一種用于gnss精確快速測量高程的設(shè)備及方法
【專利摘要】一種用于GNSS精確快速測量高程的設(shè)備及方法，包括用于測量地理坐標(biāo)的GNSS天線和GNSS接收機(jī)、用于支撐GNSS天線以及確定待測點(diǎn)的對中桿，所述GNSS天線的相位中心為信號接收點(diǎn)，所述對中桿與GNSS天線位于同一條垂線上，還包括用于測量所述設(shè)備運(yùn)動狀態(tài)的重力加速度模塊，測量所述設(shè)備與豎直方向的夾角的傾角測量模塊，位于GNSS天線底部用于測量GNSS天線底部與待測點(diǎn)之間的距離的激光測距模組。本發(fā)明通過重力加速度模塊、傾角測量模塊和兩激光測距模組快速精確地測量出GNSS天線底部到地面的距離，然后通過計算裝置快速補(bǔ)償并最終確定待測點(diǎn)的高程，與傳統(tǒng)方式比反應(yīng)速度快，精度高，提高了工程作業(yè)的質(zhì)量和效率。
【專利說明】一種用于GNSS精確快速測量高程的設(shè)備及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于GNSS精確快速測量高程的設(shè)備及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的GNSS測量裝置主要包括GNSS天線、GNSS接收機(jī)以及用于支撐GNSS天線的 對中桿和測高片。傳統(tǒng)技術(shù)中將對中桿放置到待測點(diǎn)上，并確保對中桿和地平面絕對的水 平（觀測水泡物理居中）再由高精度GNSS接收機(jī)得到高精度坐標(biāo)，得到的坐標(biāo)為GNSS天 線相位中心所處位置的坐標(biāo)，而不是待測點(diǎn)的坐標(biāo)。想要得到待測點(diǎn)坐標(biāo)就要將相位中心 的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為待測點(diǎn)的坐標(biāo)，最終待測點(diǎn)的高程信息=GNSS接收機(jī)測到的高程-H(相位中 心到測高片的距離）-Ah;其中Η為固定值不會引入誤差，Ah是變值，一般為使用卷尺測 量得到的地面到測高片之間的距離。
[0003] 誤差的引入：
[0004] 1、對中桿與地面非垂直狀態(tài)
[0005] 當(dāng)對中桿處于非對中狀態(tài)，測試點(diǎn)和待測點(diǎn)會由于天線相位中心的投影造成測量 的誤差，如果地面不平，則直接影響高程的精度；通過卷尺測量得到的Λ h也引入了誤差， 應(yīng)該是Ahn = Ah*cosc〇 ;同樣也引入了誤差。
[0006] 2、由于地面松軟程度的問題，對中桿對中點(diǎn)在不同時刻插入地面的深淺程度不一 致導(dǎo)致誤差
[0007] 對中桿和設(shè)備都有一定的重量，對中桿底部是尖頭金屬設(shè)計，如果測試不小心，會 導(dǎo)致對中桿插入的深淺狀態(tài)不一致，從而導(dǎo)致引入高程誤差。
[0008] 3、Ah測量引入的誤差
[0009] 由于Ah采用的是卷尺測量，卷尺的測量精度誤差在±2mm，同樣引入了測量的誤 差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能夠精確快速測量高程的GNSS設(shè)備和 相應(yīng)的測量方法。
[0011] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0012] 一種用于GNSS精確快速測量高程的設(shè)備，包括用于測量地理坐標(biāo)的GNSS天線和 GNSS接收機(jī)、用于支撐GNSS天線以及確定待測點(diǎn)的對中桿，所述GNSS天線的相位中心為信 號接收點(diǎn)，所述對中桿與GNSS天線位于同一條垂線上，還包括用于測量所述設(shè)備運(yùn)動狀態(tài) 的重力加速度模塊，測量所述設(shè)備與堅直方向的夾角的傾角測量模塊，位于GNSS天線底部 用于測量GNSS天線底部與待測點(diǎn)之間的距離的激光測距模組。
[0013] 優(yōu)選的是，所述重力加速度模塊為三軸重力加速度模塊。
[0014] 優(yōu)選的是，所述激光測距模組為兩組。
[0015] 優(yōu)選的是，兩激光測距模組相對于對中桿對稱。
[0016] 優(yōu)選的是，所述GNSS天線的相位中心到GNSS天線底部的距離為H，兩激光測距模 組測量的到地面的距離值分別為L1和L2,所述對中桿與堅直方向的夾角為ω ;
[0017] 最終待測點(diǎn)的高程=GNSS接收機(jī)測量高程-Η - (Ll*cosc〇+L2*cosc〇)/2。
[0018] 優(yōu)選的是，當(dāng)所述重力加速度模塊判斷GNSS接收機(jī)處于運(yùn)動狀態(tài)時，發(fā)出一禁止 信號，所述設(shè)備不工作；當(dāng)所述重力加速度模塊判斷GNSS接收機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，發(fā)出一 允許信號，所述設(shè)備的GNSS接收機(jī)獲取經(jīng)度、緯度和高程數(shù)據(jù)，同時所述傾角測量模塊、激 光測距模組工作。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過兩激光測距模組快速精確地測量出GNSS天線底 部到地面的距離，然后通過計算裝置快速補(bǔ)償并確定最終待測點(diǎn)的高程，與傳統(tǒng)方式比系 統(tǒng)反應(yīng)速度快，精度高，提高了工程作業(yè)的質(zhì)量和效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的GNSS測1?方式不意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明的GNSS設(shè)備原理示意圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明的GNSS設(shè)備傾斜狀態(tài)示意圖。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024] 如圖1所示，傳統(tǒng)的GNSS測量方式需要將測量裝置堅直放置，再通過人工測量測 高片到地面的距離，然后換算得到待測點(diǎn)的高程，這樣會引入大量誤差，具體地已經(jīng)在背景 技術(shù)中說明，此處不再重復(fù)說明。
[0025] 如圖2和圖3所示，一種用于GNSS精確快速測量高程的設(shè)備，包括用于測量地理 坐標(biāo)的GNSS天線2以及GNSS接收機(jī)、用于支撐GNSS天線2以及確定待測點(diǎn)1的對中桿 5,所述GNSS天線2的相位中心為信號接收點(diǎn)，所述對中桿5與GNSS天線2位于同一條垂 線上，還包括用于測量所述設(shè)備運(yùn)動狀態(tài)的重力加速度模塊3,測量所述設(shè)備與堅直方向的 夾角的傾角測量模塊6 (其中重力加速度模塊3和傾角測量模塊6可以為一個整體的模塊， 本發(fā)明為了敘述得更清楚將其拆分為兩個模塊進(jìn)行說明），位于GNSS天線2底部用于測量 GNSS天線2底部與待測點(diǎn)1之間的距離的激光測距模組4,其中所述重力加速度模塊3為 三軸重力加速度模塊。
[0026] 本發(fā)明采用兩組激光測距模組4,分別位于對中桿5兩側(cè)并對稱于對中桿5,這樣 方便計算。激光測距模組4的數(shù)量可根據(jù)不同場合情況設(shè)置，同時激光測距模組4到對中 桿的距離也可不相等，只要進(jìn)行相應(yīng)的比例換算即可。
[0027] -種用于GNSS精確快速測量高程的方法，在設(shè)備工作時，重力加速度模塊3通過 重力感應(yīng)的數(shù)值判斷本設(shè)備是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，若處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，則測量裝置不啟動； 當(dāng)重力加速度模塊3判斷系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，設(shè)備開機(jī)工作，GNSS接收機(jī)獲取經(jīng)度、緯度 和高程的數(shù)據(jù)，同時所述傾角測量模塊、激光測距模組工作。
[0028] 將所述GNSS天線2的相位中心到GNSS天線2底部的距離設(shè)為H，Η為固定值；兩 激光測距模組4測量的到地面的距離值分別為L1和L2,所述傾角測量模塊測量的對中桿與 堅直方向的夾角為ω，最終得到的高程為：
[0029] 最終待測點(diǎn)的高程=GNSS接收機(jī)測量高程-Η - (Ll*cos ω +L2*cos ω) /2。
[0030] 本發(fā)明的傾角測量模塊的測量精度為0. 05度，激光測距模組的測量精度為5m以 內(nèi)0. 5mm，采用該方式，大大降低了 Ah(即GNSS電線底部到待測點(diǎn)之間的距離，為可變值） 引入的誤差，本發(fā)明經(jīng)過實際驗證，在傾角±25度內(nèi)，最大引入的誤差僅僅為2mm，而未采 用該專利技術(shù)由于對中桿與地面非垂直狀態(tài)、由于地面松軟程度的問題，對中桿對中點(diǎn)在 不同時刻插入地面的深淺程度不一致、Ah測量引入的誤差超過了 10mm。本發(fā)明的傾角測 量模塊測量的對中桿與堅直方向的夾角ω與引入誤差Dh之間的關(guān)系表如下：
[0031]
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于GNSS精確快速測量高程的設(shè)備，包括用于測量地理坐標(biāo)的GNSS天線和 GNSS接收機(jī)、用于支撐GNSS天線以及確定待測點(diǎn)的對中桿，所述GNSS天線的相位中心為信 號接收點(diǎn)，所述對中桿與GNSS天線位于同一條垂線上，其特征在于 ： 還包括用于測量所述設(shè)備運(yùn)動狀態(tài)的重力加速度模塊，測量所述設(shè)備與堅直方向的夾 角的傾角測量模塊，位于GNSS天線底部用于測量GNSS天線底部與待測點(diǎn)之間的距離的激 光測距模組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于GNSS精確快速測量高程的設(shè)備，其特征在于： 所述重力加速度模塊為三軸重力加速度模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于GNSS精確快速測量高程的設(shè)備，其特征在于： 所述激光測距模組為兩組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于GNSS精確快速測量高程的設(shè)備，其特征在于： 兩激光測距模組相對于對中桿對稱。
5. -種用于GNSS精確快速測量高程的方法，其特征在于： 所述GNSS天線的相位中心到GNSS天線底部的距離為H，兩激光測距模組測量的到地面 的距離值分別為L1和L2,所述對中桿與堅直方向的夾角為ω ; 最終待測點(diǎn)的高程=GNSS接收機(jī)測量高程-Η - (Ll*C〇s ω +L2*cos ω) /2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于GNSS精確快速測量高程的方法，其特征在于： 當(dāng)所述重力加速度模塊判斷GNSS接收機(jī)處于運(yùn)動狀態(tài)時，發(fā)出一禁止信號，所述設(shè)備 不工作； 當(dāng)所述重力加速度模塊判斷GNSS接收機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，發(fā)出一允許信號，所述設(shè)備 的GNSS接收機(jī)獲取經(jīng)度、緯度和高程數(shù)據(jù)，同時所述傾角測量模塊、激光測距模組工作。
【文檔編號】G01C5/00GK104297771SQ201410608871
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】趙翔, 李仁德 申請人:廣州吉?dú)W電子科技有限公司