CN113483663A - 一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统及标校方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统及标校方法，属于测绘技术领域，测试标校系统包括控制点、激光全站仪和测向接收机，拼接的多个阵面形成被检测面，所述控制点取自拼接的阵面，且控制点处安装反射片，所述测向接收机位于被检测面的方向线上，所述激光全站仪架设于被检测面的对面，且控制点、测向接收机均位于激光全站仪的可视扫描范围内，本发明方法简单，测试标校准确率高，能够在短时间内全自动地完成测试标校及数据处理。

Description

一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统及标校方法

技术领域

本发明属于测绘技术领域，具体地说涉及一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统及标校方法。

背景技术

大尺寸空间坐标测量在航空航天、基础建设、工业生产等诸多领域有着广泛的应用需求，由于其测量范围大，且要求测试精度高，常用无接触式测量，如利用电子经纬仪、激光跟踪仪、全站仪和摄影测量设备进行测量。但是，目前的标校方法存在以下局限性：1、无法给出大尺寸平面阵面上各点的绝对位置坐标；2、对多块紧密拼接或中间有一定距离间隔的大尺寸拼接阵面的定位测试，尚未有解决办法。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统及标校方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统，包括控制点、激光全站仪和测向接收机，拼接的多个阵面形成被检测面，所述控制点取自拼接的阵面，且控制点处安装反射片，所述测向接收机位于被检测面的方向线上，所述激光全站仪架设于被检测面的对面，且控制点、测向接收机均位于激光全站仪的可视扫描范围内。

进一步，每个阵面上均取多个控制点，且控制点与阵面整体加工而成。

进一步，所述控制点位于阵面的特定位置，即多个控制点之间的位置关系固定。

优选的，所述控制点位于阵面的边缘位置。

优选的，位于同一阵面上的控制点至少为2个。

进一步，所述测向接收机包括GPS仪器和360°棱镜，所述360°棱镜用于接收激光全站仪发出的信号并向激光全站仪反射，且GPS仪器和360°棱镜集成为一体式结构。

将GPS仪器与360°棱镜组装在一起，激光全站仪通过自动对准360°棱镜的方式对准GPS仪器的位置，可直接将激光全站仪下的本地坐标与GPS仪器下的WGS-84坐标一体化测试结合起来。

进一步，所述测向接收机设有三个，分别为第一测向接收机、第二测向接收机和第三测向接收机，其中，第一测向接收机、第二测向接收机作为移动站并位于被检测面的方向线上，第三测向接收机作为基准站并位于激光全站仪的相对面。

进一步，考虑到卫星定位基线越长精度越高，因此，相较于第一测向接收机、第二测向接收机，第三测向接收机与激光全站仪的距离最大，延长基线的长度，以提高基线测向精度。

进一步，所述基准站和移动站采用CORS站的作业模式，当移动站连接到基准站的电台时，移动站手簿显示测量值处于固定中，基准站和移动站设置完成。

进一步，所述基准站的坐标已知。

进一步，所述第一测向接收机、第二测向接收机和第三测向接收机采用星站差分工作模式。

进一步，所述激光全站仪安装于全站仪测点，用于瞄准控制点、测向接收机，获取坐标并进行角度与距离的测量，采用激光全站仪+GPS定位测试的方法，将GPS仪器的坐标信息转换为平面坐标，利用最小二乘原理，采用后方交会方法计算所述全站仪测点的坐标。

另，本发明还提供一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统的标校方法，包括如下步骤：

步骤S1：架设激光全站仪和测向接收机，在拼接的阵面上选取控制点，并贴上反射片；

步骤S2：测向接收机开始接收数据，数据结果收敛并提取移动站的坐标；

步骤S3：激光全站仪对基准站、移动站进行测量获得角度值和距离值，并引入基准站、移动站的坐标，计算全站仪测点的坐标；

步骤S4：激光全站仪对同一阵面的反射片进行距离、角度测量，拟合所述阵面在X方向、Y方向和Z方向的平面向量，并计算控制点坐标；

步骤S5：重复步骤S4，完成所有拼接的阵面的测量，设定所有拼接阵面的其一阵面为基准平面，计算得到其他的阵面与基准平面的补偿值(即阵面平面度)，完成阵面测试标校。

进一步，在步骤S1中，在被检测面的对面架设激光全站仪，在被检测面方向线上架设两个测向接收机，在被检测面的另一对面架设一个测向接收机。本发明的有益效果是：

1、借助激光全站仪通过波束扫描的方式对每个阵面中心的指向进行测试标校，方法简单，测试标校准确率高，能够在短时间内全自动地完成测试标校及数据处理。

2、对多个大尺寸阵面的位置进行测试及标校，实时给出每个大尺寸阵面中心对静态或运动目标的指向，有效解决了非紧密排列、分布在一定距离的不同阵面的标校问题。

3、激光全站仪根据控制点的固定位置关系，可自动地瞄准下一个准备测量的控制点步进，实现全自动的对各个控制点测试。

4、采用激光全站仪+GPS定位测试的方法，巧妙地将GPS仪器的坐标与平面坐标一体化地结合起来。

5、借助激光全站仪、测向接收机和选取控制点，实现无接触、快速、全自动地大尺寸紧密拼接或非紧密拼接阵面的相对位置坐标、绝对地理坐标、中心指向、平面度等参数高精度测试标校。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是阵面上选取控制点的示意图。

附图中：1-激光全站仪、2-第一测向接收机、3-第二测向接收机、4-第三测向接收机、5-阵面、6-被检侧面、7-控制点。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

实施例一：

如图1-图2所示，一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统，包括控制点7、激光全站仪1和测向接收机，其中，拼接的多个阵面5形成被检测面6，同时，多个阵面5可紧密拼接或非紧密拼接。

所述控制点7取自拼接的阵面5，且控制点7处安装反射片。具体的，每个阵面5上均取多个控制点7，且控制点7与阵面5整体加工而成。所述控制点7位于阵面5的特定位置，即多个控制点7之间的位置关系固定。优选的，所述控制点7位于阵面5的边缘位置。优选的，位于同一阵面5上的控制点7至少为2个。

所述测向接收机位于被检测面6的方向线上。具体的，所述测向接收机包括GPS仪器和360°棱镜，所述GPS仪器位于360°棱镜的上方，其两者的中心轴通过连接件硬性连接，即GPS仪器和360°棱镜集成为一体式结构。所述360°棱镜用于接收激光全站仪1发出的信号并向激光全站仪1反射，将GPS仪器与360°棱镜组装在一起，激光全站仪1通过自动对准360°棱镜的方式对准GPS仪器的位置，可直接将激光全站仪1下的本地坐标与GPS仪器下的WGS-84坐标一体化测试结合起来。

所述测向接收机设有三个，分别为第一测向接收机2、第二测向接收机3和第三测向接收机4，其中，第一测向接收机2、第二测向接收机3作为移动站并位于被检测面6的方向线上，第三测向接收机4作为基准站并位于激光全站仪1的相对面。考虑到卫星定位基线越长精度越高，因此，相较于第一测向接收机2、第二测向接收机3，第三测向接收机4与激光全站仪1的距离最大，延长基线的长度，以提高基线测向精度。所述基准站和移动站采用CORS站的作业模式，当移动站连接到基准站的电台时，移动站手簿显示测量值处于固定中，基准站和移动站设置完成。同时，所述基准站的坐标已知。所述第一测向接收机、第二测向接收机和第三测向接收机采用星站差分工作模式。

所述激光全站仪1架设于被检测面6的对面，且控制点7、测向接收机均位于激光全站仪1的可视扫描范围内。所述激光全站仪1安装于全站仪测点，用于瞄准控制点7、测向接收机，获取坐标并进行角度与距离的测量，激光全站仪1的优势存在于数据处理的快速性与准确性，进行空间数据采集与更新，实现测绘的数字化。采用激光全站仪+GPS定位测试的方法，将GPS仪器的坐标信息转换为平面坐标，利用最小二乘原理，采用后方交会方法计算所述全站仪测点的坐标。

所述三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统的标校方法，主要包含设站定向、测量、计算三个过程，其中，设站定向通过观测360°棱镜，将测向接收机的GPS坐标信息转换为平面坐标下，利用最小二乘原理，观测多个测向接收机，即可准确确定激光全站仪1当前坐标。具体包括如下步骤：

步骤S1：在被检测面6的对面架设激光全站仪1，在被检测面6方向线上架设两个测向接收机(即第一测向接收机2、第二测向接收机3作为移动站)，在被检测面6的另一对面架设一个测向接收机(即第三测向接收机4作为基准站，其坐标已知)，在拼接的阵面5上选取控制点7，并贴上反射片，测试并记录第一测向接收机2、第二测向接收机3的经度、纬度及海拔高度。

步骤S2：测向接收机的工作模式为星站差分，并开始接收数据，观测后等待数据结果收敛，并提取移动站的坐标。

步骤S3：激光全站仪1对基准站、移动站进行测量获得角度值和距离值，并引入基准站、移动站的坐标，利用最小二乘原理，计算全站仪测点的坐标。

步骤S4：激光全站仪1对同一阵面5的反射片进行距离、角度测量，拟合所述阵面5在X方向、Y方向和Z方向的平面向量，并计算控制点7坐标。由于相邻控制点的位置关系固定，激光全站仪1可自动地瞄准下一个准备测量的控制点步进，实现全自动的对各个控制点7测试。

步骤S5：重复步骤S4，完成所有拼接的阵面5的测量，设定所有拼接阵面5的其一阵面为基准平面，计算得到其他的阵面与基准平面的补偿值(即阵面平面度)，完成阵面测试标校。

借助激光全站仪1通过波束扫描的方式对每个阵面5中心的指向进行测试标校，方法简单，测试标校准确率高，能够在短时间内全自动地完成测试标校及数据处理。对多个大尺寸阵面5的位置进行测试及标校，实时给出每个大尺寸阵面5中心对静态或运动目标的指向，有效解决了非紧密排列、分布在一定距离的不同阵面的标校问题，实现无接触、快速、全自动地大尺寸紧密拼接或非紧密拼接阵面的相对位置坐标、绝对地理坐标、中心指向、平面度等参数高精度测试标校。

基准站坐标已知，在已知地方坐标和WGS-84坐标条件下，点对点出两种坐标系的转换参数，利用坐标转换算法将GPS获取的BLH结果转换到平面直角坐标系下的xyH，然后利用后方交会算法解算出激光全站仪1在平面直角坐标系下的坐标以及方位。上述标校过程涉及后方交会、坐标转换以及平面拟合算法，由于上述算法均为程度的现有技术，因此，不再赘述。

实施例二：

本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：

如图2所示，拼接多阵面由三块大尺寸平板组成，平板高度为2.5米，宽度为1.5米，每块平板中心之间间隔1米。测试计算出以下参数：三个平板相对于多个不同目标的指向(以三个平板为中心的直角坐标系下的指向)；三个平板的相对位置，精度优于0.7mm；方向检测精度优于0.16°/每米基线；三个平板的中心绝对地理坐标；三个平板的平行度；系统架设及测试时间应在20min内完成。

具体的，在被检测面的对面约10米的合适位置A点架设激光全站仪1，在被检测面方向线上B、C点安装两个测向接收机，且两个测向接收机的间距大于80米。在距离激光全站仪1约100米位置D点架设一个测向接收机，在被检测面上贴上反射片。设置测向接收机的工作模式为星站差分，并开始接收数据，大约5分钟观测后等待数据结果收敛，并提取B、C点的坐标。操作激光全站仪1对B、C、D点进行测量，测得角度值、距离值，并引入B、C、D点的坐标值计算A点的测站坐标值(其中B点和C点选一个点为精度检核评估点，定向点为D点，长基线有利于提高定向精度)。

每个平板上取六个控制点7共计18个控制点，标记为P1－P18，激光全站仪1对3个平板上的18个反射片进行测量，得到P1－P18的坐标值。计算出平面法向量、X轴向量、目标方位角、目标俯仰角和目标距离，以第2个平板上的P7-P12确定一个基准平面，分别计算基准平面、第1个平板、第3个平板中心点值，以基准平面的中心点为原点的球坐标下，计算第1个平板、第3个平板的中心点与原点的坐标差值，即为第1个平板、第3个平板与基准平面的补偿值。

之后，对三个非紧密拼接的阵面5进行了测试，并通过波束扫描的方式对每个阵面5中心的指向进行了测试验证，误差在0.1°范围内，因此，阵面5的定位测试误差满足了不大于0.7mm，方向检测精度优于0.16°/每米基线的指标要求。同时，全系统在20min内全自动地完成测试及数据处理。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统，其特征在于，包括控制点、激光全站仪和测向接收机，拼接的多个阵面形成被检测面，所述控制点取自拼接的阵面，且控制点处安装反射片，所述测向接收机位于被检测面的方向线上，所述激光全站仪架设于被检测面的对面，且控制点、测向接收机均位于激光全站仪的可视扫描范围内。

2.根据权利要求1所述的一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统，其特征在于，每个阵面上均取多个控制点，且控制点与阵面整体加工而成。

3.根据权利要求2所述的一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统，其特征在于，多个控制点之间的位置关系固定。

4.根据权利要求1所述的一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统，其特征在于，所述测向接收机包括GPS仪器和360°棱镜，所述360°棱镜用于接收激光全站仪发出的信号并向激光全站仪反射，且GPS仪器和360°棱镜集成为一体式结构。

5.根据权利要求4所述的一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统，其特征在于，所述测向接收机设有三个，分别为第一测向接收机、第二测向接收机和第三测向接收机，其中，第一测向接收机、第二测向接收机作为移动站并位于被检测面的方向线上，第三测向接收机作为基准站并位于激光全站仪的相对面。

6.根据权利要求5所述的一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统，其特征在于，所述第一测向接收机、第二测向接收机和第三测向接收机采用星站差分工作模式。

7.根据权利要求6所述的一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统，其特征在于，所述基准站和移动站采用CORS站的作业模式，当移动站连接到基准站的电台时，移动站手簿显示测量值处于固定中，基准站和移动站设置完成。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统，其特征在于，所述激光全站仪安装于全站仪测点，用于瞄准控制点、测向接收机，获取坐标并进行角度与距离的测量，采用后方交会方法计算所述全站仪测点的坐标。

9.一种采用如权利要求8所述的三维大尺寸拼接多阵面测试标校系统的标校方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：架设激光全站仪和测向接收机，在拼接的阵面上选取控制点，并贴上反射片；

步骤S2：测向接收机开始接收数据，数据结果收敛并提取移动站的坐标；

步骤S3：激光全站仪对基准站、移动站进行测量获得角度值和距离值，并引入基准站、移动站的坐标，计算全站仪测点的坐标；

步骤S4：激光全站仪对同一阵面的反射片进行距离、角度测量，拟合所述阵面的平面向量，并计算控制点坐标；

步骤S5：重复步骤S4，完成所有拼接的阵面的测量，设定所有拼接阵面的其一阵面为基准平面，计算得到其他的阵面与基准平面的补偿值，完成阵面测试标校。

10.根据权利要求9所述的标校方法，其特征在于，在步骤S1中，在被检测面的对面架设激光全站仪，在被检测面方向线上架设两个测向接收机，在被检测面的另一对面架设一个测向接收机。

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