CN110849273A - 一种非接触式空间点位测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式空间点位测量方法及装置，其包括，步骤一：确定空间内的第一目标点A和第二目标点B；步骤二：选定观测点O，设定基准面M；步骤三：测量出观测点O与第一目标点A之间的直线距离L1，并测量出该两点所在方向线与基准面M之间的第一竖直角α；步骤四：测量出观测点O与第二目标点B之间的直线距离L2，并测量出该两点所在方向线与基准面M之间的第二竖直角β；步骤五：测量出观测点O分别至两个目标点的两条方向线的水平角γ；步骤六：基于上述数据并通过余弦定理求得第一目标点A与第二目标点B之间的距离L3。本发明能够解决工程施工现场中多种测量场景不便操作仪器的情形，且能够测量出空间任意两个目标点之间的距离。

Description

一种非接触式空间点位测量方法及装置

技术领域

本发明涉及工程施工技术领域，特别是一种非接触式空间点位测量方法及装置。

背景技术

测量是工程施工的重要环节，工程施工中经常存在某些情况下测距难的问题，比如需要测量的目标较高或带电体的测量等，这些情况给工程测距带来了很多不便。测量工作是基础和关键，是一切施工项目开始生产建设的前提，是工程施工的首要工序。测量工作的好坏，直接影响到工程的进度与质量，测量工作的效率直接影响到工程的工期与经济效益。

随着科技的发展，传统的测量工具已经越来越不能满足现代工程测量环境的要求，激光测距仪的出现满足了准确、便捷的测距需要。但对于普通的激光测距仪，只能测量观测点(测量员的观测点位)到目标点间的距离，也即测量员在测量物体长度或距离时，必须将激光测距仪放置于待测物体的其中一个起点上，通过激光打到待测物体另一个终点上方可读出长度值。而对于：1)待测物体在高处，且需要测量其长度；2)待测物体带电；3)测站点难以选定、测量空间有限导致测量仪难以站立在观测点等上述情况时，将会给测量工作带来不小的难度并且耗时耗力，严重降低了效率；特别是一些超高压带电设备搭建与维护的定位与测距更是难上加难。现有的测距方法往往也是测量测量仪所在点和目标点之间的距离，这种测距方式具体使用范围的局限性，基于传统的测距方法不仅使工程施工过程变得繁琐且效率低下，人员安全也是一个不容忽视的问题。目前还没有能够直接测量空间上非接触两点(测量两个目标点的距离而非测量仪所在点和目标点)的仪器和方法。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中的一个目的是提供一种非接触式空间点位测量方法，其能够解决工程施工现场中多种测量场景不便操作仪器的情形，且能够测量出空间任意两个目标点之间的距离。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种非接触式空间点位测量方法，其包括如下步骤：步骤一：确定空间内的两个目标点，分别为第一目标点A和第二目标点B；步骤二：选定观测点O，并设定观测点O所在的水平面为基准面M；步骤三：测量出观测点O与第一目标点A两点之间的直线距离L1，并测量出该两点所在方向线与基准面M之间的第一竖直角α，-π/2＜α＜π/2；步骤四：测量出观测点O与第二目标点B两点之间的直线距离L2，并测量出该两点所在方向线与基准面M之间的第二竖直角β，-π/2＜β＜π/2；步骤五：测量出观测点O分别至两个目标点的两条方向线在水平面上投影的水平角γ，0＜γ≤π/2；步骤六：基于上述测得的各项数据并通过余弦定理求得第一目标点A与第二目标点B之间的直线距离L3。

作为本发明所述非接触式空间点位测量方法的一种优选方案，其中：基于所测得的各项数据并通过余弦定理求得L3，具体包括步骤S1～S5：S1：根据观测点O与第一目标点A两点之间的直线距离L1，以及该两点所在方向线与基准面M之间的第一竖直角α，得出第一目标点A到基准面M的垂直距离H1，得出观测点O与第一目标点A之间的直线距离L1在基准面M上的投影长度S1；S2：根据观测点O与第二目标点B两点之间的直线距离L2，以及该两点所在方向线与基准面M之间的第一竖直角β，得出第二目标点B到基准面M的垂直距离H2，得出观测点O与第二目标点B之间的直线距离L2在基准面M上的投影长度S2；S3：根据余弦定理得到两个目标点在基准面M上投影点的间距S3；S4：则第一目标点A与第二目标点B之间的竖直高度差为ΔH；S5：计算得到两个目标点之间的直线距离

作为本发明所述非接触式空间点位测量方法的一种优选方案，其中：所述第一目标点A到所述基准面M的垂直距离为H1＝|L1·sinα|，所述观测点O与第一目标点A之间的直线距离L1在所述基准面M上的投影长度为S1＝L1·cosα；所述第二目标点B到所述基准面M的垂直距离为H2＝|L2·sinβ|，所述观测点O与第二目标点B之间的直线距离L2在所述基准面M上的投影长度为S2＝L2·cosβ；根据H1和H2得到所述第一目标点A与第二目标点B之间的竖直高度差为ΔH为：

对上式(1)简化得：ΔH＝|L2·sinβ-L1·sinα|。(2)

作为本发明所述非接触式空间点位测量方法的一种优选方案，其中：所述两个目标点在所述基准面M上投影点的间距为：

由于第一目标点A与第二目标点B之间的竖直高度差为：

ΔH＝|L2·sinβ-L1·sinα|；

则联立式(2)、(3)得到：

本发明的另一个目的是提供一种非接触式空间点位测量装置，其基于所述非接触式空间点位测量方法，并能够通过所述非接触式空间点位测量方法测得空间任意两个目标点之间的距离。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种非接触式空间点位测量装置，其包括：测距单元，用于测量观测点至目标点之间的直线距离；竖直转动单元，用于控制所述测距单元在竖直平面上转动；竖直角测量单元，用于测量所述测距单元转动的竖直角；水平转动单元，用于控制所述测距单元在水平面上转动；水平角测量单元，用于测量所述测距单元转动的水平角。

作为本发明所述非接触式空间点位测量装置的一种优选方案，其中：所述测距单元包括互相连接的测距组件以及瞄准组件，所述测距单元通过所述瞄准组件在观测点瞄准锁定目标点，并通过所述测距组件测量观测点至目标点之间的直线距离。

作为本发明所述非接触式空间点位测量装置的一种优选方案，其中：所述竖直转动单元包括一端与所述测距单元固定的旋转杆；所述旋转杆旋转连接在所述水平转动单元上，并能够带动所述测距单元一同在所述水平转动单元上进行竖直旋转。

作为本发明所述非接触式空间点位测量装置的一种优选方案，其中：所述水平转动单元包括第二支撑座以及旋转连接在所述第二支撑座上部的第一支撑座；所述旋转杆旋转连接在所述第一支撑座上，并能够带动所述测距单元一同在所述第一支撑座上进行竖直旋转；所述第一支撑座能够带动所述竖直转动单元以及测距单元整体一同在所述第二支撑座上进行水平旋转。

作为本发明所述非接触式空间点位测量装置的一种优选方案，其中：所述竖直角测量单元为第一编码器，其包括外伸的第一旋转轴；所述第一编码器固定于所述第一支撑座上，且其第一旋转轴***固定于所述旋转杆上，所述旋转杆上具有配合于所述第一旋转轴的第一轴孔，所述第一旋转轴的轴心与所述测距单元的旋转轴心重合；所述水平角测量单元为第二编码器，其包括外伸的第二旋转轴；所述第二编码器固定于所述第一支撑座底部，且其第二旋转轴向下***固定于所述第二支撑座上，所述第二支撑座上具有配合于所述第二旋转轴的第二轴孔，所述第二旋转轴的轴心与所述第一支撑座的旋转轴心重合。

作为本发明所述非接触式空间点位测量装置的一种优选方案，其中：还包括支架单元，其设置于所述非接触式空间点位测量装置的底部，并用于支撑上部结构。

本发明的有益效果：本发明可以在不接触待测量物体且不靠近任一目标点的前提下对空间上任意两个目标点之间的距离进行测量，只需任意选择测量点即可完成对远处或高处物体的尺寸、距离测量，摆脱了测站选点以及高空、远处测量工作的条件约束，减少了环境因素对测量工作的影响，提高测量的效率，为工程的测量任务减负，与此同时提高了工程的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为两个目标点位于基准面同一侧时的测量示意图。

图2为两个目标点位于基准面不同侧时的测量示意图。

图3为测量仪器测量时的场景示意图。

图4为非接触式空间点位测量装置的整体结构图。

图5为测距单元与竖直转动单元连接的结构图。

图6为非接触式空间点位测量装置的俯视图及其局部详图。

图7为图6中的A向剖面图。

图8为图6中的B向剖面图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

参照图1～3，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种非接触式空间点位测量方法，该方法能够使得测量员在施工现场任意选择一个测站，即可测量出空间任意两点之间的长度、距离。

所述非接触式空间点位测量方法包括如下步骤：

步骤一：确定空间内的两个目标点，分别为第一目标点A和第二目标点B；

步骤二：选定观测点O，并设定观测点O所在的水平面为基准面M；

步骤三：测量出观测点O与第一目标点A两点之间的直线距离L1，并测量出该两点所在方向线与基准面M之间的第一竖直角α，-π/2＜α＜π/2；

步骤四：测量出观测点O与第二目标点B两点之间的直线距离L2，并测量出该两点所在方向线与基准面M之间的第二竖直角β，-π/2＜β＜π/2；

步骤五：测量出观测点O分别至两个目标点的两条方向线在水平面上投影的水平角γ，0＜γ≤π/2；

步骤六：基于上述测得的各项数据并通过余弦定理求得第一目标点A与第二目标点B之间的直线距离L3。

具体的，如图3场景所示：

在待测物体或空间附近的任意一点处架立测量仪器，测量仪器架立点即为测站，由于仪高的存在，测量者的观测点O位于测站的正上方。将待测物体所需测量长度的起、终点分别设定为第一目标点A和第二目标点B，并将观测点O所在的水平面设定为基准面M。

基于上述设定好的测站以及设定的基准面M，测量员首先测量出观测点O与第一目标点A之间的直线距离L1，并测量出该两点所在方向线的竖直角(即观测点O与第一目标点A所在方向线与基准面M之间的第一竖直角α)，竖直角有正负之分，当观测者处于仰视时(即第一目标点A位于基准面M上方时)，0＜α＜π/2；当观测者处于俯视时(即第一目标点A位于基准面M下方时)，-π/2＜α＜0；当观测者平视时，(即第一目标点A位于基准面M上时)，α＝0；综上所述，α的取值范围为：-π/2＜α＜π/2。

按照与上一步相同的方法，转换测量仪器的朝向至第二目标点B，测量出观测点O与第二目标点B之间的直线距离L2，并测量出该两点所在方向线的竖直角(即观测点O与第二目标点B所在方向线与基准面M之间的第二竖直角β)，同样的，β的取值范围为：-π/2＜β＜π/2。

随后测量出从第一目标点A转换方向至第二目标点B时所绕过的水平角(即观测点O分别至两个目标点的两条方向线在水平面上投影的水平角γ)，当第一目标点A、第二目标点B以及观测点O三点不在同一直线上时，0＜γ＜π/2；当第一目标点A、第二目标点B以及观测点O三点一线时，γ＝π/2；综上所述，γ的取值范围为：0＜γ≤π/2。

最后基于上述测得的L1、L2、α、β以及γ，再结合余弦定理和空间位置几何关系的定理即可求得第一目标点A与第二目标点B之间的直线距离L3。由此可见，通过上述过程的测量能够得到空间内任意两点之间的直线距离，且对测站的选择没有要求，能够适用于不同测量场景，尤其是测量高空建筑的尺寸、远处建筑的尺寸、带电物品的尺寸以及难以近身的物品尺寸等。

基于L1、L2、α、β以及γ进行求解计算L3的过程包括如下步骤：

S1：根据观测点O与第一目标点A两点之间的直线距离L1，以及该两点所在方向线与基准面M之间的第一竖直角α，得出第一目标点A到基准面M的垂直距离H1，得出观测点O与第一目标点A之间的直线距离L1在基准面M上的投影长度S1；

S2：根据观测点O与第二目标点B两点之间的直线距离L2，以及该两点所在方向线与基准面M之间的第一竖直角β，得出第二目标点B到基准面M的垂直距离H2，得出观测点O与第二目标点B之间的直线距离L2在基准面M上的投影长度S2；

S3：根据余弦定理得到两个目标点在基准面M上投影点的间距S3；

S4：则第一目标点A与第二目标点B之间的竖直高度差为ΔH；

S5：计算得到两个目标点之间的直线距离

进一步的，上述中的H1、S1、H2、S2以及ΔH的计算如下：

根据三角函数的计算公式可知，第一目标点A到基准面M的垂直距离为H1＝|L1·sinα|，观测点O与第一目标点A之间的直线距离L1在基准面M上的水平投影长度为S1＝L1·cosα。

同样的，第二目标点B到基准面M的垂直距离为H2＝|L2·sinβ|，观测点O与第二目标点B之间的直线距离L2在基准面M上的水平投影长度为S2＝L2·cosβ。

针对两个目标点分别位于基准面M上、下的不同情况，可以根据H1和H2得到第一目标点A与第二目标点B之间的竖直高度差为ΔH为如下两种情况：

αβ＞0表示第一目标点A与第二目标点B位于基准面M同一侧时的情况(即α＞0,β＞0或α＜0,β＜0)；αβ＜0表示第一目标点A与第二目标点B位于基准面M不同侧时的情况(即α＞0,β＜0或α＜0,β＞0)。因此可将上式(1)进行简化直接得到下式(2)：

ΔH＝|L2·sinβ-L1·sinα| (2)

进一步的，根据S1、S2以及水平角γ得出两个目标点在基准面M上投影点的间距为：

由于第一目标点A与第二目标点B之间的竖直高度差为：

ΔH＝|L2·sinβ-L1·sinα|；

则联立式(2)、(3)即可得到空间中的两个目标点之间的直线距离为：

由此可见，本发明能够在任意选择测站的前提下测量出空间任意两个目标点之间的间距，几乎不受测量环境因素的影响。测量员可以通过任意选择的测站进行数据测量，再经过内业计算或者将上述计算逻辑植入测量仪器的电路中，进行直接获得所需数据。

本发明还提供一种非接触式空间点位测量装置，其能够应用于上述的非接触式空间点位测量方法中，以测量出空间任意两个目标点之间的间距。也即，上述非接触式空间点位测量方法中的“测量仪器”即可采用本发明中的非接触式空间点位测量装置。

如图4～8，所述非接触式空间点位测量装置包括测距单元100、竖直转动单元200、竖直角测量单元300、水平转动单元400以及水平角测量单元500。

其中，测距单元100用于测量观测点至目标点之间的直线距离；竖直转动单元200用于控制测距单元100在竖直平面上转动；竖直角测量单元300用于测量测距单元100转动的竖直角；水平转动单元400用于控制测距单元100在水平面上转动；水平角测量单元500用于测量测距单元100转动的水平角。

进一步的，测距单元100包括测距组件101以及瞄准组件102，测距单元100通过瞄准组件102在观测点瞄准锁定目标点，并通过测距组件101测量观测点至目标点之间的直线距离。优选的，测距组件101采用激光测距仪；瞄准组件102为固定于测距组件101上的准星和/或者望远镜，可用于寻找并锁定远处的标点。进一步优选的，测距单元100为带有望远镜的一体式激光测距仪，能够精确锁定目标并测出观测点至目标点之间的直线距离。

进一步的，竖直转动单元200包括一端与测距单元100固定的旋转杆201，旋转杆201可以为直杆结构。旋转杆201可以通过其中部旋转连接在水平转动单元400上，旋转杆201的其中一端与测距单元100固定(激光测距仪的激光发射物镜和激光接收物镜朝外、目镜朝内)，另一端位于水平转动单元400的另一侧，并形成外伸的操作端，通过波动该操作端即可带动测距单元100一同在水平转动单元400上进行竖直旋转。

竖直转动单元200还包括固定于水平转动单元400上并穿过旋转杆201操作端的弧形齿条202，旋转杆201的操作端上设置有配合于弧形齿条202的第一容置口201b，弧形齿条202能够在第一容置口201b内发生相对活动。弧形齿条202位于竖直平面内，其轨迹为弧形轨迹；弧形齿条202的外缘表面上沿其轨迹方向排列设置有凸齿202a。竖直转动单元200还包括设置于旋转杆201的操作端上并与弧形齿条202联动的第一驱动组件203，第一驱动组件203用于与弧形齿条202传动并控制旋转杆201的竖直旋转。较佳的，第一驱动组件203包括穿插在第一容置口201b的其中一侧壁上的第一连接轴203a、固定于第一连接轴203a内端上的第一齿轮203b以及固定于第一连接轴203a外端上的竖直调节旋钮203c。第一齿轮203b位于第一容置口201b内，并与弧形齿条202外缘表面上的凸齿202a啮合传动，通过旋转竖直调节旋钮203c即可使得旋转杆201带动测距单元100一同进行竖直旋转，实现竖直转向的精确调节。

竖直转动单元200还包括用于对旋转杆201进行临时定位的第一锁定组件204。第一锁定组件204旋转连接在第一容置口201b的其中一侧壁上，其包括第一螺杆204a以及固定于第一螺杆204a外端上的竖直锁定旋钮204b。弧形齿条202对应于第一锁定组件204的一侧面上设置有对应于其轨迹方向的弧形凹槽202b，第一容置口201b对应于第一锁定组件204的一侧壁上设置有第一螺孔，第一螺杆204a与第一螺孔配合，通过旋转外部的竖直锁定旋钮204b能够使得第一螺杆204a的内端头挤压弧形凹槽202b，实现对旋转杆201的锁定。

进一步的，水平转动单元400包括第二支撑座402以及旋转连接在第二支撑座402上部的第一支撑座401，第一支撑座401能够在第二支撑座402的上部发生水平旋转。旋转杆201旋转连接在第一支撑座401上，并能够带动测距单元100一同在第一支撑座401上进行竖直旋转；较佳的，第一支撑座401上设置有前后贯通的第二容置口401a，旋转杆201穿过第二容置口401a，并通过其一侧面上的水平转轴201c旋转连接在第二容置口401a的内侧壁上。此外，弧形齿条202的上下两端分别固定于第一支撑座401的后侧面上，优选分别固定于第二容置口401a的上下边缘。因此，第一支撑座401能够带动竖直转动单元200以及测距单元100整体一同在第二支撑座402上进行水平旋转。

第一支撑座401的下端为圆柱形的插接头，插接头的外缘设置有一圈环形搁置板401b；第二支撑座402的上端内凹有配合于插接头外径的容置腔402b，插接头向下***容置腔402b内，且环形搁置板401b搁置于容置腔402b的顶部。较佳的，环形搁置板401b与容置腔402b的顶部之间设置有旋转件403，有利于两者之间相对的水平旋转。旋转件403优选钢珠或者止推轴承。

水平转动单元400还包括封盖于第二支撑座402顶部的约束顶盖404，约束顶盖404包括与第二支撑座402顶部的外侧壁进行螺纹连接的筒壁404a以及设置于筒壁404a顶部内侧的一圈环形制动板404b，环形制动板404b的中心处具有容许第一支撑座401穿过的穿口，且环形搁置板401b位于环形制动板404b的正下方。当不需要使用仪器时，为避免第一支撑座401无故失稳旋转，可以旋转约束顶盖404，使得环形制动板404b的下表面紧压环形搁置板401b的上表面，保证第一支撑座401无法旋转、维持稳定，且约束顶盖404的设置能够使得水平转动单元400内部可拆卸，便于维修、组装。

水平转动单元400还包括第二驱动组件405，其用于驱动并调节第一支撑座401相对于第二支撑座402进行水平旋转。第二驱动组件405包括穿过容置腔402b侧壁的第二连接轴405a、固定于第二连接轴405a内端上的第二齿轮405b以及固定于第二连接轴405a外端上的水平调节旋钮405c。第二齿轮405b位于容置腔402b的内部，而第一支撑座401的插接头底部设置有一圈配合于第二齿轮405b的齿圈401c，第二齿轮405b与齿圈401c啮合，通过旋转位于容置腔402b外部的水平调节旋钮405c即可驱动第一支撑座401进行水平旋转，实现水平转向的精确调节。

水平转动单元400还包括用于对第一支撑座401进行临时定位的第二锁定组件406。第二锁定组件406旋转连接在环形制动板404b上，其包括第二螺杆406a以及固定于第二螺杆406a外端上的水平锁定旋钮406b。环形制动板404b上设置有对应于第二螺杆406a的第二螺孔，第二螺杆406a与第二螺孔配合，通过旋转外部的水平锁定旋钮406b能够使得第二螺杆406a的下端头紧压环形搁置板401b的上表面，实现对第一支撑座401的水平旋转进行锁定。

进一步的，竖直角测量单元300为第一编码器301(实心轴编码器)，其包括外伸的第一旋转轴302。第一编码器301固定于第一支撑座401的第二容置口401a内侧面上，且其第一旋转轴302***固定于旋转杆201上，旋转杆201上具有配合于第一旋转轴302的第一轴孔201a。第一旋转轴302的轴心与测距单元100的旋转轴心以及水平转轴201c的轴心重合，因此，当旋转杆201带动第一旋转轴302一同发生竖直旋转时，能够通过第一编码器301直接生成竖直角的角度值。

同样的，水平角测量单元500为第二编码器501(实心轴编码器)，其包括外伸的第二旋转轴502，第二旋转轴502朝下。第二编码器501固定于第一支撑座401的底部，且其第二旋转轴502向下***固定于第二支撑座402上，第二支撑座402上具有配合于第二旋转轴502的第二轴孔402a。第二旋转轴502的轴心与第一支撑座401的旋转轴心重合，因此，当第一支撑座401带动第二编码器501一同发生水平旋转，而使得第二旋转轴502产生相对转动时，能够通过第二编码器501直接生成水平角的角度值。需要注意的是：本发明中的第一旋转轴302轴心与第二旋转轴502轴心互相垂直相交；且第一编码器301和第二编码器501均外接现有的数据获取电路，将测得的角度值转化为可读数据。

进一步的，所述非接触式空间点位测量装置还包括支架单元600，其设置于非接触式空间点位测量装置的底部，并用于支撑上部结构。支架单元600可以直接采用现有技术中的三脚架，能够调节上部主体结构的水平状态以及整体仪高。第二支撑座402的底部可以直接与支架单元600一体成型。

基于上述，利用本发明中的非接触式空间点位测量装置进行实际测量，以获得空间任意两个目标点之间距离的测量方法包括如下使用步骤：

步骤1：确定第一目标点A和第二目标点B后，在附近的任意一点处选择测站并架立测量装置，经支架单元600进行调平后，保持测距单元100水平，作为初始状态，此时第一旋转轴302轴心与第二旋转轴502轴心的交点即为理论上的观测点O；

步骤2：通过旋转杆201以及第一支撑座401的转动行程，并借助测距组件101上的望远镜寻找到第一目标点A；通过旋转第一锁定组件204和第二锁定组件406保持旋转杆201以及第一支撑座401的状态固定，作为第一状态；通过测距组件101直接测得观测点O与第一目标点A之间的直线距离L1，通过第一编码器301获得第一状态相对于初始状态所转过的第一竖直角α；

步骤3：解锁第一锁定组件204和第二锁定组件406，再次通过旋转杆201以及第一支撑座401的转动行程，并借助测距组件101上的望远镜寻找到第一目标点B；通过再次旋转第一锁定组件204和第二锁定组件406保持旋转杆201以及第一支撑座401的状态固定，作为第二状态；通过测距组件101直接测得观测点O与第一目标点B之间的直线距离L2，通过第一编码器301获得第二状态相对于初始状态所转过的第二竖直角β，最后通过第二编码器501获得第二状态相对于第一状态转过的水平角γ；

步骤4：关闭仪器，恢复测距单元100的水平状态，旋转约束顶盖404锁死仪器，并收纳支架单元600；

步骤5：在上述非接触式空间点位测量方法的基础上，进行内业计算以获得第一目标点A与第二目标点B之间的直线距离L3。

综上所述，本发明可以在不接触待测量物体且不靠近任一目标点的前提下对空间上任意两个目标点之间的距离进行测量，只需任意选择测量点即可完成对远处或高处物体的尺寸、距离测量，摆脱了测站选点以及高空、远处测量工作的条件约束，减少了环境因素对测量工作的影响，提高测量的效率，为工程的测量任务减负，与此同时提高了工程的经济效益。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种非接触式空间点位测量方法，其特征在于：包括，

确定空间内的两个目标点，分别为第一目标点(A)和第二目标点(B)；

选定观测点(O)，并设定所述观测点(O)所在的水平面为基准面(M)；

测量出观测点(O)与第一目标点(A)之间的直线距离L1，并测量出该两点所在方向线与所述基准面(M)之间的第一竖直角α，-π/2＜α＜π/2；

测量出观测点(O)与第二目标点(B)之间的直线距离L2，并测量出该两点所在方向线与所述基准面(M)之间的第二竖直角β，-π/2＜β＜π/2；

测量出观测点(O)分别至两个目标点的两条方向线在水平面上投影的水平角γ，0＜γ≤π/2；

基于上述测得的各项数据并通过余弦定理求得所述第一目标点(A)与第二目标点(B)之间的直线距离L3。

2.如权利要求1所述的非接触式空间点位测量方法，其特征在于：基于所测得的各项数据并通过余弦定理求得L3，具体包括：

根据观测点(O)与第一目标点(A)两点之间的直线距离L1，以及该两点所在方向线与所述基准面(M)之间的第一竖直角α，得出所述第一目标点(A)到所述基准面(M)的垂直距离H1，得出所述观测点(O)与第一目标点(A)之间的直线距离L1在所述基准面(M)上的投影长度S1；

根据观测点(O)与第二目标点(B)两点之间的直线距离L2，以及该两点所在方向线与所述基准面(M)之间的第一竖直角β，得出所述第二目标点(B)到所述基准面(M)的垂直距离H2，得出所述观测点(O)与第二目标点(B)之间的直线距离L1在所述基准面(M)上的投影长度S2；

根据余弦定理得到两个目标点在所述基准面(M)上投影点的间距S3；

则第一目标点(A)与第二目标点(B)之间的竖直高度差为ΔH；

计算得到两个目标点之间的直线距离

3.如权利要求2所述的非接触式空间点位测量方法，其特征在于：所述第一目标点(A)到所述基准面(M)的垂直距离为H1＝|L1·sinα|，所述观测点(O)与第一目标点(A)之间的直线距离L1在所述基准面(M)上的投影长度为S1＝L1·cosα；

所述第二目标点(B)到所述基准面(M)的垂直距离为H2＝|L2·sinβ|，所述观测点(O)与第二目标点(B)之间的直线距离L2在所述基准面(M)上的投影长度为S2＝L2·cosβ；

根据H1和H2得到所述第一目标点(A)与第二目标点(B)之间的竖直高度差为ΔH为：

对上式(1)简化得：

ΔH＝|L2·sinβ-L1·sinα|。 (2)

4.如权利要求3所述的非接触式空间点位测量方法，其特征在于：所述两个目标点在所述基准面(M)上投影点的间距为：

由于第一目标点(A)与第二目标点(B)之间的竖直高度差为：

ΔH＝|L2·sinβ-L1·sinα|；

则联立式(2)、(3)得到：

5.一种非接触式空间点位测量装置，其特征在于：包括，

测距单元(100)，用于测量观测点至目标点之间的直线距离；

竖直转动单元(200)，用于控制所述测距单元(100)在竖直平面上转动；

竖直角测量单元(300)，用于测量所述测距单元(100)转动的竖直角；

水平转动单元(400)，用于控制所述测距单元(100)在水平面上转动；

水平角测量单元(500)，用于测量所述测距单元(100)转动的水平角。

6.如权利要求5所述的非接触式空间点位测量装置，其特征在于：所述测距单元(100)包括测距组件(101)以及瞄准组件(102)，所述测距单元(100)通过所述瞄准组件(102)在观测点瞄准锁定目标点，并通过所述测距组件(101)测量观测点至目标点之间的直线距离。

7.如权利要求5或6所述的非接触式空间点位测量装置，其特征在于：所述竖直转动单元(200)包括一端与所述测距单元(100)固定的旋转杆(201)；

所述旋转杆(201)旋转连接在所述水平转动单元(400)上，并能够带动所述测距单元(100)一同在所述水平转动单元(400)上进行竖直旋转。

8.如权利要求7所述的非接触式空间点位测量装置，其特征在于：所述水平转动单元(400)包括第二支撑座(402)以及旋转连接在所述第二支撑座(402)上部的第一支撑座(401)；

所述旋转杆(201)旋转连接在所述第一支撑座(401)上，并能够带动所述测距单元(100)一同在所述第一支撑座(401)上进行竖直旋转；所述第一支撑座(401)能够带动所述竖直转动单元(200)以及测距单元(100)整体一同在所述第二支撑座(402)上进行水平旋转。

9.如权利要求7所述的非接触式空间点位测量装置，其特征在于：所述竖直角测量单元(300)为第一编码器(301)，其包括外伸的第一旋转轴(302)；所述第一编码器(301)固定于所述第一支撑座(401)上，且其第一旋转轴(302)***固定于所述旋转杆(201)上，所述旋转杆(201)上具有配合于所述第一旋转轴(302)的第一轴孔(201a)，所述第一旋转轴(302)的轴心与所述测距单元(100)的旋转轴心重合；

所述水平角测量单元(500)为第二编码器(501)，其包括外伸的第二旋转轴(502)；所述第二编码器(501)固定于所述第一支撑座(401)底部，且其第二旋转轴(502)向下***固定于所述第二支撑座(402)上，所述第二支撑座(402)上具有配合于所述第二旋转轴(502)的第二轴孔(402a)，所述第二旋转轴(502)的轴心与所述第一支撑座(401)的旋转轴心重合。

10.如权利要求5、6、8或9任一所述的非接触式空间点位测量装置，其特征在于：还包括支架单元(600)，其设置于所述非接触式空间点位测量装置的底部，并用于支撑上部结构。

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