[發明專利]一種集成GNSS和激光跟蹤儀的垂線偏差測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201810021065.2
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108317993B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 郭金運;高文宗;劉新;孔巧麗;劉路;周茂盛
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01S19/13
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 朱玉建

本發明公開了一種集成GNSS和激光跟蹤儀的垂線偏差測量裝置及方法。垂線偏差測量裝置包括一基座、一圓筒、一自由落體靶球、若干固定靶球、一激光跟蹤儀以及若干個GNSS接收機。垂線測量方法包括如下步驟：s1.安置好垂線偏差測量裝置，將圓筒內部抽成真空；s2.利用體固坐標系下坐標已知的GNSS接收機獲取測點P在地固坐標系下的坐標及體固坐標系與地固坐標系之間的轉換參數；s3.利用激光跟蹤儀獲取獨立坐標系與體固坐標系轉換參數及重力方向矢量；s4.求得測點P的天文大地垂線偏差及其子午圈和卯酉圈分量；s5.求得測點P的重力垂線偏差及其子午圈和卯酉圈分量。本發明可以高效快速獲得測點的高精度垂線偏差，具有測量效率高，測量結果可靠，測量精度高等優勢。

技術領域

本發明涉及一種集成GNSS和激光跟蹤儀的垂線偏差測量裝置及方法。

背景技術

地面一點上的重力方向矢量g_di與相應橢球面上的法線向量p之間的夾角u為該點的垂線偏差，它表示大地水準面的傾斜。通常會把u用子午圈分量ξ(南北方向的分量)和卯酉圈分量η(東西方向的分量)表示。顯然，根據所采用的橢球不同可分為絕對垂線偏差及相對垂線偏差，垂線同總地球橢球(或參考橢球)法線構成的角度稱為絕對(或相對)垂線偏差，它們統稱為天文大地垂線偏差。另外，把實際重力場中的重力方向矢量g_di與正常重力場中的正常重力方向矢量g_nor之間的夾角稱為重力垂線偏差。在精度要求不高時，可把天文大地垂線偏差看作是重力垂線偏差，即把總的地球橢球認為是正常橢球。然而，在高精度測量中正常橢球的力線與總地球橢球法線是有區別的，區別的大小與地球形狀、點的高程及位置有關。

垂線偏差在天文大地測量中具有重要的作用，例如：垂線偏差可用于計算高程異常、大地水準面差距，推求平均地球橢球或參考橢球的大小、形狀和定位，并用于天文大地測量數據的歸算，也可用于空間技術和精密工程測量。

為了能夠及時高效的測定高精度的垂線偏差，需要高效的測量儀器及使用方法。

現有技術中，測定垂線偏差一般有以下四種方法：天文大地測量方法、重力測量方法、天文重力測量方法以及GPS水準測量方法。

其中重力測量方法和天文重力測量方法都需要全球或一定區域的重力異常數據積分獲得所需參量，因此屬于間接法；天文大地測量方法和GPS水準測量方法可以對觀測數據的簡單計算獲得垂線偏差，可稱為直接方法。天文大地測量方法的測量精度最高，可達到0.3″，即滿足天文大地測量規范中對垂線偏差測量的一等精度要求。

然而上述四種方法中的前三種，都存在工作量大，測量效率低的不足；GPS水準測量方法測定垂線偏差必須應用水準測量技術，以獲取大地水準面差距之差或高程異常差，一般會結合精密水準儀，但由于受儀器本身精度及外界條件的制約，大地高差和水準高差測量精度不高。垂線偏差的高精度測量儀器主要有天文經緯儀和數字天頂攝影儀，其測量原理為天文大地測量法，雖然測量精度較高，但受測量環境制約較為嚴重，只能在天氣晴朗的夜晚進行觀測，且不能存在背景光的影響，因此天文經緯儀和數字天頂攝影儀在背景光較為強烈的人群密集區測量效果較差。由此可見，現有技術需要進一步改進。

發明內容

本發明的目的在于提出一種集成GNSS和激光跟蹤儀的垂線偏差測量裝置，以便能夠高效、快速獲得測點的高精度垂線偏差，該裝置對氣象條件要求較低并且可全天候作業。

本發明為了實現上述目的，采用如下技術方案：

一種集成GNSS和激光跟蹤儀的垂線偏差測量裝置，包括一基座、一圓筒、一自由落體靶球、若干固定靶球、一激光跟蹤儀以及若干個GNSS接收機；

其中：圓筒垂直安裝于基座上，且圓筒的中心與基座的中心對準；

激光跟蹤儀位于圓筒內；

激光跟蹤儀安裝于圓筒頂蓋的內側壁中心位置，或安置于圓筒內側底部中心位置；