CN105136127B - 一种地物地形的测量方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地物地形的测量方法，包括：全站仪接收棱镜的通信请求，与所述棱镜建立通信链接；所述全站仪架设在位置已知的起算点处，所述棱镜架设在待测点处；所述起算点与所述待测点保持通视；所述全站仪接收所述棱镜发送的棱镜架设高度和所述待测点的地物信息；所述全站仪根据所述棱镜架设高度，测量并计算出所述待测点的三维坐标；所述全站仪保存并输出所述待测点的地物信息和三维坐标。相应的，本发明还公开了一种地物地形的测量***。采用本发明实施例，能够提高待测点处地物地形的采集效率和测量精度。

Description

一种地物地形的测量方法及***

技术领域

本发明涉及大地测量技术领域，尤其涉及一种地物地形的测量方法及***。

背景技术

建筑、道路、市政设施、境界以及山体、水系、地貌、植被等地物、地形要素是人类生存、生产和建设等各项活动的承载对象。随着社会经济的发展，各行各业对于空间位置信息的需求越来越精确和广泛，地物、地形平面位置和高程信息的快速、精确采集已成为其中一个关键环节。

目前，现有的地物地形测量一般采用全站仪、测距仪或经纬仪等进行点位采集，其测量方法为单向模式，即通过全站仪直接对待测点进行测量。这种测量方法不仅造成采集与处理模式作业效率较低，难以直接获取待测点的地物信息，而且受人工干预较多、测量精度易受影响。同时，该测量方法对测量人员有较高的技术要求，在一定程度上导致应用广泛性较差。

发明内容

本发明实施例提出一种地物地形的测量方法及***，能够提高待测点处地物地形的采集效率和测量精度。

本发明实施例提供一种地物地形的测量方法，包括：

全站仪接收棱镜的通信请求，与所述棱镜建立通信链接；所述全站仪架设在位置已知的起算点处，所述棱镜架设在待测点处；所述起算点与所述待测点保持通视；

所述全站仪接收所述棱镜发送的棱镜架设高度和所述待测点的地物信息；

所述全站仪根据所述棱镜架设高度，测量并计算所述待测点的三维坐标；

所述全站仪保存并输出所述待测点的地物信息和三维坐标。

进一步地，所述全站仪根据所述棱镜架设高度，测量计算所述待测点的三维坐标，具体包括：

获取预设的方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)；所述方向点B₁与所述起算点保持通视；

测量B₁P₀顺时针转动到P₀R_i的水平角度α_i、P₀R_i与水平面之间的垂直角度β_i和P₀R_i的长度S_i；所述全站仪设为点P₀，所述棱镜设为点R_i，B₁P₀为所述方向点与所述全站仪的连线，P₀R_i为所述全站仪与所述棱镜的连线；

根据所述棱镜架设高度、所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，计算所述待测点的三维坐标。

进一步地，所述根据所述棱镜架设高度、所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，计算所述待测点的三维坐标，具体包括：

根据所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，采用平面坐标计算公式，计算获得所述待测点的平面坐标(X_i，Y_i)；其中，所述平面坐标计算公式如下：

X_i＝X_P+S_i×cosβ_i×cos(A_P-B+α_i)；

Y_i＝Y_P+S_i×cosβ_i×sin(A_P-B+α_i)；

根据所述起算点的高度Z_P、所述长度S_i、所述垂直角度β_i、所述全站仪的架设高度h_P和所述棱镜架设高度j_i，采用高度计算公式，计算获得所述待测点的高程坐标Z_i；其中，所述高度计算公式如下：

Z_i＝Z_P+S_i×sinβ_i+H_P-j_i；

获得所述待测点的三维坐标(X_i，Y_i，Z_i)。

进一步地，在所述全站仪保存并输出所述待测点的地物信息和三维坐标之后，还包括：

所述全站仪向所述棱镜发送通信关断指令，断开与所述棱镜的通信链接。

优选地，所述待测点的地物信息包括所述待测点的名称、地物属性编码和所述棱镜采集到的所述待测点及其周边的图像。

相应的，本发明实施例还提供一种地物地形的测量***，包括全站仪和棱镜；所述全站仪架设在位置已知的起算点处，所述棱镜包括第一棱镜、第二棱镜、……、第i棱镜，待测点包括第一待测点、第二待测点、……、第i待测点，所述第一棱镜架设于所述第一待测点，所述第二棱镜架设于所述第二待测点，……，所述第i棱镜架设于所述第i待测点，所述起算点与所述待测点保持通视；其中，所述i≥3；

所述全站仪包括：

通信请求接收模块，用于接收所述棱镜的通信请求，与所述棱镜建立通信链接；

信息接收模块，用于接收所述棱镜发送的棱镜架设高度和所述待测点的地物信息；

坐标测量模块，用于根据所述棱镜架设高度，测量并计算所述待测点的三维坐标；以及，

信息输出模块，用于保存并输出所述待测点的地物信息和三维坐标；

所述棱镜包括：

无线传输设备，用于通过无线信号向所述全站仪发送通信请求，与所述全站仪建立通信链接；并在建立通信链接后，向所述全站仪发送所述棱镜的架设高度和所述待测点的地物信息。

进一步地，所述坐标测量模块具体包括：

方向点获取单元，用于获取预设的方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)；所述方向点B₁与所述起算点保持通视；

测量单元，用于测量B₁P₀顺时针转动到P₀R_i的水平角度α_i、P₀R_i与水平面之间的垂直角度β_i和P₀R_i的长度S_i；所述全站仪设为点P₀，所述棱镜设为点R_i，B₁P₀为所述方向点与所述全站仪的连线，P₀R_i为所述全站仪与所述棱镜的连线；以及，

计算单元，用于根据所述棱镜架设高度、所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，计算所述待测点的三维坐标。

进一步地，所述计算单元具体包括：

平面坐标计算子单元，用于根据所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，采用平面坐标计算公式，计算获得所述待测点的平面坐标(X_i，Y_i)；其中，所述平面坐标计算公式如下：

X_i＝X_P+S_i×cosβ_i×cos(A_P-B+α_i)；

Y_i＝Y_P+S_i×cosβ_i×sin(A_P-B+α_i)；

以及，

高程坐标计算子单元，用于根据所述起算点的高度Z_P、所述长度S_i、所述垂直角度β_i、所述全站仪的架设高度h_P和所述棱镜架设高度j_i，采用高度计算公式，计算获得所述待测点的高程坐标Z_i；其中，所述高度计算公式如下：

Z_i＝Z_P+S_i×sinβ_i+H_P-j_i；

三维坐标获取子单元，用于获得所述待测点的三维坐标(X_i，Y_i，Z_i)。

进一步地，所述全站仪还包括通信关断模块；

所述通信关断模块用于向所述棱镜发送通信关断指令，断开与所述棱镜的通信链接。

优选地，所述待测点的地物信息包括所述待测点的名称、地物属性编码和所述棱镜采集到的所述待测点及其周边的图像。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的地物地形的测量方法及***，能够建立全站仪和棱镜的通信连接，使棱镜将待测点的地物地形相关信息直接发送给全站仪，实现全站仪对待测点处地物地形的快速、精确采集，可广泛应用于空间位置确定、建筑工程、市政公用、交通导航、测绘、公共安全、移动位置服务、水利、农林业等领域；棱镜将待测点的名称、地物属性编码和棱镜采集到的待测点及其周边的图像直接发送给全站仪，有利于用户在利用所测量出的地物地形绘制地形图时作为辅助参考。

附图说明

图1是本发明提供的地物地形的测量方法的一个实施例的流程示意图；

图2是本发明提供的地物地形的测量方法中全站仪测量的一个示意图；

图3是本发明提供的地物地形的测量方法中全站仪测量的另一个示意图；

图4是本发明提供的地物地形的测量***的一个实施例的结构示意图；

图5是本发明提供的地物地形的测量***的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明提供的地物地形的测量方法的一个实施例的流程示意图，包括：

S1、全站仪接收棱镜的通信请求，与所述棱镜建立通信链接；所述全站仪架设在位置已知的起算点处，所述棱镜架设在待测点处；所述起算点与所述待测点保持通视；

S2、所述全站仪接收所述棱镜发送的棱镜架设高度和所述待测点的地物信息；

S3、所述全站仪根据所述棱镜架设高度，测量并计算所述待测点的三维坐标；

S4、所述全站仪保存并输出所述待测点的地物信息和三维坐标。

其中，如图3所示，起算点P为所有待测点的三维坐标的起算点，应具有已知的精确三维坐标(X_P，Y_P，Z_P)。若没有已知坐标的点位作为起算点，可事先采用卫星精密定位或导线测量等方式求取起算点三维坐标。另外，为保持与待测的通视，一般选择位置较高的点位作为起算点。

全站仪是一种采用电磁波测距和电子度盘测角的通用设备。全站仪可采用带智能操作***的自动照准型产品，如TOPCON GPT-9000A、Timble S6或SOKKIA M系列等。目前国内外所有系列的全站仪基本均具有一套完整的双向数据通信指令，确保全站仪可通过内部程序与外部设备进行数据交换。在起算点处架设全站仪后，测量出全站仪的高度h_p并存入全站仪中。

反射棱镜是一种常见设备，架设于待测点处，通过反射电磁波辅助全站仪测量角度和距离以获得待测点的地形。本实施例中采用的棱镜在现有反射棱镜中增加无线传输设备，可通过无线数传、GPRS、CDMA或Wifi等无线通信方式实现与全站仪的通信。在待测点处架设棱镜后，测量出棱镜的高度j_i并存入棱镜中。

在进行测量时，棱镜通过无线信号向全站仪发送“准备就绪”的通信请求，全站仪应答该通讯请求后，与该棱镜建立双向通信链接。链接建立后，棱镜直接将待测点的地物信息发送给全站仪，同时，将棱镜高度j_i发送给全站仪供全站仪进行测量。全站仪在测量出待测点的三维坐标后，将待测点的地物信息和三维坐标保存并输出，以便进行展示或应用。

优选地，所述待测点的地物信息包括所述待测点的名称、地物属性编码和所述棱镜采集到的所述待测点及其周边的图像。

全站仪自动接收待测点的名称、地物属性编码和图像。其中，地物属性编码为特定位数的字符串，用于标识该地物的属性特征，如建筑、河流、陡坎等。为了便与传输，将棱镜发送的数据进行编码，编码格式为“*棱镜ID，*名称，*地物属性编码，*棱镜高，*图像”。其中，*为数据段标识符。全站仪在接收该数据后，按数据段标识符进行分析，分别从中提取出棱镜ID、点名、属性、棱镜高及图像等信息。

所有待测点的地物地形信息可直接向用户展示或对其进行应用，地物属性编码及采集到的图像可在绘制待测点的地形图时作为辅助参考。

进一步地，所述全站仪根据所述棱镜架设高度，测量计算所述待测点的三维坐标，具体包括：

获取预设的方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)；所述方向点B₁与所述起算点保持通视；

测量B₁P₀顺时针转动到P₀R_i的水平角度α_i、P₀R_i与水平面之间的垂直角度β_i和P₀R_i的长度S_i；所述全站仪设为点P₀，所述棱镜设为点R_i，B₁P₀为所述方向点与所述全站仪的连线，P₀R_i为所述全站仪与所述棱镜的连线；

根据所述棱镜架设高度、所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，计算所述待测点的三维坐标。

需要说明的是，在测量前，还需设置一个方向点B₁，如图2所示，且已知该方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)。其中，平面坐标即为水平面上的坐标。同时，在方向点B₁上架设棱镜，方便全站仪进行测量。

进一步地，所述根据所述棱镜架设高度、所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，计算所述待测点的三维坐标，具体包括：

根据所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，采用平面坐标计算公式，计算获得所述待测点的平面坐标(X_i，Y_i)；其中，所述平面坐标计算公式如下：

X_i＝X_P+S_i×cosβ_i×cos(A_P-B+α_i)；

Y_i＝Y_P+S_i×cosβ_i×sin(A_P-B+α_i)；

根据所述起算点的高度Z_P、所述长度S_i、所述垂直角度β_i、所述全站仪的架设高度h_P和所述棱镜架设高度j_i，采用高度计算公式，计算获得所述待测点的高程坐标Z_i；其中，所述高度计算公式如下：

Z_i＝Z_P+S_i×sinβ_i+H_P-j_i；

获得所述待测点的三维坐标(X_i，Y_i，Z_i)。

在测量时，如图2和3所示，全站仪依次对B₁-P₀-R_i的水平夹角α_i、P₀R_i连线与水平面之间的垂直角β_i和点P₀到点R_i之间的距离进行测量，根据测量的值即可计算出待测点R的三维坐标(X_i，Y_i，Z_i)。在平面坐标计算公式中，A_P-B为P₀B₁连线的坐标方位角，即从P₀点的指北方向线起，按顺时针方向旋转到P₀B₁连线的水平角度。sgn为取符号函数，即当Y_B-Y_P大于0时函数返回1，Y_B-Y_P等于0时函数返回0，Y_B-Y_P小于0时函数返回-1。

进一步地，在所述全站仪保存并输出所述待测点的地物信息和三维坐标之后，还包括：

所述全站仪向所述棱镜发送通信关断指令，断开与所述棱镜的通信链接。

在测量完毕后，全站仪向棱镜发送“测量完毕”的通信关断指令，断开与所述棱镜的通信链接。棱镜接收到该通信关断指令后，退出工作状态，熄灭其工作指示灯，以提示测量人员可将该棱镜架设于其它待测点进行测量。

在完成一个待测点的测量后，全站仪应答下一个待测点，与下一个待测点的棱镜建立通信链接，全站仪继续测量该待测点的地物地形。如此往复，最终获得指定区域内所有待测点的三维坐标和地物信息。

本发明实施例提供的地物地形的测量方法，能够建立全站仪和棱镜的通信连接，使棱镜将待测点的地物地形相关信息直接发送给全站仪，实现全站仪对待测点处地物地形的快速、精确采集，可广泛应用于空间位置确定、建筑工程、市政公用、交通导航、测绘、公共安全、移动位置服务、水利、农林业等领域；棱镜将待测点的名称、地物属性编码和棱镜采集到的待测点及其周边的图像直接发送给全站仪，有利于用户在利用所测量出的地物地形绘制地形图时作为辅助参考。

相应的，本发明还提供一种地物地形的测量***，能够实现上述实施例中的地物地形的测量方法的所有流程。

参见图4，是本发明提供的地物地形的测量***的一个实施例的结构示意图，包括全站仪1和棱镜2；所述全站仪1架设在位置已知的起算点处，所述棱镜2架设在待测点处；所述起算点与所述待测点保持通视；

所述全站仪1包括：

通信请求接收模块11，用于接收所述棱镜2的通信请求，与所述棱镜2建立通信链接；

信息接收模块12，用于接收所述棱镜2发送的棱镜架设高度和所述待测点的地物信息；

坐标测量模块13，用于根据所述棱镜架设高度，测量并计算所述待测点的三维坐标；以及，

信息输出模块14，用于保存并输出所述待测点的地物信息和三维坐标。

优选地，所述待测点的地物信息包括所述待测点的名称、地物属性编码和所述棱镜采集到的所述待测点及其周边的图像。

在本实施例中，棱镜2包括无线传输设备、控制存储器、广角CCD摄像头和LED工作指示灯。其中，无线传输设备采用技术已较为成熟的无线数传模块，其在室外传输距离可达1km以上。控制存储器采用PDA或工业手簿，其通过串口和USB接口对无线传输设备和CCD摄像头进行控制，且对LED工作指示灯的开关进行控制。

进一步地，所述坐标测量模块13具体包括：

方向点获取单元，用于获取预设的方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)；所述方向点B₁与所述起算点保持通视；

测量单元，用于测量B₁P₀顺时针转动到P₀R_i的水平角度α_i、P₀R_i与水平面之间的垂直角度β_i和P₀R_i的长度S_i；所述全站仪设为点P₀，所述棱镜设为点R_i，B₁P₀为所述方向点与所述全站仪的连线，P₀R_i为所述全站仪与所述棱镜的连线；以及，

计算单元，用于根据所述棱镜架设高度、所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，计算所述待测点的三维坐标。

进一步地，所述计算单元具体包括：

平面坐标计算子单元，用于根据所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，采用平面坐标计算公式，计算获得所述待测点的平面坐标(X_i，Y_i)；其中，所述平面坐标计算公式如下：

X_i＝X_P+S_i×cosβ_i×cos(A_P-B+α_i)；

Y_i＝Y_P+S_i×cosβ_i×sin(A_P-B+α_i)；

以及，

高程坐标计算子单元，用于根据所述起算点的高度Z_P、所述长度S_i、所述垂直角度β_i、所述全站仪的架设高度h_P和所述棱镜架设高度j_i，采用高度计算公式，计算获得所述待测点的高程坐标Z_i；其中，所述高度计算公式如下：

Z_i＝Z_P+S_i×sinβ_i+H_P-j_i；

三维坐标获取子单元，用于获得所述待测点的三维坐标(X_i，Y_i，Z_i)。

进一步地，所述全站仪1还包括通信关断模块；

所述通信关断模块用于向所述棱镜发送通信关断指令，断开与所述棱镜的通信链接。

参见图5，是本发明提供的地物地形的测量***的另一个实施例的结构示意图。

本发明实施例提供的地物地形的测量***包括架设于起算点的全站仪P₀、架设于第一待测点的第一棱镜R₁、架设于第二待测点的第二棱镜R₂、……、架设于第i待测点的第i棱镜R_i。全站仪P₀依次与第一棱镜R₁、第二棱镜R₂、……、第i棱镜R_i建立通信链接，接收各个待测点的地物信息，并通过架设于定向点的棱镜B₁来依次测量出各个待测点的地形信息，从而实现对待测点的地物地形的快速采集；其中，所述i≥3。

本发明实施例提供的地物地形的测量***，能够建立全站仪和棱镜的通信连接，使棱镜将待测点的地物地形相关信息直接发送给全站仪，实现全站仪对待测点处地物地形的快速、精确采集，可广泛应用于空间位置确定、建筑工程、市政公用、交通导航、测绘、公共安全、移动位置服务、水利、农林业等领域；棱镜将待测点的名称、地物属性编码和棱镜采集到的待测点及其周边的图像直接发送给全站仪，有利于用户在利用所测量出的地物地形绘制地形图时作为辅助参考。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种地物地形的测量***，其特征在于，包括全站仪和棱镜；所述全站仪架设在位置已知的起算点处，所述棱镜包括第一棱镜、第二棱镜、……、第i棱镜，待测点包括第一待测点、第二待测点、……、第i待测点，所述第一棱镜架设于所述第一待测点，所述第二棱镜架设于所述第二待测点，……，所述第i棱镜架设于所述第i待测点，所述起算点与所述待测点保持通视；其中，所述i≥3；

所述全站仪包括：

通信请求接收模块，用于接收所述棱镜的通信请求，与所述棱镜建立通信链接；

信息接收模块，用于接收所述棱镜发送的棱镜架设高度和所述待测点的地物信息；

坐标测量模块，用于根据所述棱镜架设高度，测量并计算所述待测点的三维坐标；以及，

信息输出模块，用于保存并输出所述待测点的地物信息和三维坐标；

所述棱镜包括：

无线传输设备，用于通过无线信号向所述全站仪发送通信请求，与所述全站仪建立通信链接；并在建立通信链接后，向所述全站仪发送所述棱镜的架设高度和所述待测点的地物信息。

2.如权利要求1所述的地物地形的测量***，其特征在于，所述坐标测量模块具体包括：

方向点获取单元，用于获取预设的方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)；所述方向点B₁与所述起算点保持通视；

测量单元，用于测量B₁P₀顺时针转动到P₀R_i的水平角度α_i、P₀R_i与水平面之间的垂直角度β_i和P₀R_i的长度S_i；所述全站仪设为点P₀，所述棱镜设为点R_i，B₁P₀为所述方向点与所述全站仪的连线，P₀R_i为所述全站仪与所述棱镜的连线；以及，

计算单元，用于根据所述棱镜架设高度、所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，计算所述待测点的三维坐标。

3.如权利要求2所述的地物地形的测量***，其特征在于，所述计算单元具体包括：

平面坐标计算子单元，用于根据所述方向点B₁的平面坐标(X_B，Y_B)、所述水平角度α_i、所述垂直角度β_i和所述长度S_i，采用平面坐标计算公式，计算获得所述待测点的平面坐标(X_i，Y_i)；其中，所述平面坐标计算公式如下：

X_i＝X_P+S_i×cosβ_i×cos(A_P-B+α_i)；

Y_i＝Y_P+S_i×cosβ_i×sin(A_P-B+α_i)；

以及，

高程坐标计算子单元，用于根据所述起算点的高度Z_P、所述长度S_i、所述垂直角度β_i、所述全站仪的架设高度h_P和所述棱镜架设高度j_i，采用高度计算公式，计算获得所述待测点的高程坐标Z_i；其中，所述高度计算公式如下：

Z_i＝Z_P+S_i×sinβ_i+H_P-j_i；

三维坐标获取子单元，用于获得所述待测点的三维坐标(X_i，Y_i，Z_i)。

4.如权利要求1所述的地物地形的测量***，其特征在于，所述全站仪还包括通信关断模块；

所述通信关断模块用于向所述棱镜发送通信关断指令，断开与所述棱镜的通信链接；

所述无线传输设备还用于，接收所述全站仪发送的通信关断指令，断开与所述全站仪的通信链接。

5.如权利要求1至4任一项所述的地物地形的测量***，其特征在于，所述待测点的地物信息包括所述待测点的名称、地物属性编码和所述棱镜采集到的所述待测点及其周边的图像。