[發明專利]一種三維交會測量方法

有效

• 申請號: 201910317072.1
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110044342B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 何浩鵬;熊晶;張鑫;胡俊杰;汪洋艦;郭若成
• 申請（專利權）人: 武漢地震計量檢定與測量工程研究院有限公司
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00
• 代理公司: 武漢紅觀專利代理事務所(普通合伙) 42247
• 代理人: 陳凱

本發明提出了一種三維交會測量方法，通過布置三臺以上經緯儀，通過兩兩互瞄記錄互瞄觀測值，在測量場地中固定設置基準尺和被測點，使用每臺經緯儀照準基準尺的長度標志點及被測點，測量水平方向值與天頂距；進行長度標志點及被測點各點的概略坐標計算，并對所有測量點進行整體平差。本發明對全空間進行非接觸式的三維交會測量，不需要前期進行控制測量，不需要設置強制歸心觀測墩，避免了儀器架設對中及儀器高測量帶來的誤差；本發明中儀器在互瞄的過程中基于視線平行而非重合的數學模型，可避免儀器互瞄視線不重合帶來的誤差；所有測量值進行整體平差，對每一個被測點的觀測都帶來多余觀測值，提高了測量的整體精度。

技術領域

本發明涉及精密測量領域，尤其涉及一種三維交會測量方法。

背景技術

高精度三維測量被廣泛應用于精密施工、特種設備安裝、微小變形監測、精密工程測量、攝影測量檢校領域。

現有的高精度三維測量技術主要包括：三坐標測量機、測量關節臂、激光跟蹤儀等接觸式測量方法；基于結構光的攝影測量、三維激光掃描等非接觸式測量方法；近景攝影測量和基于經緯儀交會的測量方法等。接觸式測量方法適用于被測物體穩固，被接觸時不能產生形變或位移的情況，該方法需要測量人員近距離接觸被測物體，該方法不適用于高溫等可能對測量人員產生危害的情況，且在測量單點時需要人眼判斷接觸點與待測點的重合程度，影響測量精度；基于結構光的攝影測量、三維激光掃描等非接觸式測量方法適用于對物體三維表面的離散采樣測量，而不能得到特定點的三維坐標；近景攝影測量系統通常需要在被測物上粘貼特制的標志點，該方法不能直接測量任意特征點。

目前已有的經緯儀三維交會測量方法均是將測量過程分為“定向”與“測量”兩個過程，各種方法的“測量”過程完全相同，基于“定向”原理的不同，主要分為三類：光束法、六自由度測站三維網平差法、測站控制網平差法。這三種方法均要求在測量過程中完成“精確互瞄”，即經緯儀間互瞄時視線應通過對向儀器中心(橫軸線與豎軸線的虛擬交點上)，而實際上大部分經緯儀中心并無實際標志，故需要采用粘貼外覘標等方式反復調整、逐漸趨近對向儀器中心，過程復雜且對測量人員有較高要求；由于缺乏高精度的概略坐標計算方法，這三種方法均需要在計算過程中反復迭代，且對初始概略坐標敏感，當初始概略坐標誤差過大時，計算結果可能不收斂。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種對初始概略坐標不敏感、概略坐標計算結果比較可靠的三維交會測量方法。

本發明提出了一種三維交會測量方法，包括如下步驟：

S1：在測量場地中布設M臺經緯儀，其中M≥3，將各經緯儀的焦距調至無窮遠處，各經緯儀之間進行兩兩互瞄，記錄互瞄觀測值；

S2：在測量場地中固定設置基準尺和被測點，確保基準尺上的長度標志點能夠被至少兩臺經緯儀觀測到，將每臺經緯儀作為觀測站依次照準基準尺的長度標志點及被測點，分別記錄水平方向觀測值L_mn與天頂距觀測值T_mn；對盤左、盤右觀測值取平均值；

S3：利用互瞄觀測值將各測站的方向測量值概算至同一起始方向；

S4：構建水平概略坐標觀測方程，計算得到水平概略坐標；

S5：構建垂直概略坐標觀測方程，計算得到垂直概略坐標；

S6：根據被測點的位置、方向基準和基準尺長度，假定坐標系下的各點坐標進行旋轉、平移和縮放，得到實際坐標系中的三維概略坐標；

S7：將得到觀測方程進行線性化，構建線性化觀測方程組；

S8：根據已知條件構建已知條件方程組；

S9：計算待求參數坐標向量。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述各經緯儀之間進行兩兩互瞄，是將目鏡的十字絲進行互瞄。