CN114166130A - 一种两角定位测距、测高装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两角定位测距、测高装置及测量方法，该装置包括三角架，三角架的顶部固定有安装板，安装板上通过第一转座设有可水平转动的测量平台，测量平台上设有第一测量组件和第二测量组件，第一测量组件包括用于瞄准目标待测物的第一激光瞄准具和用于测量第一激光瞄准器仰角的第一角度传感器；第二测量组件包括用于瞄准目标待测物的第二激光瞄准具和用于测量第二激光瞄准具水平转动角度的第二角度传感器。本发明通过两点激光定位，利用三角定位法测量位于空间任一点的目标待测物的直线距离及竖直高度，测量距离可远至千米，测量精度仍然较高。

Description

一种两角定位测距、测高装置及测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种两角定位测距、测高装置及测量方法。

背景技术

测距仪可以分为超声波测距仪，红外线测距仪及激光测距仪。超声波测距测量量程有限，激光测距仪量程可以很大，但是随着距离的增加，激光强度要求很高，价格就会很贵，测量精度也会明显下降，太强的激光对人眼也有伤害。并且，单束激光单次测量只能测距不能同时测出目标的高度。全站仪主要是利用红外光传感器实现测距，红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到目标物后，光束会反射回来，反射红外光线被CCD检测器检测到后会获得一个偏移值L，利用三角关系求出传感器到目标物的距离。使用红外传感器测距，在距离目标物较近时非线性特征明显，测量误差大，且对反光较弱的目标物响应不敏感，容易引入较大误差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种两角定位测距、测高装置及测量方法。

本发明采用的第一技术方案是：一种两角定位测距、测高装置，包括三角架，三角架的顶部固定有安装板，安装板上通过第一转座设有可水平转动的测量平台，测量平台上设有第一测量组件和第二测量组件，第一测量组件包括第一激光瞄准具和第一角度传感器，第一激光瞄准具通过第二转座可转动地设于测量平台上，第一激光瞄准具可绕设于第二转座上的第一转轴在竖直面A内转动；第一角度传感器安装在第一激光瞄准具上，用于测量第一激光瞄准具的竖直转角；第二测量组件包括第二激光瞄准具和第二角度传感器，第二激光瞄准具通过第三转座可转动地设于测量平台上，第二激光瞄准具由第三转座带动水平转动，且可绕设于第三转座上的第二转轴在竖直面B内转动，竖直面A始终垂直于测量平台的前、后边线，竖直面B由第三转座带动水平转动；第二角度传感器安装在第二激光瞄准具上，用于测量第二激光瞄准具的水平转角；安装状态下，第一转轴和第二转轴的中心轴线共线且平行于测量平台的前、后边线。

本发明采用的第二技术方案是在第一技术方案的基础上的改进，本发明采用的第二技术方案是：第二转座包括固定座、固定安装在固定座顶部的U形支架及可转动地水平穿过U形转动架两侧壁的第一转轴，第一激光瞄准具的底部设有第一支耳，第一支耳固定套装在第一转轴上与第一转轴同步转动。

本发明采用的第三技术方案是在第一技术方案的基础上的改进，本发明采用的第三技术方案是：第三转座包括转座本体、固定在转座本体转动部顶部的U形转动架及可转动地水平穿过U形支架两侧壁的第二转轴，第二激光瞄准具的底部设有第二支耳，第二支耳固定套装在第二转轴与第二转轴同步转动。

本发明采用的第四技术方案是在第一技术方案的基础上的改进，本发明采用的第四技术方案是：测量平台上安装有水平仪，安装板与测量平台之间设有调平螺丝。

本发明采用的第五技术方案是在第一或第四技术方案的基础上的改进，本发明采用的第五技术方案是：第一测量组件还包括激光测距仪，激光测距仪固定安装在第一激光瞄准具上。

本发明采用的第六技术方案是在第五技术方案的基础上的改进，本发明采用的第六技术方案是：测量平台上还安装有蓄电池及控制器，控制器包括壳体，壳体外侧设有显示屏及模式切换开关，壳体内设有中央处理器，中央处理器分别与显示屏、模式切换开关、激光测距仪、第一激光瞄准具、第一角度传感器、第二激光瞄准具及第二角度传感器连接；蓄电池用于向控制器供电。

一种用于第一技术方案所述两角定位测距、测高装置的测量方法，包括以下步骤：

7.1)调平测量平台；

7.2)水平转动测量平台的同时调节第一激光瞄准具的仰角，使第一激光瞄准具对准目标待测物；记录第一角度传感器测量的第一激光瞄准具的仰角α；

7.3)水平转动第二激光瞄准具的同时调节第二激光瞄准具的仰角，使第二激光瞄准具对准目标待测物；记录第二角度传感器测量的第二激光瞄准具的水平转动角度θ1；

7.4)此时，第一激光瞄准具、第二激光瞄准具及目标待测物之间的连线形成一个直角三角形；自上而下观察，第一激光瞄准具到第二激光瞄准具的为距离L，第一激光瞄准具到目标待测物的距离为S1，第二激光瞄准具与测量平台的边线的夹角为θ；

则根据下式计算得出目标待测物到第一激光瞄准具的直线距离S及目标待测物相对于第一激光瞄准具所在水平面的垂直距离h为：

S＝S1/cosα (1)

S1＝L*tanθ (2)

h＝S1*tanα (3)

式中：

S1为目标待测物到第一激光瞄准具的直线距离在水平面的投影长度；

L为第一激光瞄准具与第二激光瞄准具的间距；

θ＝90°-θ1。

一种用于第六技术方案所述两角定位测距、测高装置的测量方法，包括以下步骤：

8.1)调平测量平台；

8.2)点击模式切换开关，选择测量模式；

8.3)当选择第一测量模式时，水平转动测量平台的同时调节第一激光瞄准具的仰角α，使第一激光瞄准具对准目标待测物；此时，第一角度传感器测量出第一激光瞄准具的仰角α并将所测得的角度值传输给中央处理器，激光测距仪直接测量出目标测试物到第一激光瞄准具的直线距离S并将测量的距离值传输给中央处理器，中央处理器根据下式计算出目标待测物对应的垂直高度h，并将高度值h及直线距离S在显示屏上显示出来；

h＝S*sinα (4)

8.4)当选择第二测量模式时，包括以下步骤：

8.4.1)水平转动测量平台的同时调节第一激光瞄准具的仰角，使第一激光瞄准具对准目标待测物；第一角度传感器测量第一激光瞄准具的仰角α并将测量值传输给中央处理器；

8.4.2)水平转动第二激光瞄准具的同时调节第二激光瞄准具的仰角，使第二激光瞄准具对准目标待测物；第二角度传感器测量第二激光瞄准具的水平转动角度θ1并将测量值传输给中央处理器；

8.4.3)此时，第一激光瞄准具、第二激光瞄准具及目标待测物之间的连线形成一个直角三角形；自上而下观察，第一激光瞄准具到第二激光瞄准具的为距离L，第一激光瞄准具到目标待测物的距离为S1，第二激光瞄准具与测量平台的边线的夹角为θ；

则中央处理器根据下式计算得出目标待测物到第一激光瞄准具的直线距离S及目标待测物相对于第一激光瞄准具所在水平面的垂直距离h，并将直线距离S及垂直距离h显示在显示屏中；

S＝S1/cosα (1)

S1＝L*tanθ (2)

h＝S1*tanα (3)

式中：

S1为目标待测物到第一激光瞄准具的直线距离在水平面的投影长度；

L为第一激光瞄准具与第二激光瞄准具的间距；

θ＝90°-θ1。

本发明的有益效果：

1、本发明通过两点激光定位，利用三角定位法测量位于空间任一点的目标待测物的直线距离及竖直高度，测量距离可远至千米，测量精度仍然较高。

2、本发明设有两种测量模式，第一测量模式可通过激光测距仪直接测量出目标待测物的直线距离，根据激光瞄准具的仰角计算出竖直高度，该方法操作简单快捷，适用于测量距离较近的目标待测物。第二测量模式利用三角定位法测距测高，测量距离远，测量精度高。

附图说明

图1是本发明的一种两角定位测距、测高装置的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是图1的俯视图。

图4是本发明的一种两角定位测距、测高装置的控制结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及一种优选的实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

参阅图1～图3，本实施例提供一种两角定位测距、测高装置，包括三角架1，三角架1的顶部固定有安装板2，安装板2上通过第一转座3设有可水平转动的测量平台4，测量平台4上设有第一测量组件和第二测量组件，第一测量组件包括第一激光瞄准具81和第一角度传感器82，第一激光瞄准具81通过第二转座5可转动地设于测量平台4上，第一激光瞄准具且可绕设于第二转座5上的第一转轴51在竖直面A内转动；第一角度传感器62安装在第一激光瞄准具61上，用于测量第一激光瞄准具的竖直转角；第二测量组件包括第二激光瞄准具81和第二角度传感器82，第二激光瞄准具81通过第三转座7可转动地设于测量平台4上，第二激光瞄准具81在第三转座7的带动下水平转动，且可绕设于第三转座7上的第二转轴71在竖直面B内转动，竖直面A始终垂直于测量平台4的前、后边线，竖直面B在第三转座7的带动在水平转动；第二角度传感器82安装在第二激光瞄准具81上，用于测量第二激光瞄准具81的水平转角；安装状态下，第一转轴51和第二转轴71的中心轴线共线且平行于测量平台的前、后边线。

三角架1为现有技术，包括固定板和铰接在固定板下方的三个支脚，通过调节三个支脚的张开角度可调节固定板的水平高度。

在本实施例中，安装板2呈圆形，通过螺钉固定在三角架1的固定板上，用于支撑测量平台4。第一转座3为现有技术，包括第一底座和转动设于底座内的第一支撑轴，第一底座通过螺钉固定在安装板2上，第一支撑轴的顶部固定连接支撑测量平台4的底部中心部。

测量平台4的底部的外缘部与安装板2之间设有呈三角形布置的三个调平螺丝9，通过调节调平螺丝9的高度调节测量平台4的水平。调节测量平台4的上表面设有水平仪。测量平台4呈矩形，其前、后边线平行。

在本实施例中，第二转座5包括固定座、固定安装在固定座顶部的U形支架、及可转动地水平穿过U形支架两侧壁的第一转轴51，第一激光瞄准具61的底部设有第一支耳，第一支耳固定套装在第一转轴51与第一转轴同步转动。第一激光瞄准具61始终垂直于测量平台2的前、后边线，但可通过第一转轴51在垂直于测量平台2的竖直面A内做扬起或下倾动作。

在本实施例中，第三转座7包括转座本体、U形转动架及第二转轴71，转座本体的结构与第一转座3相同，包括第二底座和转动设于第二底座内的第二支撑轴，第二底座通过螺钉固定安装在测量平台4上，第二支撑轴的上端从第二底座中伸出固定连接U形转动架，第二转轴71可转动地设于U形转动架内，第二激光瞄准具81的底部设有第二支耳，第二支耳固定套装在第二转轴71上与第二转轴同步转动。第二激光瞄准具81可在第三转座7的带动下水平转动，且可通过第二转轴71在竖直面B内做扬起或下倾动作，竖直面B在第三转座7的带动下水平转动。

本实施例仅给出了第一转座、第二转座及第三转座的一种实施方式，现有技术中可以实现本申请功能的其他结构形式的转座同样适用于本发明。另外，为了使转动后的测量平台或第二激光瞄准具保持在设定位置，第一转座和第二转座的转轴和底座之间设有阻尼，用于增大转轴与底座的摩擦力。

一种用于实施例1所述两角定位测距、测高装置的测量方法，包括以下步骤：

1.1)通过观察水平仪，调节调平螺丝9，实现测量平台4的水平设置；

1.2)水平转动测量平台4，同时调节第一激光瞄准具61的仰角，使第一激光瞄准具61对准目标待测物12；记录第一角度传感器62测量的第一激光瞄准具61的仰角α，假设α＝60°；

1.3)水平转动第二激光瞄准具81的同时调节第二激光瞄准具81的仰角，使第二激光瞄准具81对准目标待测物12；记录第二角度传感器82测量的第二激光瞄准具81的水平转动角度θ1，假设θ1＝5°；

1.4)自上而下观察，第一激光瞄准具61、第二激光瞄准具81及目标待测物12之间的连线形成一个直角三角形；第一激光瞄准具61到第二激光瞄准具81的距离L为0.4m，第一激光瞄准具61到目标待测物12的距离为S1，第二激光瞄准具81与测量平台4的边线的夹角为θ＝85°；

则根据公式(1)、公式(2)和公式(3)计算得出目标待测物到第二激光瞄准具的直线距离S及为目标待测物相对于第一激光瞄准具所在水平面的垂直距离h为：

S1＝L*tanθ＝0.4*tan85°＝4.57m (1)

S＝S1/cosα＝4.57/cos60°＝9.14m (2)

h＝S1*tanα＝4.57*tan60°＝7.92m (3)

实施例2

参阅图1及图4，实施例2与实施例1基本相同，不同之处仅在于：

第一测量组件还包括激光测距仪(图中未示出)，激光测距仪固定安装在第一激光瞄准具61上。

测量平台4上还安装有蓄电池(图中未示出)及控制器10，控制器包括壳体，壳体外侧设有显示屏11及模式切换开关9，壳体内设有中央处理器，中央处理器分别与显示屏11、模式切换开关9、激光测距仪、第一激光瞄准具61、第一角度传感器62、第二激光瞄准具81及第二角度传感器82连接；蓄电池9用于向控制器10供电。

一种用于实施例2所述两角定位测距、测高装置的测量方法，包括以下步骤：

2.1)通过观察水平仪，调节调平螺丝9，实现测量平台4的水平设置；

2.2)点击模式切换开关，选择测量模式；

2.3)当选择第一测量模式时，水平转动测量平台4的同时调节第一激光瞄准具61的仰角α，假设α＝60°；使第一激光瞄准具对准目标待测物；此时，第一角度传感器62测量出第一激光瞄准具的仰角值并将所测得的角度值传输给中央处理器，激光测距仪直接测量出目标测试物12到第一激光瞄准具61的直线距离S，假设S＝9.14m，并将测量的距离值传输给中央处理器，中央处理器根据式(4)计算出目标待测物对应的垂直高度h，并将高度值h＝4.57m及直线距离S＝9.14m在显示屏上显示出来；

h＝S*sinα＝9.14*sin60°＝4.57m (4)

2.4)当选择第二测量模式时，包括步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于数据记录及计算均由中央处理器完成，且中央处理器将高度值h及直线距离S在显示屏上显示出来。

以上所述仅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，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种两角定位测距、测高装置，包括三角架，其特征在于，三角架的顶部固定有安装板，安装板上通过第一转座设有可水平转动的测量平台，测量平台上设有第一测量组件和第二测量组件，第一测量组件包括第一激光瞄准具和第一角度传感器，第一激光瞄准具通过第二转座可转动地设于测量平台上，第一激光瞄准具可绕设于第二转座上的第一转轴在竖直面A内转动；第一角度传感器安装在第一激光瞄准具上，用于测量第一激光瞄准具的竖直转角；第二测量组件包括第二激光瞄准具和第二角度传感器，第二激光瞄准具通过第三转座可转动地设于测量平台上，第二激光瞄准具由第三转座带动水平转动，且可绕设于第三转座上的第二转轴在竖直面B内转动，竖直面A始终垂直于测量平台的前、后边线，竖直面B由第三转座带动水平转动；第二角度传感器安装在第二激光瞄准具上，用于测量第二激光瞄准具的水平转角；安装状态下，第一转轴和第二转轴的中心轴线共线且平行于测量平台的前、后边线。

2.根据权利要求1所述的一种两角定位测距、测高装置，其特征在于，第二转座包括固定座、固定安装在固定座顶部的U形支架及可转动地水平穿过U形转动架两侧壁的第一转轴，第一激光瞄准具的底部设有第一支耳，第一支耳固定套装在第一转轴上与第一转轴同步转动。

3.根据权利要求1所述的一种两角定位测距、测高装置，其特征在于，第三转座包括转座本体、固定在转座本体转动部顶部的U形转动架及可转动地水平穿过U形支架两侧壁的第二转轴，第二激光瞄准具的底部设有第二支耳，第二支耳固定套装在第二转轴与第二转轴同步转动。

4.根据权利要求1所述的一种两角定位测距、测高装置，其特征在于，测量平台上安装有水平仪，安装板与测量平台之间设有调平螺丝。

5.根据权利要求1或4所述的一种两角定位测距、测高装置，其特征在于，第一测量组件还包括激光测距仪，激光测距仪固定安装在第一激光瞄准具上。

6.根据权利要求5所述的一种两角定位测距、测高装置，其特征在于，测量平台上还安装有蓄电池及控制器，控制器包括壳体，壳体外侧设有显示屏及模式切换开关，壳体内设有中央处理器，中央处理器分别与显示屏、模式切换开关、激光测距仪、第一激光瞄准具、第一角度传感器、第二激光瞄准具及第二角度传感器连接；蓄电池用于向控制器供电。

7.用于权利要求1所述一种两角定位测距、测高装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.1)调平测量平台；

7.2)水平转动测量平台的同时调节第一激光瞄准具的仰角，使第一激光瞄准具对准目标待测物；记录第一角度传感器测量的第一激光瞄准具的仰角α；

7.3)水平转动第二激光瞄准具的同时调节第二激光瞄准具的仰角，使第二激光瞄准具对准目标待测物；记录第二角度传感器测量的第二激光瞄准具的水平转动角度θ1；

7.4)此时，第一激光瞄准具、第二激光瞄准具及目标待测物之间的连线形成一个直角三角形；自上而下观察，第一激光瞄准具到第二激光瞄准具的为距离L，第一激光瞄准具到目标待测物的距离为S1，第二激光瞄准具与测量平台的边线的夹角为θ；

则根据下式计算得出目标待测物到第一激光瞄准具的直线距离S及目标待测物相对于第一激光瞄准具所在水平面的垂直距离h为：

S＝S1/cosα (1)

S1＝L*tanθ (2)

h＝S1*tanα (3)

式中：

S1为目标待测物到第一激光瞄准具的直线距离在水平面的投影长度；

L为第一激光瞄准具与第二激光瞄准具的间距；

θ＝90°-θ1。

8.用于权利要求6所述一种两角定位测距、测高装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.1)调平测量平台；

8.2)点击模式切换开关，选择测量模式；

8.3)当选择第一测量模式时，水平转动测量平台的同时调节第一激光瞄准具的仰角α，使第一激光瞄准具对准目标待测物；此时，第一角度传感器测量出第一激光瞄准具的仰角α并将所测得的角度值传输给中央处理器，激光测距仪直接测量出目标测试物到第一激光瞄准具的直线距离S并将测量的距离值传输给中央处理器，中央处理器根据下式计算出目标待测物对应的垂直高度h，并将高度值h及直线距离S在显示屏上显示出来；

h＝S*sinα (4)

8.4)当选择第二测量模式时，包括以下步骤：

8.4.1)水平转动测量平台的同时调节第一激光瞄准具的仰角，使第一激光瞄准具对准目标待测物；第一角度传感器测量第一激光瞄准具的仰角α并将测量值传输给中央处理器；

8.4.2)水平转动第二激光瞄准具的同时调节第二激光瞄准具的仰角，使第二激光瞄准具对准目标待测物；第二角度传感器测量第二激光瞄准具的水平转动角度θ1并将测量值传输给中央处理器；

8.4.3)此时，第一激光瞄准具、第二激光瞄准具及目标待测物之间的连线形成一个直角三角形；自上而下观察，第一激光瞄准具到第二激光瞄准具的为距离L，第一激光瞄准具到目标待测物的距离为S1，第二激光瞄准具与测量平台的边线的夹角为θ；

则中央处理器根据下式计算得出目标待测物到第一激光瞄准具的直线距离S及目标待测物相对于第一激光瞄准具所在水平面的垂直距离h，并将直线距离S及垂直距离h显示在显示屏中；

S＝S1/cosα (1)

S1＝L*tanθ (2)

h＝S1*tanα (3)

式中：

S1为目标待测物到第一激光瞄准具的直线距离在水平面的投影长度；

L为第一激光瞄准具与第二激光瞄准具的间距；

θ＝90°-θ1。

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