CN106679615A - 基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法，该方法采用的测距仪需要具备磁传感器与加速度传感器测量方位角与倾斜角，在进行任意两点距离、方位、倾斜角测量时，保持测距仪的起测点基本不变，分别测量并记录起测点到两个目标点的距离、方位、倾斜角，通过三角立体几何运算即可计算得出两个目标点的距离、方位、倾斜角。这种遥测任意两点的距离、方位、倾斜角的方法，虽然会产生一些操作误差，但可以大幅提高量测的工作效率，适合于目标两点不能到达或两个目标点间有障碍物情况下的数据测量，拓展传统激光测距仪的应用空间。

Description

基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法

技术领域：

本发明涉及一种基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法，该方法广泛适用于工业、民用领域中需要快速、安全获取任意两点距离的不接触测量的需求。

背景技术：

目前，激光测距技术已经广泛应用于工业、民用领域，同时测量方位角、倾斜角的传感器的应用也十分普遍。普通的激光测距技术仅仅能获取测距仪到目标点的距离，或通过勾股玄定理测量计算直角边的边长，而对于远处任意两点的距离、方位、倾斜度的测量却无能为力。这种需求对于危险场合、两点间有障碍物、需要快速获取该数据等情况是普遍存在的。目前由于激光测距技术、方位角与倾斜角测量的传感器技术已经十分成熟，上述需求已经可以实现。

发明内容：

本发明的目的在于一种基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法，该方法操作效率高，安全且便捷。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法，包括以下步骤：

在测量时，保持起测点位置不变，用测距仪分次测量起测点到两个目标点的距离、方位、倾斜角，保存两次测量结果，然后对两次测量结果进行三角立体几何运算，计算获得两个目标点的距离、方位、倾斜角。

本发明进一步的改进在于，假设起测点名称为O，两个目标点分别为A、B，两个目标点在水平面上的投影分别为A`、B`，其测量过程包括如下步骤：

1)用测距仪测量从起测点第一个目标点的距离OA、方位角β、倾斜角∠AOA`，并保存测量结果；

2)紧接步骤1)，保持测距仪在起算点的位置不变，转动测距仪测量从起测点第二个目标点的距离OB、方位角γ、倾斜角∠BOB`，并保存测量结果；

3)测距仪通过三角立体几何计算，计算出AB两点的距离、方位、倾斜角。

本发明进一步的改进在于，步骤3)具体包括如下步骤：

301)计算AB距离：

通过步骤1)和2)的测量，已知OA、OB、∠AOA`、∠BOB`，α＝γ-β；

先计算AC：

再计算BC：BC＝BB`-B`C＝OB*sin(∠BOB`)-OA*sin(∠AOA`)

最后计算AB：

302)计算AB倾角：∠BAC＝arctan(BC/AC)；

303)计算AB方位：A`B`是AB在水平面上的投影，其方位角即使AB的方位角，步骤1)中已经计算出了三角形A`OB`的三条边长，求得∠B`A`O或者∠A`B`O，根据已知的OA或OB的方位与∠B`A`O或者∠A`B`O加减运算获得A`B`的方位角，即为AB的方位。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

目前市场上的激光测距仪，由于不能获取仪器倾斜、方位数据，无法进行进一步的立体几何运算，只能测量仪器到目标点的距离，或用勾股玄定理进行平面直角三角形的边角关系计算，即先测量两个直角边的长度，通过勾股玄定理，计算出另一个未知边的长度。这对于使用环境要求苛刻，即必须具备测量直角三角形的条件(比如，前方的两个目标点的平面必须与仪器是垂直关系)，其测量前方任意两点的距离的适用性受到限制，并且不能获取前任意两点的方位角、倾斜角。本发明可以不受任何环境条件限制，通过测量仪器到前方任意两点的两组距离、方位、倾角，通过空间立体几何计算边角关系与投影运算，即可以计算出前方任意空间两点的距离、方位、倾斜度。

另外，用于本发明方法的仪器，可以同时测量仪器到目标点的距离、方位、倾斜角的综合功能，这也是目前市场上普通的激光测距仪所不具备的。

附图说明：

图1是本发明一种基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法的三角几何关系示意图；

图2是本发明方法的步骤框图。

具体实施方式：

下面结合附图对发明进一步详细的说明，所述是对发明的解释而不是限定。

所述的具有测量方位与倾斜测量功能的测距仪，从实现方案上已经具备了条件，首先测量方位角、倾斜角的3轴磁阻传感器、3轴加速度传感器，价格低廉，方便购买，仅需要与目前市场上的手持激光测距仪进行功能整合即可实现所需功能，具体实施方案也可以参考专利“一种多功能测量的数字地质罗盘仪(发明人：马庆勋，专利号：201320069931.8)”。市场上已经有西安瑞泰公司生产的YHL90/360J型矿用本安型测距罗盘仪。

下面结合附图1和2对一种基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法做详细描述：

目前，手持式激光测距仪技术已经相当成熟，结合基于微机电***(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)市场上多家公司生产的6轴电子罗盘传感器(即3轴磁力计+3轴加速度传感器)的电子罗盘芯片技术(如Aichi Steel、ALPS、Bosch、Everspin、Honeywell和MEMSIC公司的产品)，即可以集成实现一台微型化的手持式集成测量工具，它可以同时具备测量距离、方位角与倾斜角的功能。这样即可实现本专利权力要求书中所描述的前方任意两点距离、方位、倾斜角的遥测功能，步骤如下：

假设起测点名称为O，两个目标点分别为A、B，两个目标点在水平面上的投影分别为A`、B`，其测量过程包括如下步骤：

1)用测距仪测量从起测点第一个目标点的距离OA、方位角β、倾斜角∠AOA`，并保存测量结果；

2)紧接步骤1)，保持测距仪在起算点的位置不变，转动测距仪测量从起测点第二个目标点的距离OB、方位角γ、倾斜角∠BOB`，并保存测量结果；

3)测距仪通过三角立体几何计算，计算出AB两点的距离、方位、倾斜角。

具体方法为：

(1)计算AB距离：

通过步骤1)和2)的测量，已知OA、OB、∠AOA`、∠BOB`，α＝γ-β；

先计算AC：

再计算BC：BC＝BB`-B`C＝OB*sin(∠BOB`)-OA*sin(∠AOA`)

最后计算AB：

(2)计算AB倾角：∠BAC＝arctan(BC/AC)；

(3)计算AB方位：A`B`是AB在水平面上的投影，其方位角即使AB的方位角，步骤1)中已经计算出了三角形A`OB`的三条边长，求得∠B`A`O或者∠A`B`O，根据已知的OA或OB的方位与∠B`A`O或者∠A`B`O加减运算获得A`B`的方位角，即为AB的方位角。

将上述方法，在这台手持式集成测量工具中通过编程实现，即可实现本专利方法的产品化。

以上所述仅为本发明一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方法采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在测量时，保持起测点位置不变，用测距仪分次测量起测点到两个目标点的距离、方位、倾斜角，保存两次测量结果，然后对两次测量结果进行三角立体几何运算，计算获得两个目标点的距离、方位、倾斜角。

2.根据权利要求1所述的基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法，其特征在于，假设起测点名称为O，两个目标点分别为A、B，两个目标点在水平面上的投影分别为A`、B`，其测量过程包括如下步骤：

1)用测距仪测量从起测点第一个目标点的距离OA、方位角β、倾斜角∠AOA`，并保存测量结果；

2)紧接步骤1)，保持测距仪在起算点的位置不变，转动测距仪测量从起测点第二个目标点的距离OB、方位角γ、倾斜角∠BOB`，并保存测量结果；

3)测距仪通过三角立体几何计算，计算出AB两点的距离、方位、倾斜角。

3.根据权利要求2所述的基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法，其特征在于，步骤3)具体包括如下步骤：

301)计算AB距离：

通过步骤1)和2)的测量，已知OA、OB、∠AOA`、∠BOB`，α＝γ-β；

先计算AC：

再计算BC：BC＝BB`-B`C＝OB*sin(∠BOB`)-OA*sin(∠AOA`)

最后计算AB：

302)计算AB倾角：∠BAC＝arctan(BC/AC)；

303)计算AB方位：A`B`是AB在水平面上的投影，其方位角即使AB的方位角，步骤1)中已经计算出了三角形A`OB`的三条边长，求得∠B`A`O或者∠A`B`O，根据已知的OA或OB的方位与∠B`A`O或者∠A`B`O加减运算获得A`B`的方位角，即为AB的方位。