CN101158993A - 土木建筑工程gps-rtk测量一体化pda装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种土木建筑工程GPS－RTK测量一体化PDA装置，为用于GPS－RTK数据采集、处理和土木建筑工程应用的PDA计算机，所述PDA计算机中的硬件包括显示屏、按键和挂件，以及设于本体内部的400MHz主频以上的主机芯片、蓝牙模块和GPRS模块、内置数传天线和电源；所述PDA计算机中内置软件系统，将GPS－RTK的数据采集、处理、应用和传输一体化，可大大提高作业效率与可靠性，直接完成常见土建工程(包括公路、铁路、港口码头、城市道路及管网、水电工程等)的设计勘测、施工测量、几何检测等工作，不需要原来的数据下载、内业处理、外业测设等分步工作，可显著提高土建工程测量作业效率。

Description

土木建筑工程GPS-RTK测量一体化PDA装置

技术领域

本发明涉及野外工程测量装置，具体涉及一种面向土木建筑工程专用的GPS-RTK与PDA一体化系统，本测量装置主要用于使用GPS-RTK方法进行土木建筑工程勘测设计、施工放样和建筑物的质量检测等方面。

背景技术

现有技术中，野外工程测量用的GPS-RTK(GPS一卫星导航定位系统，RTK-Real Time Kinematic，实时动态)系统一般由一个基站与多个流动站组成。基站和流动站均由GPS主板、电台、电源、天线和脚架等构成，流动站还包括PDA(掌上电脑)计算机装置，基站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站；流动站通过数据链接收来自基站的数据，同时计算出GPS-RTK的观测数据，并解算流动站当前坐标。目前的GPS-RTK系统，如瑞士来卡公司、美国天宝公司、中国南方公司等的品牌产品，均存在如下不足：

1、目前的产品都属于无专业应用程序的通用工业化产品，主要用于建筑、电力、机械等行业的勘测和施工等，作业效率低下。

2、其所配置的PDA计算机主要用于根据采集的GPS观测数据解算流动站当前坐标，仅输出应用的前端数据，不能进行各种实时工程应用处理。

3、已有GPS-RTK测量系统流动站的PDA计算机均为非标准的产品，体积偏大，屏幕小且无图形显示功能，需要固定在流动站测量杆上使用，无远程数据传装置，处理器运算速度较慢，内存不足，使运行应用程序的速度与效率较低。

4、已有GPS-RTK测量系统的流动站PDA计算机操作系统各异，用户二次开发十分困难。内置的工程专业应用软件功能很少，使得工程应用处理十分不便。

5、已有GPS-RTK测量系统的流动站PDA计算机多为进口产品，成本较高，价格高达数万元。

另外，中国专利CN1928586A公开的“基于RTK-GPS技术的海拔高测量设备及方法”公开了一种测量待测点的经纬度和海拔高，输出设备标识存储通过模型建立、实时处理和绘出结果的方式进行实时处理，其也不能进行适时处理。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种将GPS-RTK的数据采集、处理、应用和传输一体化的土木建筑工程GPS-RTK测量一体化PDA装置，并具有更高的处理速度、更小的体积和更低的使用成本。

本发明的目的是这样实现的：土木建筑工程GPS-RTK测量一体化PDA装置，其特征在于，为用于GPS-RTK数据采集、处理和土木建筑工程应用的PDA计算机，与GPS-RTK数据采集系统相结合构成流动站，通过数据链接收来自基站的数据，在流动站上同时完成GPS观测数据采集、处理、应用和应用数据的远程传输的一体化。

所述PDA计算机中的硬件，包括显示屏、设于显示屏左右两侧的按键、设于本体上方的挂件，以及设于本体内部的400MHz主频以上的主机芯片、蓝牙模块和GPRS模块、内置数传天线和电源；采用全封闭防水防潮塑钢机壳；显示屏有效显示范围不小于80×80(mm)。

所述PDA计算机中内置的软件，包括数据接收与转换模块、坐标系统转换模块、数据库管理模块、控制及碎部测量模块、设计模形管理系统、勘测及调查模块、施工测量模块以及几何关系检测模块；

其中，数据接收与转换模块：对来自GPS-RTK主版的载波相位差分基线增量数据和其他数据进行接收并转换为本系统标准的数据格式；

坐标系统转换模块：经过统一格式的卫星观测数据，在获取多个地面坐标系已知控制点坐标之后，计算坐标转换参数，然后将流动站的WGS-84坐标转换为已知控制点所在的坐标系坐标；

数据库管理模块：对GPS-RTK坐标观测数据、外业调查、设计模型数据、规范数据、系统设置数据等，使用文件和ACCESS数据库方式进行管理，提供快速检索修改功能；

控制及碎部测量模块：用于使用GPS-RTK方法快速建立低等级控制点、进行碎部测量并定义绘图信息；

设计模形管理系统：用于定义、修改和管理道路、建筑物、管线、铁道及轨道工程等地面构造物的三维几何设计模型；

勘测及调查模块：用于使用GPS-RTK仪器进行各种工程勘测及调查；

施工测量模块：用于各种工程施工中的测量工作；

几何关系检测模块：使用GPS-RTK设备快速完成对工程的任何部位几何特征的检测。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明利用GPS-RTK与PDA计算机的优势，针对土木建筑工程所需而专门开发设计而成，将GPS-RTK的数据采集、处理、应用和传输一体化，不仅提高了作业效率与可靠性，而且避免了多重、多次处理的资源浪费的情况，从而降低了应用成本。

2、所设计的土建工程专用RTK测量PDA，采用较大的显示屏使得土建工程测量实现数图完全对照；通过大屏幕显示图形，可以可视化方式管理土木建筑设施的任意空间设计模型，使几何设计方案直接进入施工过程；

3、内置土木建筑多专业的应用程序，形成土建工程专用RTK-PDA，与RTK接收设备配合，可以直接完成多专业的常见测量任务，如勘测设计、土地调查、施工放样以及质量控制等。可将原需要3～5人完成的工作由一人完成，较使用普通的RTK仪器做相同工作，可以大大节省外业工作时间，提高工作效率一倍以上。

4、本发明的PDA硬件内置蓝牙模块和多种GPS-RTK主板数据格式，可与多种RTK接收机(GPS主板)间实现蓝牙无线数据无线传输，使本装置可接多种GPS-RTK设备的输出数据，从而扩大了使用范围。

5、本发明的PDA硬件内置GPRS数传模块，可通过无线网络实现远程数据实时传输；还可接收城市GPS基站网发布的位置服务信息进行实时RTK定位，从而可实现单机作业。

6、本发明的PDA硬件体积更小，便于随身携带和存放；同时设计有胸挂式挂钩不占手，尤其方便野外单人作业。

附图说明

图1是野外工程测量用的GPS-RTK系统示意图；

图2-1是本发明PDA装置的外形主视图；

图2-2是图2-1的俯视图；

图2-3是图2-1的右视图；

图3是本发明计算机软件部分的方框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明土木建筑工程GPS-RTK测量一体化PDA装置，包括用于GPS-RTK数据采集、处理和土木建筑工程应用的PDA计算机，与GPS-RTK数据采集系统相结合构成流动站，通过数据链接收来自基站的GPS卫星数据，与流动站的GPS卫星数据一起，在流动站上同时完成GPS差分观测数据采集、处理、应用和应用数据的远程传输的一体化。

如图2-1、图2-2和图2-3所示，本发明土木建筑工程专用的GPS-RTK与PDA一体化装置，由本体1、显示屏2、设于显示屏左右两侧的按键3、设于本体上方的挂件4，以及设于本体内部的400MHz主频以上的主机芯片、电源和软件等构成。设计成双侧按键布置，可双侧操作；所述挂件4由挂钩和挂带组成，以及保护皮套，可方便使用者挂在胸前既方便操作又不占手；而且，本发明由于将PDA计算机装置设计为挂式结构，可采用有效显示范围不小于80×80(mm)的正方形图形超薄触摸黑白日光显示屏，大屏幕显示屏和左、右双侧按键，使用更加方便。总体积比国外进口的大多数工业型PDA更小，重量更轻，采用坚固的全封闭防水防潮塑钢机壳，完全数字和字母防水按键，采用蓝牙和GPRS模块和内置数传天线，数据进出都使用无线方式。使用特制超薄大容量铝电池供电，这样不使用数传和高亮度显示的工作时间可达3天以上。

如图3所示，在软件方面，本发明设计开发了土建工程应用内置软件系统，主要由数据接收与转换模块、坐标系统转换模块、数据库管理模块，以及控制及碎部测量模块、设计模形管理系统、勘测及调查模块、施工测量模块和几何关系检测模块等部分组成。其中，

1、数据接收与转换模块：对来自GPS-RTK主版的载波相位差分基线增量数据和其它数据进行接收并转换为本系统标准的数据格式。设置有目前双频和单频GPS-RTK主板的数据格式，只需选择主板型号就可以接收该主板的输出数据。这些数据一般包括经解算的基线坐标增量、星历参数、单点定位数据、测码差分数据等。

2、坐标系统转换模块：经过统一格式的卫星观测数据，在获取多个地面坐标系已知控制点坐标之后，就可以通过本模块软件自动计算坐标转换参数，然后将流动站的WGS-84坐标转换为已知控制点所在的坐标系坐标。也可使用推荐的预置坐标转换参数，在选择了坐标系之后，可自动对每各点的观测坐标进行实时转换。

3、数据库管理模块：对GPS-RTK坐标观测数据、外业调查、设计模型数据、规范数据、系统设置数据等，使用文件和ACCESS数据库方式进行管理，提供快速检索修改功能。

4、控制及碎部测量模块：用于使用GPS-RTK方法快速建立低等级控制点、进行碎部测量并定义绘图信息。包括记录控制点、碎部点的点位及属性要素，连线及边界属性要素等。可直接用于各种工程设计所需的数字地形图及地籍图测量。

5、设计模形管理系统：用于定义、修改和管理道路、建筑物、管线、铁道及轨道工程、隧道及井巷工程等地面及地下构造物的三维几何设计模型。这些设计模型可由点、曲线和曲面要素组成。

6、勘测及调查模块：主要用于使用GPS-RTK仪器进行各种工程勘测及调查。根据作业需要，可以选择安装公路、铁路、管道、渠道等勘测调查程序。可以完成、设计方案的特征点线(如中边线)放样、纵横断面测量以及工程的用地、拆迁、坎伐等调查等。

7、施工测量模块：主要用于各种工程施工中的测量工作。可进行地面构造物上的特征点、设计轴线、用地线、开挖线等平面放样(即将设计方案在实地上设置)、土石方量测量以及施工进度管理测量等。

8、几何关系检测模块：在施工过程中，时常需要对施工的几何质量，包括位置、方向以及各个部位几何尺度进行检测，以与设计要求进行对比。检测出的误差与规范的要求进行对比，可及时评价出施工质量的好坏。本系统可根据具体的工程领域，选择相应的几何关系检测模块，便可以使用GPS-RTK设备快速完成对工程的任何部位几何特征的检测。

来自GPS-RTK主板的基线坐标增量测量数据和其他相关数据，通过蓝牙装置无线传入与GPS-RTK配套的工程专用PDA计算机。

首先，通过前端数据处理程序进行观测数据的格式转换和错误检查；然后，根据已知控制点的观测数据对坐标增量数据进行坐标转换参数的精度检查和坐标系统的转换并输出工程坐标系坐标，求得的流动站大地坐标，与外业调查、设计模型数据、规范数据、系统设置数据等，都进入固定介质上的数据文件和数据库文件，由统一的数据管理系统进行管理。

在获取了各种数据，特别是GPS-RTK测量数据的基础上，可以根据工程种类(公路、铁路等)和工程阶段(勘测、施工等)，选择相应的工作程序进行作业。

所有几何数据、文字、数据都可以由显示程序在特制的较大屏幕上显示。

本装置具有能以图形对照作业，触摸屏操作和按键操作两种输入方法，两种无线双向数传方式，长效供电电池，以及放水防潮抗冲击机壳设计。与组合的GPS-RTK系统相配合，还能够与多种市售的GPS-RTK接收机相配合，可直接完成常见土建工程(包括公路、铁路、港口码头、城市道路及管网、水电工程等)的设计勘测、施工测量、几何检测等工作，不需要原来的数据下载、内业处理、外业测设等分步工作，可显著提高土建工程测量作业效率。

Claims (2)

1.土木建筑工程GPS-RTK测量一体化PDA装置，其特征在于，为用于GPS-RTK数据采集、处理和土木建筑工程应用的PDA计算机，与GPS-RTK数据采集系统相结合构成流动站，通过数据链接收来自基站的数据，在流动站上同时完成GPS观测数据采集、处理、应用和应用数据的远程传输的一体化；

所述PDA计算机硬件，包括显示屏、设于显示屏左右两侧的按键、设于本体上方的挂件，以及设于本体内部的400MHz主频以上的主机芯片、蓝牙模块和GPRS模块、内置数传天线和电源；采用全封闭防水防潮塑钢机壳；所述显示屏有效显示范围不小于80×80(mm)；

所述PDA计算机内置软件，包括数据接收与转换模块、坐标系统转换模块、数据库管理模块、控制及碎部测量模块、设计模形管理系统、勘测及调查模块、施工测量模块以及几何关系检测模块；

其中，数据接收与转换模块：对来自GPS-RTK主板的载波相位差分基线增量数据和其他数据进行接收并转换为本系统标准的数据格式；

坐标系统转换模块：经过统一格式的卫星观测数据，在获取多个地面坐标系已知控制点坐标之后，计算坐标转换参数，然后将流动站的WGS-84坐标转换为已知控制点所在的坐标系坐标；

数据库管理模块：对GPS-RTK坐标观测数据、外业调查、设计模型数据、规范数据、系统设置数据等，使用文件和ACCESS数据库方式进行管理，提供快速检索修改功能；

控制及碎部测量模块：用于使用GPS-RTK方法快速建立低等级控制点、进行碎部测量并定义绘图信息；

设计模形管理系统：用于定义、修改和管理道路、建筑物、管线、铁道及轨道工程等地面构造物的三维几何设计模型；

勘测及调查模块：用于使用GPS-RTK仪器进行工程勘测及调查；

施工测量模块：用于工程施工中的测量工作；

几何关系检测模块：使用GPS-RTK设备快速完成对工程的任何部位几何特征的检测。

2.根据权利要求1所述的土木建筑工程GPS-RTK测量一体化PDA装置，其特征在于：所述挂件由挂钩和挂带组成。

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