CN118274799A - 一种测量横向探孔深度及方位坐标装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量横向探孔深度及方位坐标装置及方法，全站仪架设在适合观测的控制点点位上，激光测距仪固定在排架或脚手管上，使激光测距仪正对着探孔，用一张反射片贴在激光测距仪底部，使其在任何状态下激光测距仪激光轴线和激光测距仪底部的反射片中心在同一条轴线上，以此作为全站仪观测的测点A，用另一张反射片作为可移动的目标测点，方便随时将此反射片放置在激光测距仪发射的激光轴线上，以激光测距仪投射到反射片上的激光点作为全站仪观测的测点B，激光测距仪固定以后，点位放置完成以后，瞄准横向探孔内部C点位置进行距离测量，并记录测距仪测量AB、AC的显示距离，全站仪测量两个反射片位置测点并完成测量工作。

Description

一种测量横向探孔深度及方位坐标装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测量横向探孔深度及方位坐标的测量技术领域，具体是一种利用测量横向探孔深度及方位坐标装置及方法。

背景技术

随着城市工程建设步伐的逐渐加快，城市建筑物复杂多变，尤其是地下盾构工程建设中，地质条件复杂，盾构机始发之初，盾构隧道洞门加固区域开探孔是一项非常重要的操作，通过开探孔可以准确的掌握加固区域内的情况，比如加固区域内加固土质量，选择做冷冻处理时，土体冷冻质量，都需要开探孔来了解这些情况，探孔的钻探有时需要掌握深度、位置，以及钻探过程中发现的障碍物，怎样将发现的障碍物准确无误的标注在设计图上，或标注在现场的准确的位置上，那就需要对探孔进行实测，第一要测量探孔的孔深，第二要测量探孔的孔位坐标及高程。由于待测目标是墙壁上探孔底部，探孔位置较低时，可以把全站仪视线高架设在探孔高度相应的位置上，探孔在高空位置时，全站仪是无法架设在高空中作业的，更无法直接测量到探孔的孔底，工程测量的难度非常大，为了满足施工设计要求，研究并做好能够满足工程所需的测量工作也势在必行。目前深基坑中横向探孔深度、高程及坐标测量方法有两种：1、全站仪直接测量探孔。2、根据钻探机钻杆评估。(1)全站仪测量在使用过程中有很大的局限性，低空作业时必须使全站仪的架设视线对准探孔，直至孔底端，测量出探孔的深度和方位，高空作业时又必须要在相应的高度位置上搭设平台，全站仪才有可能观测到探孔的底部，平台搭建导致坐标测量工作繁琐，人力物力投入较大，稍有晃动全站仪的就不能水平，无法正常使用，高空架设仪器的难度本身就很大，还有一个原因就是这个时候测量空间全部被钻孔设备遮挡，测量作业无法进行，测量时间长，数据读取工作量大，成果数据公布缓慢，严重影响工程下一步施工。(2)根据钻探机的钻杆预估也是有很大的风险在里面，只有深度没有方向，无法获得准确的坐标方位，不能提供准确的成果。遇到上述问题开探孔，清障需要定位测量时等特殊情况，只能通过传统的测量方法完成，耗时耗力，严重影响测量进度。因此，如何提供一种测量探孔深度及方位坐标时能解决工作繁琐、测量时间长、测量精度差的测量方法已成为本领域刻不容缓的技术问题。

全站仪是一种用于测量地形高度和位置的仪器，在工程建设中全站仪应用非常广泛，横向探孔深度及方位坐标的测量是地下施工中重要操作，横向探孔深度指的是通过全站仪测量的孔在水平方向上的距离，而探孔方位坐标则是指孔在空间中的位置坐标。

在实际工作中，为了获得准确的横向探孔深度和探孔方位坐标，传统的测量方法需要全站仪架设的高度，使望远镜的高度和探孔对准进行操作，不仅费时费力，而且容易出错。探孔的孔位在较低位置的时候，全站仪可以按照这样的方式进行架设，探孔的孔位在高空中较高的位置时是无法使用全站仪对准探孔进行坐标测量的，因此，要使工作顺利完成，需要使用辅助装置来帮助完成操作，这种装置通常被称为“激光测距仪辅助装置”。该装置中包含一个激光测距仪，一个固定卡扣，两张反射片。

使用辅助装置以后才能把全站仪的功能发挥出来，手持式激光测距仪，身材小巧轻便，利用激光测距仪本身的特性，激光测距仪作业时可以提供一条直线，可以测量物与物之间的空间直线距离。利用激光测距仪这一特性，把激光测距仪与全站仪相结合，可以很轻松的完成上述测量工作。全站仪因此也可以用于测量高空中横向探孔深度及探孔的方位坐标。

该辅助装置应该能够提供高度精确的横向探孔深度和方位坐标的测量结果。可以更准确地完成横向探孔深度及方位坐标的测量。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述高空探孔深度及方位坐标测量的不足，提供一种可以解决使用全站仪坐标测量时的工作繁琐、测量时间长、读取数据难、作业难等问题的测量横向探孔深度及方位坐标装置及方法。该装置及方法操作便捷、结构简单，能快速、高效的完成横向探孔深度及方位坐标的测量工作，保证施工进度，更能准确地将地下障碍物测设出来，标注在施工图纸上，为后续施工提供依据。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种测量横向探孔深度及方位坐标装置，包括全站仪、激光测距仪、两张反射片，所述全站仪架设在适合观测的控制点点位上，完成整平定向工作，激光测距仪固定在排架或脚手管上，一张反射片贴在激光测距仪底部，使反射片中心与激光测距仪激光轴线在同一条线上，使其在任何状态下激光测距仪激光轴线和激光测距仪底部的反射片中心在同一条轴线上，以此作为全站仪观测的测点A，用另一张反射片作为可移动的目标测点，方便随时将此反射片放置在激光测距仪发射的激光轴线上，以激光测距仪投射到反射片上的激光点作为全站仪观测的测点B，激光测距仪固定以后，点位放置完成以后，瞄准横向探孔内部C点位置进行距离测量，并记录测距仪测量AB、AC的显示距离，全站仪测量两个反射片位置测点并完成测量工作。

进一步，所述激光测距仪通过由卡扣、螺栓组成的固定装置固定在排架或脚手管上。

进一步，所述激光测距仪安装于卡扣上，并固定在排架或脚手管上，使激光测距仪激光束照准待测的横向探孔孔底，激光测距仪发射激光轴线，用于测量激光测距仪到待测点空间距离。

进一步，当激光测距仪的固定装置对准横向探孔底部的固定装置时，记录激光测距仪测向探孔内的距离。

一种测量横向探孔深度及方位坐标装置的方法，采用测量横向探孔深度及方位坐标装置，具体步骤如下：

步骤一，在激光测距仪的底部贴一张测量用反射片，使反射片的中心和激光测距仪的激光发射器中心在一条线上，使其在任何状态下激光测距仪激光轴线和激光测距仪底部的反射片中心在同一条轴线上，此作为目标点A，另一张反射片作为可移动的目标点，方便随时将此反射片放置在激光测距仪发射的激光轴线上，以激光测距仪投射到反射片上的激光点作为全站仪观测的目标点B；

步骤二，激光测距仪安装于卡扣上并固定在排架上，使激光测距仪激光束照准待测的横向探孔孔底，激光测距仪激光轴线，用于测量激光测距仪到待测点空间距离；当激光测距仪的固定装置对准横向探孔底部时固定装置，记录激光测距仪测向测点B和探孔内测点C的距离D_AB和D_AC，注意：如果测点A、测点B、测点C在同一水平面，那么测距仪可以直接测得测点A、测点B以及测点A、测点C之间的水平距离，标注为D_AB、D_AC，如果三个测点不在同一水平面上，那么测距仪直接测得的测点A、测点B以及测点A、测点C之间的距离分别标注为S_AB、S_AC，代表的是斜距；

步骤三，全站仪架设在适合观测的控制点点位上，完成整平和定向工作，测量激光测距仪底部的反射片采集底部三维坐标A(X_A，Y_A，Z_A)，再在靠近墙壁位置的激光束上放置另一张反射片，全站仪再次采集测距仪激光束与放置的反射片位置激光束交点的三维坐标B(X_B，Y_B，Z_B)，激光测距仪测量到目标点B和目标点C的距离分别为D_AB、D_AC(S_AB、S_AC)，至此探孔孔位坐标数据采集完成，根据测得的三维坐标、测距仪测得距离，计算出探孔底部的三维坐标C(X_C，Y_C，Z_C)点；

此处分两种情况考虑：

情况一、测点A、测点B、测点C在同一水平面上，则测点A、点B、点C高程相同，根据测点A、测点B的坐标方位角就可以推算出点C的坐标，根据A、B两点的坐标计算得出测点A到测点B的坐标方位角a_AB和水平距离D_AB，公式如下:△X_AB＝X_B-X_A；△Y_AB＝Y_B-Y_A；

方位角象限判定如下：

当增量△X正，△Y正，第一象限，方位角a＝象限角R；

当增量△X负，△X正，第二象限，方位角a＝180-象限角R；

当增量△X负，△X负，第三象限，方位角a＝180+象限角R；

当增量△X正，△X负，第四象限，方位角a＝360-象限角R；

根据公式(1-1)和(1-2)求得A点到B点的水平距离和方位；

测点A、测点B、测点C在同一直线上，所以测点A、测点B的方位角a_AB，测点A、测点C的方位角a_AC相等，待求点C的坐标计算公式为：

X_C＝X_A+COS(a_AB)*D_AB (1-3)

Y_C＝Y_A+SIN(a_AB)*D_AB

从而计算得出测点C的坐标。

情况二、测点A、测点B、测点C不在同一水平面上，则测点A、点B、点C高程不相同，测点A到测点B的坐标方位角a_AB和水平距离计算D_AB如(1-1)和(1-2)所示。

再根据测点A的高程Z_A和测点B的高程Z_B以及计算得出的测点A、测点B之间的水平距离D_AB，计算得出测点A至测点B的坡度i_AB，公式如下：

测点A到测点B的坡度：

接下来要计算测点C的高程与坐标就要先计算出测点A到测点C的水平距离，因为测点A到测点B的坡度与测点A到测点C的坡度相同，根据相似三角形原理，公式如下：

测点A的高程推算到C的高程：

Z_C＝Z_A-D_AC*i_AB (1-6)

又因为测点A、测点B、测点C在同一直线上，所以测点A、测点B的方位角a_AB，测点A、测点C的方位角a_AC相等；

根据求得的测点A到测点C的水平距离D_AC，、已知点A的坐标，计算出C点的坐标，公示如下：

X_C＝X_A+COS(a_AB)*D_AC (1-7)

Y_C＝Y_A+SIN(a_AB)*D_AC

步骤四，上述计算求解过程写入可编程计算器，操作人员输入A、B点位坐标及距离D_AC，即可求得C点位三维坐标，完成测量工作。

本发明的有益效果是：

本发明能解决使用全站仪坐标测量时的工作繁琐、测量时间长、读取数据难、作业难等问题。该装置及方法操作便捷、结构简单，能快速、高效的完成横向探孔深度及方位坐标的测量工作，保证施工进度，更能准确地将地下障碍物测设出来，标注在施工图纸上，为后续施工提供依据。

附图说明

图1是本发明用于测量横向探孔深度及方位坐标的方法示意图；

图2是本发明测量横向探孔深度及坐标点号示意图；

图3是本发明激光测距仪装置示意图；

图4是本发明用于测量横向探孔深度及方位坐标的方法流程图；

图中：1.全站仪，2.激光测距仪，3.卡扣，4.螺栓，5.反射片A，6.反射片B，7.横向探孔底部，8.横向探孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方法作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本发明的一种测量横向探孔深度及方位坐标装置，包括：全站仪1、激光测距仪2、卡扣3、螺栓4、反射片A5、反射片B6。

全站仪1架设在适合观测的控制点点位上，完成整平定向工作，激光测距仪2、卡扣3、螺栓4固定在排架或脚手管上，反射片A5贴在激光测距仪底部，使反射片A5中心与激光测距仪2激光轴线在同一条线上，以此作为全站仪观测的测点A5，反射片B6作为可移动的目标点，方便随时将此反射片放置在激光测距仪2发射的激光轴线上，以激光测距仪2投射到反射片B6上的激光点作为全站仪观测的目标测点B，激光测距仪2固定和点位放置完成以后，瞄准横向探孔内部C点位置进行距离测量，并记录测距仪测量AB、AC的显示距离，全站仪1测量反射片A5和反射片B6目标测点A和B，完成测量工作。

卡扣3用于安置激光测距仪2、螺栓4用作固定卡扣3、反射片作为待测点目标标志点，根据测点及控制点位置安置全站仪1。

激光测距仪2安装于卡扣3上并固定在排架上，使激光测距仪2激光束照准待测的横向探孔孔底，激光测距仪2激光轴线，用于测量激光测距仪2到待测点空间距离。

本装置旨在利用激光光束和测距，当激光测距仪2的固定装置对准横向探孔底部7的固定装置时，记录激光测距仪2测向探孔内的距离。

通过使用这种辅助装置，全站仪1可以更准确地测量高度位置和水平位置，并在测量横向探孔深度和探孔方位坐标时获得更准确的结果，完成测量工作。

如图4所示，本发明的一种测量横向探孔深度及方位坐标的方法，采用测量横向探孔深度及方位坐标装置，具体步骤如下：

步骤一、如图1所示，在激光测距仪2的底部贴一张测量用反射片A5，使反射片A5的中心和激光测距仪2的激光发射器中心在一条线上，使其在任何状态下激光测距仪激光轴线和激光测距仪底部的反射片中心在同一条轴线上，此作为目标测点A5，用另一张反射片作为可移动的目标测点B6，方便随时将此反射片放置在激光测距仪发射的激光轴线上，以激光测距仪投射到反射片上的激光点作为全站仪1观测的目标点。

步骤二、如图1所示，激光测距仪2安装于卡扣3上并固定在排架上，使激光测距仪2激光束照准待测的横向探孔孔底C，激光测距仪激光轴线，用于测量激光测距仪到待测点空间距离D_AC。当激光测距仪的固定装置对准横向探孔底部时固定装置，记录激光测距仪测向测点B和探孔内测点C的距离D_AB和D_AC。(注意：如果测点A、测点B、测点C在同一水平面，那么测距仪可以直接测得点A、点B以及点A、点C之间的水平距离，标注为D_AB、D_AC，如果三个测点不在同一水平面上，那么测距仪直接测得的点A、点B以及点A、点C之间的距离分别标注为S_AB、S_AC，代表的是斜距)；

步骤三、如图2所示，全站仪1架设在适合观测的控制点点位上，完成整平和定向工作，这时就可以测量激光测距仪2底部的反射片A5采集底部三维坐标A(X_A，Y_A，Z_A)，再在靠近墙壁位置的激光束上放置另一张反射片B6，全站仪1再次采集激光测距仪2激光束与放置的反射片B6位置激光束交点的三维坐标B(X_B，Y_B，Z_B)。该装置中的激光测距仪2测量到目标点B和目标点C的距离分别为D_AB、D_AC(S_AB、S_AC)，至此探孔孔位坐标数据采集完成，根据测得的三维坐标、激光测距仪2测得距离，计算出探孔底部的三维坐标C(Xc，Yc，Zc)点。

此处分两种情况考虑：

情况一、测点A、测点B、测点C在同一水平面上，则测点A、点B、点C高程相同，根据测点A、测点B的坐标方位角就可以推算出点C的坐标，根据A、B两点的坐标计算得出测点A到测点B的坐标方位角a_AB和水平距离D_AB，公式如下:△X_AB＝X_B-X_A；△Y_AB＝Y_B-Y_A。

方位角象限判定如下：

当增量△X正，△Y正，第一象限，方位角a＝象限角R；

当增量△X负，△X正，第二象限，方位角a＝180-象限角R；

当增量△X负，△X负，第三象限，方位角a＝180+象限角R；

当增量△X正，△X负，第四象限，方位角a＝360-象限角R。

根据公式(1-1)和(1-2)求得A点到B点的水平距离和方位；

测点A、测点B、测点C在同一直线上，所以测点A、测点B的方位角a_AB，测点A、测点C的方位角a_AC相等，待求点C的坐标计算公式为：

X_C＝X_A+COS(a_AB)*D_AB (1-3)

Y_C＝Y_A+SIN(a_AB)*D_AB

从而计算得出测点C的坐标。

情况二、测点A、测点B、测点C不在同一水平面上，则测点A、点B、点C高程不相同，测点A到测点B的坐标方位角a_AB和水平距离计算D_AB如(1-1)和(1-2)所示。

再根据测点A的高程Z_A和测点B的高程Z_B以及计算得出的测点A、测点B之间的水平距离D_AB，计算得出测点A至测点B的坡度i_AB，公式如下：

测点A到测点B的坡度：

接下来要计算测点C的高程与坐标就要先计算出测点A到测点C的水平距离，因为测点A到测点B的坡度与测点A到测点C的坡度相同，根据相似三角形原理，公式如下：

测点A的高程推算到C的高程：

Z_C＝Z_A-D_AC*i_AB (1-6)

又因为测点A、测点B、测点C在同一直线上，所以测点A、测点B的方位角a_AB，测点A、测点C的方位角a_AC相等。

根据求得的测点A到测点C的水平距离D_AC，、已知点A的坐标，计算出C点的坐标，公示如下：

X_C＝X_A+COS(a_AB)*D_AC (1-7)

Y_C＝Y_A+SIN(a_AB)*D_AC

步骤四、上述计算求解过程写入可编程计算器，操作人员输入A、B点位坐标及距离D_AC，即可求得C点位三维坐标，完成测量工作。

激光测距仪是一种常用的测量工具，可用于测量物体之间的距离和位置，激光测距仪发射提供一条红外线直线。应用于测量和工程领域，如建筑测量、道路测量、隧道测量等，激光测距仪被广泛应用。

使用激光测距仪的装置进行辅助测量的方法简单、高效，可以帮助工人更快速地完成复杂的全站仪无法完成测量任务。该方法可以在各种地下基坑环境中使用，不受空间高度限制。或更有利于地下障碍物清除。因此，激光测距仪的单一的激光测距功能在实际应用中不断的改进更加适合了工程需要，从而完成了一些高难度的工作，以帮助工人完成更复杂的任务。激光测距仪辅助装置是全站仪中不可或缺的一部分，可以提高全站仪的测量精度和效率，并且在实际应用中可以发挥重要的作用。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种测量横向探孔深度及方位坐标装置，其特征在于：包括全站仪、激光测距仪、两张反射片，所述全站仪架设在适合观测的控制点点位上，完成整平定向工作，激光测距仪固定在排架或脚手管上，一张反射片贴在激光测距仪底部，使反射片中心与激光测距仪激光轴线在同一条线上，使其在任何状态下激光测距仪激光轴线和激光测距仪底部的反射片中心在同一条轴线上，以此作为全站仪观测的测点A，用另一张反射片作为可移动的目标测点，方便随时将此反射片放置在激光测距仪发射的激光轴线上，以激光测距仪投射到反射片上的激光点作为全站仪观测的测点B，激光测距仪固定以后，点位放置完成以后，瞄准横向探孔内部C点位置进行距离测量，并记录测距仪测量AB、AC的显示距离，全站仪测量两个反射片位置测点并完成测量工作。

2.根据权利要求1所述的测量横向探孔深度及方位坐标装置，其特征在于：所述激光测距仪通过由卡扣、螺栓组成的固定装置固定在排架或脚手管上。

3.根据权利要求1所述的测量横向探孔深度及方位坐标装置，其特征在于：所述激光测距仪安装于卡扣上，并固定在排架或脚手管上，使激光测距仪激光束照准待测的横向探孔孔底，激光测距仪发射激光轴线，用于测量激光测距仪到待测点空间距离。

4.根据权利要求3所述的测量横向探孔深度及方位坐标装置，其特征在于：当激光测距仪的固定装置对准横向探孔底部的固定装置时，记录激光测距仪测向探孔内的距离。

5.一种测量横向探孔深度及方位坐标装置的方法，采用权利要求1-4任一所述的测量横向探孔深度及方位坐标装置，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，在激光测距仪的底部贴一张测量用反射片，使反射片的中心和激光测距仪的激光发射器中心在一条线上，使其在任何状态下激光测距仪激光轴线和激光测距仪底部的反射片中心在同一条轴线上，此作为观测的目标点A，另一张反射片作为可移动的观测目标点，方便随时将此反射片放置在激光测距仪发射的激光轴线上，以激光测距仪投射到反射片上的激光点作为全站仪观测的目标点B；

步骤二，激光测距仪安装于卡扣上并固定在排架上，使激光测距仪激光束照准待测的横向探孔孔底，激光测距仪激光轴线，用于测量激光测距仪到待测点空间距离；当激光测距仪的固定装置对准横向探孔底部时固定装置，记录激光测距仪测向测点B和探孔内测点C的距离D_AB和D_AC；注意：如果测点A、测点B、测点C在同一水平面，那么测距仪可以直接测得测点A、测点B以及测点A、测点C之间的水平距离，标注为D_AB、D_AC，如果三个测点不在同一水平面上，那么测距仪直接测得的测点A、测点B以及测点A、测点C之间的距离分别标注为S_AB、S_AC，代表的是斜距；

步骤三，全站仪架设在适合观测的控制点点位上，完成整平和定向工作，测量激光测距仪底部的反射片采集底部三维坐标A(X_A，Y_A，Z_A)，再在靠近墙壁位置的激光束上放置另一张反射片，全站仪再次采集测距仪激光束与放置的反射片位置激光束交点的三维坐标B(X_B，Y_B，Z_B)，激光测距仪测量到目标点B和目标点C的距离分别为D_AB、D_AC(S_AB、S_AC)，至此探孔孔位坐标数据采集完成，根据测得的三维坐标、测距仪测得距离，计算出探孔底部的三维坐标C(X_C，Y_C，Z_C)点；

此处分两种情况考虑：

情况一、测点A、测点B、测点C在同一水平面上，则测点A、点B、点C高程相同，根据测点A、测点B的坐标方位角就可以推算出点C的坐标，根据A、B两点的坐标计算得出测点A到测点B的坐标方位角a_AB和水平距离D_AB，公式如下:△X_AB＝X_B-X_A；△Y_AB＝Y_B-Y_A。

方位角象限判定如下：

当增量△X正，△Y正，第一象限，方位角a＝象限角R；

当增量△X负，△X正，第二象限，方位角a＝180-象限角R；

当增量△X负，△X负，第三象限，方位角a＝180+象限角R；

当增量△X正，△X负，第四象限，方位角a＝360-象限角R。

根据公式(1-1)和(1-2)求得A点到B点的水平距离和方位；

测点A、测点B、测点C在同一直线上，所以测点A、测点B的方位角a_AB，测点A、测点C的方位角a_AC相等，待求点C的坐标计算公式为：

X_C＝X_A+COS(a_AB)*D_AB (1-3)

Y_C＝Y_A+SIN(a_AB)*D_AB

从而计算得出测点C的坐标；

情况二、测点A、测点B、测点C不在同一水平面上，则测点A、点B、点C高程不相同，测点A到测点B的坐标方位角a_AB和水平距离计算D_AB如公式(1-1)和(1-2)所示；

再根据测点A的高程Z_A和测点B的高程Z_B以及计算得出的测点A、测点B之间的水平距离D_AB，计算得出测点A至测点B的坡度i_AB，公式如下：

测点A到测点B的坡度：

接下来要计算测点C的高程与坐标就要先计算出测点A到测点C的水平距离，因为测点A到测点B的坡度与测点A到测点C的坡度相同，根据相似三角形原理，公式如下：

测点A的高程推算到C的高程：

Z_C＝Z_A-D_AC*i_AB (1-6)

又因为测点A、测点B、测点C在同一直线上，所以测点A、测点B的方位角a_AB，测点A、测点C的方位角a_AC相等；

根据求得的测点A到测点C的水平距离D_AC，、已知点A的坐标，计算出C点的坐标，公示如下：

X_C＝X_A+COS(a_AB)*D_AC (1-7)

Y_C＝Y_A+SIN(a_AB)*D_AC

步骤四，上述计算求解过程写入可编程计算器，操作人员输入A、B点位坐标及距离D_AC，即可求得C点位三维坐标，完成测量工作。