专利名称：一种测量空间三维坐标的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量装置。本发明特别涉及一种使用无线电的测量装置。
背景技术：
目前，公知的GPS是一种测量空间三位坐标的装置，其构成(方法)是利用测距交汇的原理，利用三颗以上卫星的空间坐标交汇出地面未知点的位置。GPS不足之处是测量精度低，民用的精度是几米，就算是结构复杂，价格较贵侧地型GPS其精度也只达到5cm。测量速度慢，因为，其需要接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，卫星和接收机的钟差、星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正、多路径效应等，解调出卫星轨道参数等数据。记录和处理的数据多，影响了测量速度。易受天气，高空建筑物的影响。GPS测量过程中，无线电信号要在大气层中穿过。大气层并不稳定，温度，气压，湿度，密度等影响无线电传播的因素并不均匀切随时变化。高层建筑物中的钢筋也削弱了 GPS的信号强度。内部时间测量装置复杂昂贵。使用的是原子钟。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种无需原子钟，信号不易被干扰，测量速度快，结构简单的测量空间三维坐标的装置。为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。本发明包括至少4个固定端基站，微型电脑，一个或多个可移动的测量单元。固定端基站中安装了无线电测距仪和数据传输装置。固定端基站中无线电测距仪为雷达测距仪或全站仪中的测距部分；固定端基站中安装的数据传输装置有简单的记录时间和判断数字的能力，记录数据，发送数据的能力。固定端基站分散的安装在需要测量的区域，要求4个固定端基站不在一个平面，且空间坐标已知。最好是安装8个固定端基站，分布在6面体(如长方形)的8个顶点。每个固定端基站有自己的一个编号(如1、2、3、4等)。每个固定端基站装有雷达测距仪。所有固定端基站能根据时间依次和移动单元联系，能传输数据给微型电脑。该微型电脑为手机或笔记本电脑。一个或多个移动单元是装有能接受固定端基站发出的无线电信号和简单微型电路的装置，该装置并能发射同样频率无线电信号且具有简单的记录时间和逻辑判断数字的能力。每个移动单元有自己的编号(如a、b、C、d等)，可移动。微型电脑装有能无线发射、接受、记录数据、处理分析和显示测量结果的装置。与现有技术相比，本发明的有益效果如下。操作方便，可以实现全自动化，只要将移动单元放在需要测量坐标的地方就可以了。结构简单，没有传统GPS中的原子钟，固定端类似于雷达测距仪或全站仪，移动端是一个小型无线电收发器。精度高。与传统GPS不同，固定端不像卫星那样一直动，坐标固定，数据简单易处理。其测量过程类似全站仪或雷达测距仪，长度精度也和前两者一样。但是，最后的数据处理计算出空间坐标阶段优于前两者。因为，全站仪受角度测量的精度限制，雷达测距仪不能得到空间坐标。如果实际使用中使用8个固定端，其中不共面的4个点就能得到一个空间坐标值，一次测量就能得到n =兑1+12 = S 3个测量结果。与全站仪和GPS —次就一个结果相比，本发明能通过这些结果的分析计算提高精度和判断测量结果的好坏。测量速度快。与传统GPS相比，本发明测量和传输的数据少。与全站仪相比，本发明是测量位置的移动端接受信号后在发射，所以不用固定端寻找和指向目标(全站仪使用过程中的瞄准目标)。抗干扰能力强。固定端安装在需要测量的空间附近所以不受天气的影响，固定端的数量足够多，建筑物对测量信号的影响也会大大降低。测量单元是接受信号后再发射，这进一步提高了信号的抗干扰能力。
图1是本发明的使用前的调零图。图2是本发明的使用时工作原理图。图中固定端1、测量单元2。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。使用前调零。因为本发明的测量单元是接受固定端的信号后再发射而不是全站仪或雷达测距仪那样的反射所以在信号的传播的时间会长一点，在使用前要测量记录其时间上的影响，在实际使用中扣除这部分影响。具体做法如图1，先依次将每个固定端和测量单元放在已知的长度上(如20m)并记录测量的结果(大于20m)。两者的差值为每个固定端和测量单元的修正值，在实际使用的数据处理阶段扣除这部分影响。安装固定端。为了使用方便可以在需要测量的空间建立局部坐标原点(也可不建)。然后如图2安装固定端(要点是4点不共面，最好是矩形相对两个面上不平行的那两条对角线)。用现有的测量方法先测出固定端的相对局部坐标原点(或就是整体坐标系)的空间坐标，越精确越好。可以将固定端放在局部坐标原点检测。(当固定端超过4个的时候，最好将其按放在矩形的顶点或边上)。测量数据。将移动端移动到需要测量的位置。可手动用微型电脑发出测量命令(一个无线电信号)，固定端接受到信号后，依次发出测量信号和移动单元联系(这个过程有固定端上的微型电路完成。例如编号I的固定端在接到信号后立刻和移动单元联系，编号2的固定端在接到微型电脑的信号后1/8秒和移动单元联系，编号3在2/8秒后和和移动单元联系，依次类推。)测量它们之间的距离(测量方法同全站仪和雷达测距仪的方法一样，可采用脉冲法测距、频率法测距、相位法测距)。固定端记录并将数据传输个微型电脑。数据计算。固定端传输的数据包括自己的编号(如1、2)、移动单元的编号(如a、b)、两者之间的距离。微型电脑在接受这些数据后和先前已知的每个固定端的空间坐标一起进行分析计算。任取其中不共面的4个固定端数据为一组(共58组)。每组中再任意均分成两小组，每一小组由固定端的坐标和移动单元到它们的距离可得到一个由两个球(球心为固定端，半径为固定端到移动单元的距离)相交的圆环。另一小组也同理得到一个圆环。因为四点不共面，所以每组中的两个圆环只能有一个交点即切点(但由于测量过程存在误差，两个圆环可能不相切，但空间中是有且只有一个点到两个圆环的距离平方和最小。这个点就当成是切点)。这个切点的坐标就是这个组(4个固定端)对要测量的位置的测量结果。计算一共可以得到58个测量结果。可将这些结果用数理统计的方法计算其均值和方差，标准差，并判断结果的好坏。如果不好，还可利用神经网络进行修正。数据输出和记录。微型电脑计算结果后，可用表格文本的形式展现给使用者，也可直接画成3D图的形式。结果包含测点编号，坐标和方差，测量结果的好坏。所有结果也由微型电脑记录供以后使用。
权利要求
1.一种测量空间三维坐标的装置，装置包括至少4个固定端基站，微型电脑，一个或多个可移动的测量单元，其特征是，所述的4个固定端不在一个平面，装有无线电测距仪和数据传输装置，所述的移动单元装有接受发射无线电信号和简单微型电路的装置，所述的微型电脑装有无线发射、接受、记录数据、处理分析和显示测量结果的装置。
2.根据权利要求1所述的一种测量空间三维坐标的装置，其特征是，所述的4个固定端基站不在一个平面，分散的安装在需要测量的区域。
3.根据权利要求1所述的一种测量空间三维坐标的装置，其特征是，所述的固定端基站中的无线电测距仪为雷达测距仪或全站仪中的测距部分。
4.根据权利要求1所述的一种测量空间三维坐标的装置，其特征是，所述的固定端基站中安装的数据传输装置有简单的记录时间和判断数字的能力，记录数据，发送数据的能力。
5.根据权利要求1所述的一种测量空间三维坐标的装置，其特征是，所述的固定端基站的数据传输装置能根据时间依次和移动单元联系。
6.根据权利要求1所述的一种测量空间三维坐标的装置，其特征是，所述的固定端基站的数据传输装置能和微型电脑之间传输数据。
7.根据权利要求1所述的一种测量空间三维坐标的装置，其特征是，所述的移动单元上接受发射无线电信号的装置是能接受固定端基站发出的无线电信号，并能发射同样频率无线电信号的装置。
8.根据权利要求1所述的一种测量空间三维坐标的装置，其特征是，所述的微型电脑为手机或笔记本电脑。
全文摘要
本发明公开了一种测量空间三维坐标的装置。旨在提供一种操作方便，可以实现全自动化、结构简单、精度高、测量速度快、抗干扰能力强的测量空间三位坐标的装置。它包括至少4个固定端基站，微型电脑，一个或多个可移动的测量单元。所述的4个固定端不在一个平面，装有无线电测距仪。所述的移动单元装有接受发射无线电信号和简单微型电路的装置。所述的微型电脑装有无线发射，接受，记录数据、处理分析和显示测量结果的装置。本发明适用于桥梁、大坝的测量。
文档编号G01S5/02GK103048639SQ20111030821
公开日2013年4月17日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者李伟强 申请人:李伟强