CN211263784U - 一种测定两个物体间的距离测量结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测定两个物体间的距离测量结构，结构包括两个测定的物体,两个同型号的激光测距仪、三个GNSS接收天线、一套无线数据收发模块、两台GNSS接收机，在物体1处设置一个激光测距仪、一个GNSS接收天线和一台GNSS接收机，所述的物体2设置一个激光测距仪、一个GNSS天线和一台GNSS接收机，另一个GNSS天线设置在距离物2约2～3米处，所述GNSS接收机分别含有上述的无线数据收发模块，所述GNSS接收机通过三个GNSS天线及内至无线数据收发模块接收导航卫星信号实现连接，采用本实用新型的测距设备，具有组成简单、易于携带安装和推广应用、作用距离远、测距结果安全可靠等优点，特别适用于铁路调车连挂作业中实时距离测量。

Description

一种测定两个物体间的距离测量结构

技术领域

本实用新型涉及两个物体间的距离测量技术领域，具体为一种测定两个物体间的距离测量结构。

背景技术

在日常许多生产应用中，为避免安全生产事故的发生，需要实时精确计算两个物体间多段线段的总长度。

目前常用的测距方法基本上都是实时计算两个物体间的由一段线段构成的直线长度。这些测距仪器及配套方法包括激光测距仪及配套方法、微波测距仪及配套方法等。其中，激光测距仪及配套方法需要两个运动物体之间无遮挡，激光测距仪始终照射在另一个物体上，且激光能够原路反射回发射点。微波测距仪及配套方法容易受到地面遮挡物的反射，造成测距准确度降低。

激光测距仪及配套方法、微波测距仪及配套方法、卫星导航接收机及其配套技术,不能实时计算两个物体间多段线段的总长度。

一种基于测定两个物体间的距离测量结构是实现作用距离远、测距精度高测量的必要。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对上述测距方法的不足，本实用新型为了满足实际使用的需求，一种测定两个物体间的距离测量结构，采用本结构测距设备，具有易于携带安装、作用距离远、测距精度高、便于推广应用的优点。

(二)技术方案

为实现上述测量目的，本实用新型提供如下技术方案：一种测定两个物体间的距离测量结构，包括两个测定的物体,两个同型号的激光测距仪、三个GNSS接收天线、一套无线数据收发模块、两台GNSS接收机，其特征在于：在物体1处设置一个激光测距仪、一个GNSS接收天线和一台GNSS接收机，所述的物体2设置一个激光测距仪、一个GNSS天线和一台GNSS接收机，另一个GNSS天线设置在距离物2约2～3米处，所述GNSS接收机分别含有上述的无线数据收发模块，所述GNSS接收机通过三个GNSS天线及内至无线数据收发模块接收导航卫星信号实现连接。

所述的物体1处的激光测距仪与物体B处的激光测距仪对向安装，物体处的激光测距仪实现测量物体至物体的距离d₁₂，物体处的激光测距仪实现测量物体至物体1的距离d₂₁，三个GNSS天线构成了两条卫星定向基线矢量，分别是物体1的GNSS天线与物体(2)的GNSS 天线构成一条基线矢量

物体1的两个GNSS天线构成一条基线矢量

所述的激光测距仪是一种参数要求为：测量精度：≤5cm；作用距离：≥150m；供电电压：5±0.5v。

所述的三个GNSS接收天线是一种能够接收GPS L1/BDS B1信号的天线。

所述的无线数据收发模块，作用距离≥1500m，可进行配置的数据发送串行波特率，供电电压为3.3±0.3v。

两台GNSS接收机，供电电压为5±0.5v，运动物体(1)上的GNSS接收机是一种具有通过无线数据接收模块接收数据、RTK定位、距离计算功能；静止物体(2)上的GNSS 接收机具有接收卫星数据、通过无线数据发模块发送数据的功能。

一种基于上述的测定两个物体间的距离测量结构的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、先在两个物体分别安装设备：在物体1处设置一个激光测距仪、一个GNSS接收天线和一台GNSS接收机，所述的物体设置一个激光测距仪、一个GNSS天线和一台GNSS 接收机，另一个GNSS天线设置在距离物约2～3米处，所述GNSS接收机分别含有上述的无线数据收发模块，物体1处的激光测距仪与物体B处的激光测距仪对向安装，两个GNSS 接收机通过三个GNSS天线及内至无线数据收发模块接收导航卫星信号实现连接；三个GNSS 天线构成了两条卫星定向基线矢量，分别是物体1的GNSS天线与物体2的GNSS天线构成一条基线矢量

物体2的两个GNSS天线构成一条基线矢量

2)过物体1构造与

平行的直线l₁，过物体2构造重合于

的直线l₂。两个设备分别同时观测导航卫星信号，物体2的GNSS接收机通过两个GNSS天线观测卫星信号，通过激光测距仪测量物体2至物体1的距离d₂₁，通过无线数据发送模块将卫星观测数据、距离d₂₁发送给物体1的GNSS接收机；物体1的GNSS接收机通过放置于物体1的GNSS 天线观测卫星信号，通过激光测距仪测量物体1至物体2的距离d₁₂，通过无线数据接收模块接收物体2发送的卫星观测信号、距离d₂₁。物体1的GNSS接收机利用卫星导航 RTK(Real Time Kinematic)技术，计算基线矢量

物体1、2的直线距离L。在给定平行线l₁、l₂之间的斜线(2)与l₂的夹角β后，可以实时得到物体1至物体2之间三段线段(1)、(2)、(3)的总长度，其精度可以达到分米级(一倍标准差)。

所述的以物体2位置处GNSS天线的几何中心点为原点O，建立当地东北天 (O-ENU,east-north-up)坐标系，以下计算都是在此坐标系中完成。物体2的两个 GNSS天线构成基线

直线l₂与

重合，直线l₁与直线l₂平行，并通过物体1位置处的 GNSS天线几何中心；L是物体1到物体2的直线长度；d是直线l₁、l₂之间的垂线长度； d_l是物体1在直线l₂上的投影点A与物体2之间的线段长度；d_s是直线l₁、l₂之间的斜线段长度；β为d_s与l₂的夹角，需要事先给定，取为常数。

a)物体1处的GNSS接收机利用本机观测数据和无线接收模块接收的物体2处的观测数据，采用卫星导航RTK技术，在O-ENU坐标系中分别计算基线矢量

矢量的方向从物体2处的GNSS天线指向物体1处的GNSS天线，

矢量的方向从远离物体2的GNSS天线指向物体2的GNSS天线；计算基线

的长度

b)两个激光测距仪直接给出所测量的距离值d₁₂、d₂₁；

c)由

d₁₂、d₂₁，计算物体1到物体2的直线距离L。计算方法为：如果 |d₁₂-d₂₁|≤0.1m，则

否则，

d)计算基线矢量

的真北方位角

顺时针方向为正；

e)计算基线矢量

的真北方位角

顺时针方向为正；

f)由基线矢量

的真北方位角，计算

在O-ENU坐标系中水平面内的夹角α＝|α₁₂-α₂₃|；

g)计算物体1的GNSS天线与其在直线l₁上的投影点A之间的垂线段长度， d＝L×sinα；

h)计算点A到测物体2处的GNSS天线的直线段长度d_l＝L×cosα；

i)利用d和β，计算l₁与l₂之间的斜线长度d_s，

j)利用d_s、L和β，计算物体1、2之间，三段线段(图2中(1)、(2)、(3)三段实线段)的总长度d_{total_12}，

三段线段的总长度计算精度可以达到分米级(一倍标准差)。

(三)有益效果

与现有技术相比具备以下有益效果：

采用本实用新型的测距设备，具有组成简单、易于携带安装和推广应用、作用距离远、测距结果安全可靠等优点，方便实现计算两物体的距离。

也是实现采用卫星导航接收技术(Real Time Kinematic-RTK)的应用，可实时计算出两个物体间由一段线段构成的直线长度。与激光测距、微波测距相比，这种测量仪器及配套方法具有操作简单、作用距离远、精度高等优势。

采用基于结构，可以实现多种距离的测量方法，可以比较准确的实时计算两个物体之间，由多段线段构成的总长度，克服了现有测距设备及方法不能实时计算多段线段总长度的缺陷，由于β角取值误差的影响，其计算精度可以达到分米级(一倍标准差)，完全能够满足实际需求，特别适用于铁路调车连挂作业中实时距离测量。

附图说明

图1为本实用新型的测定两个物体间的距离测量结构；

图2为本实用新型的测定两个物体间的距离测量结构计算示意图；

图3为本实用新型的计算流程示意图；

图4为本实用新型应用于火车上铁路连挂作业安装示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。

在实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1-4，一种测定两个物体间的距离测量结构，包括两个测定的物体1、物体2,两个同型号的激光测距仪、三个GNSS接收天线、一套无线数据收发模块、两台GNSS接收机,在物体1处设置一个激光测距仪、一个GNSS接收天线和一台GNSS接收机，所述的物体2设置一个激光测距仪、一个GNSS天线和一台GNSS接收机，另一个GNSS天线设置在距离物2约2～3米处，所述两台GNSS接收机分别含有上述的无线数据收发模块，所述两台GNSS接收机通过三个GNSS天线及内至无线数据收发模块接收导航卫星信号实现连接。

所述的物体1处的激光测距仪与物体2处的激光测距仪对向安装，物体1处的激光测距仪实现测量物体1至物体2的距离d₁₂，物体2处的激光测距仪实现测量物体2至物体1 的距离d₂₁，三个GNSS天线构成了两条卫星定向基线矢量，分别是物体1的GNSS天线与物体2的GNSS天线构成一条基线矢量

物体2的两个GNSS天线构成一条基线矢量

所述的激光测距仪是一种参数要求为：测量精度：≤5cm；作用距离：≥150m；供电电压：5±0.5v。

所述的三个GNSS接收天线是一种能够接收GPS L1/BDS B1信号的天线。

所述的无线数据收发模块，作用距离≥1500m，可进行配置的数据发送串行波特率，供电电压为3.3±0.3v。

两台GNSS接收机，供电电压为5±0.5v，运动物体1上的GNSS接收机是一种具有通过无线数据接收模块接收数据、RTK定位、距离计算功能；静止物体2上的GNSS接收机具有接收卫星数据、通过无线数据发模块发送数据的功能。

一种基于上述的测定两个物体间的距离测量结构的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、先在两个物体分别安装设备：在物体1处设置一个激光测距仪、一个GNSS接收天线和一台GNSS接收机，所述的物体2设置一个激光测距仪、一个GNSS天线和一台GNSS 接收机，另一个GNSS天线设置在距离物2约2～3米处，所述两台GNSS接收机分别含有上述的无线数据收发模块，物体1处的激光测距仪与物体2处的激光测距仪对向安装，两台 GNSS接收机通过三个GNSS天线及内至无线数据收发模块接收导航卫星信号实现连接；三个GNSS天线构成了两条卫星定向基线矢量，分别是物体1的GNSS天线与物体2的GNSS 天线构成一条基线矢量

物体2的两个GNSS天线构成一条基线矢量

2)、过物体1构造与

平行的直线l₁，过物体2构造重合于

的直线l₂，两个设备分别同时观测导航卫星信号，物体2的GNSS接收机通过两个GNSS天线观测卫星信号，通过激光测距仪测量物体2至物体1的距离d₂₁，通过无线数据发送模块将卫星观测数据、距离 d₂₁发送给物体1的GNSS接收机；物体1的GNSS接收机通过放置于物体1的GNSS天线观测卫星信号，通过激光测距仪测量物体1至物体2的距离d₁₂，通过无线数据接收模块接收物体2发送的卫星观测信号、距离d₂₁，物体1的GNSS接收机利用卫星导航RTK(Real Time Kinematic)技术，计算基线矢量

物体(1、2)的直线距离L，在给定平行线l₁、 l₂之间的斜线2与l₂的夹角β后，可以实时得到物体1至物体2之间三段线段(1)、(2)、 (3)的总长度，其精度可以达到分米级(一倍标准差)。

以物体2位置处GNSS天线的几何中心点为原点O，建立当地 (O-ENU,east-north-up)坐标系，计算都是在此坐标系中完成，物体(2)的两个GNSS 天线构成基线

直线l₂与

重合，直线l₁与直线l₂平行，并通过物体1位置处的GNSS天线几何中心；L是物体1到物体2的直线长度；d是直线l₁、l₂之间的垂线长度；d_l是物体1在直线l₂上的投影点A与物体2之间的线段长度；d_s是直线l₁、l₂之间的斜线段长度；β为d_s与l₂的夹角，需要事先给定，取为常数；

k)物体1处的GNSS接收机利用本机观测数据和无线接收模块接收的物体(2)处的观测数据，采用卫星导航RTK技术，在O-ENU坐标系中分别计算基线矢量

矢量的方向从物体2处的GNSS天线指向物体1处的GNSS天线，

矢量的方向从远离物体2的GNSS天线指向物体2的GNSS天线；计算基线

的长度

l)两个激光测距仪直接给出所测量的距离值d₁₂、d₂₁；

m)由

d₁₂、d₂₁，计算物体1到物体2的直线距离L，计算方法为：如果 |d₁₂-d₂₁|≤0.1m，则

否则，

n)计算基线矢量

的真北方位角

顺时针方向为正；

o)计算基线矢量

的真北方位角

顺时针方向为正；

p)由基线矢量

的真北方位角，计算

在O-ENU坐标系中水平面内的夹角α＝|α₁₂-α₂₃|；

q)计算物体1的GNSS天线与其在直线l₁上的投影点A之间的垂线段长度，d＝L×sinα；

r)计算点A到测物体2处的GNSS天线的直线段长度d_l＝L×cosα；

s)利用d和β，计算l₁与l₂之间的斜线长度d_s，

t)利用d_s、L和β，计算物体1、2之间，三段线段(图2中(1)、(2)、(3)三段实线段)的总长度d_{total_12}，

三段线段的总长度计算精度可以达到分米级(一倍标准差)。

本实用新型物别适用于铁路调车连挂作业中，对处于两条平行铁路轨道上的两列列车之间的实际铁路轨道长度(包括变轨段)，进行实时测量。

铁路轨道1与铁路轨道2在局部区域内平行，需要实时计算车厢1到车厢2的铁路轨道长度(包括铁路变轨段)。

按照图4示意的方式，在车厢1(运动物体1)顶部的一侧，安装激光测距仪、GNSS 天线、GNSS接收机和无线数据接收模块。在车厢2(静止物体2)顶部的同一侧，安装激光测距仪、两个GNSS天线、GNSS接收机及无线数据发送模块。

车厢1要运动到车厢2位置处，与车厢2进行连挂，组成一列列车。在车厢1运动过程中，需要实时掌握车厢1与车厢2之间的实际铁路轨道长度。目前铁路系统采用的方法是：人员挂在运动车厢1外侧，由人工目测估算。这种距离测算方式存在着人员安全隐患大、距离估算不准确等缺点。

采用本实用新型完全可以替代铁路系统传统的人工估算距离的方式，能够以不低于 1Hz的频率，实时给出车厢1与车厢2之间的实际铁路轨道长度。由于β角取值误差的影响，折线长度计算精度达到分米级(一倍标准差)，消除了人员掉车的安全隐患，提高了距离测量精度，降低了人员劳动强度。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种测定两个物体间的距离测量结构，包括两个测定的物体,两个同型号的激光测距仪、三个GNSS接收天线、一套无线数据收发模块、两台GNSS接收机，其特征在于：在物体1处设置一个激光测距仪、一个GNSS接收天线和一台GNSS接收机，所述的物体2设置一个激光测距仪、一个GNSS天线和一台GNSS接收机，另一个GNSS天线设置在距离物2约2～3米处，所述两台GNSS接收机分别含有上述的无线数据收发模块，所述两台GNSS接收机通过三个GNSS天线及内至无线数据收发模块接收导航卫星信号实现连接。

2.根据权利要求1所述的一种测定两个物体间的距离测量结构，其特征在于：所述的物体1处的激光测距仪与物体2处的激光测距仪对向安装，物体1处的激光测距仪实现测量物体至物体2的距离d₁₂，物体2处的激光测距仪实现测量物体2至物体1的距离d₂₁，三个GNSS天线构成了两条卫星定向基线矢量，分别是物体1的GNSS天线与物体2的GNSS天线构成一条基线矢量

物体2的两个GNSS天线构成一条基线矢量

3.根据权利要求1所述的一种测定两个物体间的距离测量结构，其特征在于：所述的激光测距仪是一种参数要求为：测量精度：≤5cm；作用距离：≥150m；供电电压：5±0.5v。

4.根据权利要求1所述的一种测定两个物体间的距离测量结构，其特征在于：所述的三个GNSS接收天线是一种能够接收GPS L1/BDS B1信号的天线。

5.根据权利要求1所述的一种测定两个物体间的距离测量结构，其特征在于：所述的无线数据收发模块，作用距离≥1500m，可进行配置的数据发送串行波特率，供电电压为3.3±0.3v。

6.根据权利要求1所述的一种测定两个物体间的距离测量结构，其特征在于：两台GNSS接收机，供电电压为5±0.5v，运动物体1上的GNSS接收机是一种具有通过无线数据接收模块接收数据、RTK定位、距离计算功能；静止物体2上的GNSS接收机具有接收卫星数据、通过无线数据发模块发送数据的功能。

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