；交互模块，其安装在水准测量模块和/或水准尺上，且被配置为显示测定的水准测量模块和所述水准尺之间的视距；以及运算模块，其配置为实时计算各水准尺倾斜改正、判断视距及视距差是否超限，所述水准尺倾斜改正公式为：

a＝a′·cosβ

其中a′为水准测量模块瞄准所述水准尺的原始读数，β为倾斜感知模块测得的水准尺的倾斜角度，a为水准尺斜改正后的读数。

在一些示例中，水准测量模块为电子水准仪。

在一些示例中，交互模块给出视距、视距差是否超限的提示。

在一些示例中，交互模块为所述电子水准仪的显示屏，运算模块配置在所述电子水准仪的处理器上。

在一些示例中，绝对定位模块为卫星定位模块，或者卫星定位模块和惯性导航模块的结合。

在一些示例中，主测距单元为超宽带基站，测距合作单元为超宽带标签。

第二方面，提供一种利用所述的水准测量系统实施水准测量的方法，包括：

步骤1，立好水准尺，启动动态全向测距模块，在水准测量模块和水准尺移动过程中，实时测定水准测量模块到其前方和后方的水准尺的距离，获得前后视距；

步骤2，水准测量模块操作员和其前方的水准尺的操作员，根据交互模块给出的视距、视距差是否超限的提示，将水准测量模块和其前方的水准尺调整到符合测量标准的位置；

步骤3，水准测量模块开始进行水准测量，记录此时的纬度和高度，进行水准测量过程中进行正常水准面不平行改正和水准尺倾斜改正的自动计算。

本发明的有益效果是：每站均记录了绝对坐标，便于计算正常位水准面不平行改正；通过倾斜感知模块有效地消除了水准尺倾斜造成的读数误差；测距时主测距单元无须瞄准测距合作单元，实现了视距的动态测量和实时反馈，提升了测量效率、提高了测量精度。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的智能精密水准测量系统构成。

图2是图1所示的智能精密水准测量系统的一个实施例。

具体实施方式

图1示出了一种智能精密水准测量系统。如图1所示，智能精密水准测量系统包括水准测量模块、水准尺、绝对定位模块、倾斜感知模块、动态全向测距模块、通讯模块、运算模块、交互模块。

水准测量模块和水准尺用于进行水准测量。

绝对定位模块用于确定绝对坐标。绝对定位模块为卫星定位模块。绝对定位模块也可以是卫星定位模块和惯性导航模块的组合，通过卫星定位和惯性导航相结合的方法进行定位。

倾斜感知模块安装在水准尺上，用于测定水准尺的倾斜角度。

动态全向测距模块包括主测距单元和测距合作单元，其中主测距单元安装在水准测量模块上、测距合作单元安装在前后水准尺上，二者配合用于实时动态地测定水准测量模块和各水准尺之间的距离。

运算模块用于实时计算各水准尺倾斜改正、判断视距及视距差是否超限。

交互模块用于接收操作人员的指令和发出提示信息，可以安装在水准测量模块和/或水准尺上。

通讯模块用于在运算模块与各模块间传输数据。动态全向测距模块和通讯模块采用同一套超宽带模块，在传输数据的同时完成距离测量。动态全向测距模块可采用毫米波雷达及其合作目标。

基于上述的智能精密水准测量系统实施水准测量的方法，包括以下步骤：

①立好后尺，启动动态全向测距模块，在水准测量模块和水准尺移动过程中，实时测定测距模块到前后尺的距离，获得前后视距；

②前后视距通过通讯模块传输到安装在后尺、前尺和水准测量模块上的交互模块进行显示，并给出视距、视距差是否超限的提示；

③水准测量模块操作员和前尺操作员，分别根据交互模块的提示，将水准测量模块和前尺调整到合理的位置；

④水准测量模块开始进行水准测量，记录此时的纬度和高度；

⑤当水准测量模块瞄准任一水准尺进行读数时，同时获取该水准尺上的倾斜感知模块的读数，对水准尺读数按下式进行改正：

a＝a′·cosβ

其中a′为原始读数，β为倾角，a为尺斜改正后的读数。

如图2所示，水准测量模块为一电子水准仪，其本身内置了运算模块和交互模块(显示屏、键盘)，在其上方安装了超宽带基站和GNSS/INS模块。其中超宽带基站用于动态测定视距和传输数据，其测距精度可达0.1m，测距距离可达数百米。GNSS/INS用于确定水准仪所在位置的大地坐标，由于正常位水准面不平行改正对纬度精度要求不高(精度按0.1′算，约为200m)，因此采用廉价的导航级芯片即可，同时因为水准测量的视距通常小于50m，用测站处的纬度代替前视或后视水准点的纬度也是没有问题的。前后水准尺上均安装了显示屏，顶部均安装了倾斜传感器和超宽带标签。倾斜传感器用于实时测定水准尺的倾斜角。超宽带标签用于配合超宽带基站测定前后视距和进行数据通讯。

基于图2所示的智能精密水准测量系统实施水准测量的方法，包括以下步骤：

①立好后尺，启动超宽带基站，在电子水准仪和前尺移动过程中，实时测定前后视距；

②前后视距通过超宽带传输到安装在后尺、前尺和电子水准仪上的显示屏进行显示，并给出视距、视距差是否超限的提示；

③电子水准仪操作员和前尺操作员，分别根据显示屏的提示，将电子水准仪和前尺调整到合理的位置；

④电子水准仪操作员进行观测，记录此时的GNSS/INS定位所获得的纬度和高度到电子水准仪内存中；

⑤电子水准仪瞄准任一水准尺进行读数时，同时获取该水准尺上的倾斜感知模块的读数，对水准尺读数按下式进行改正：

a＝a′·cosβ

其中a′为原始读数，β为倾角，a为改正尺斜后的读数。

Claims (7)

1.一种水准测量系统，其特征在于，包括：

水准尺；

水准测量模块，其与所述水准尺配合进行水准测量；

绝对定位模块，其配置为确定绝对坐标；

倾斜感知模块，其安装在所述水准尺上用于测定所述水准尺的倾斜角度；

动态全向测距模块，其包括主测距单元和测距合作单元，其中所述主测距单元安装在所述水准测量模块上、所述测距合作单元安装在所述水准尺上，二者配合用于实时动态地测定所述水准测量模块和所述水准尺之间的视距；

交互模块，其安装在所述水准测量模块和/或所述水准尺上，且被配置为显示测定的所述水准测量模块和所述水准尺之间的视距；以及

运算模块，其配置为实时计算水准尺倾斜改正、判断视距及视距差是否超限，所述水准尺倾斜改正公式为：

a＝a′·cosβ

其中a′为所述水准测量模块瞄准所述水准尺的原始读数，β为所述倾斜感知模块测得的所述水准尺的倾斜角度，a为所述水准尺斜改正后的读数。

2.根据权利要求1所述的水准测量系统，其特征在于，所述水准测量模块为电子水准仪。

3.根据权利要求2所述的水准测量系统，其特征在于，所述交互模块给出视距、视距差是否超限的提示。

4.根据权利要求3所述的水准测量系统，其特征在于，所述交互模块为所述电子水准仪的显示屏，所述运算模块配置在所述电子水准仪的处理器上。

5.根据权利要求1所述的水准测量系统，其特征在于，所述绝对定位模块为卫星定位模块，或者卫星定位模块和惯性导航模块的结合。

6.根据权利要求1所述的水准测量系统，其特征在于，所述主测距单元为超宽带基站，所述测距合作单元为超宽带标签。

7.一种利用权利要求1-6任一项所述的水准测量系统实施水准测量的方法，包括：

步骤1，立好所述水准尺，启动所述动态全向测距模块，在所述水准测量模块和所述水准尺移动过程中，实时测定所述水准测量模块到其前方和后方的所述水准尺的距离，获得前后视距；

步骤2，所述水准测量模块操作员和其前方的所述水准尺的操作员，根据所述交互模块给出的视距、视距差是否超限的提示，将所述水准测量模块和所述水准尺调整到符合测量标准的位置；

步骤3，所述水准测量模块开始进行水准测量，记录此时的纬度和高度，所述水准测量模块进行水准测量过程中进行正常水准面不平行改正和水准尺倾斜改正的自动计算。