分布交互式测绘通用机器人的制作方法

本发明属于测量技术领域，特别是涉及一种分布交互式测绘通用机器人。

背景技术：

地理信息产业有成千上万的应用，源于4个核心需求：获取目标物的三维大地坐标；获取三维大地坐标下的物方三维影像；获取三维大地坐标下的地形图和三维导航图；针对目标物时空变化的跟踪测量。

测绘仪器技术现状是：围绕地理信息产业的各种具体应用，产生了种类繁多的测绘仪器，每种仪器对应一种或几种具体应用。或由多组人员使用种类繁多的多组仪器设备以不同方式分段满足上述某一核心需求，组合形成各种复合式应用。

一、测绘仪器技术现状

目前市场上有7类用于野外测绘的相关产品：常规测绘仪器、精密测量机器人、摄影式自动全站仪、用于近景道路摄影测量数据采集的设备集成系统、三维激光扫描仪、便携式三维成像仪、遥感遥测便携机。

1、常规测绘仪器：

如测距仪、水准仪、平板仪、倾斜仪、沉降仪、经纬仪、全站仪(测距仪+经纬仪)、GPS定位仪以及配套使用的数传电台/GPRS/3G通信设备、超站仪(全站仪+GPS定位仪)等。全球、我国均有多家公司生产销售。常规测绘仪器均无摄影测量功能。常规测绘仪器存在的局限是：

1)传统设备：测距仪、水准仪、平板仪、倾斜仪、沉降仪、经纬仪、标杆、棱镜等传统设备均属单一功能仪器，通过测角、测高、测距、测水准等手段的综合使用来获取测站与被测目标之间在自定义坐标下的的相对关系数据。传统设备依靠人工操作，人为误差和分段引入大地坐标的误差均大且无有效的误差改正方法。传统设备效率很低，获取一个低精度的物方三维大地坐标常常需要一队专业技术人员工作很长时间。大量耗费人力和时间，实际工作成本高。

2)GPS定位仪：须将仪器架设在被测目标上观测，这首先需要被测目标具有架设仪器的条件，在此前提下还需投入较大的人力、物力和较长的时间，而需要测量的目标点常常并不具备架设仪器的条件。

3)全站仪：能在自定义坐标系内测角和测距；依靠人工操作，人为误差较大且无有效的误差改正方法；测量物方三维坐标时需要同时具备两个以上的已知控制点；确定正北方向须借助GPS定位仪或购买当地GPS控制网(如果当地存在这样的网)数据，或借助陀螺仪；引入大地坐标须借助GPS定位仪。

4)超站仪：除测角、测距之外还能够测定自身的三维大地坐标(日本拓扑康超站仪单价60万元人民币)。超站仪存在与全站仪类似的问题。

2、瑞士徕卡公司的“精密测量机器人”(全站仪+伺服系统)：

“精密测量机器人”是新型全站仪，与常规全站仪的唯一区别是具有“ATR功能(棱镜瞄准功能)”：人工瞄准棱镜目标后，按照常规全站仪方法获取并存储这些棱镜在自定义坐标下的三维坐标数据和自身的姿态数据。启动伺服系统后，机器参照上次测量获取的坐标数据和姿态数据重新自动瞄准棱镜并再次获取自定义坐标下的三维坐标数据，据此扩展出一个以棱镜为观测目标的可用于形变监测的功能。精密测量机器人是瑞士徕卡公司的独家产品，其航向角和仰俯角的测量精度达到0.5角秒，代表了全站仪的当今全球最高水平；价格适中：当需要扫描的棱镜个数小于10时，单台售价45万元人民币；棱镜个数大于10时另作系统方案，按系统方案另外加价。精密测量机器人存在与全站仪类似的局限。

3、摄影式自动全站仪（全站仪+伺服系统+CCD照像机）

继瑞士徕卡公司的精密测量机器人之后，美国天宝、瑞士徕卡、日本索佳/拓普康又推出升级版产品：带有摄影功能的自动全站仪——全站仪+伺服系统+CCD照像机的便携式测量仪器。摄影式自动全站仪功能相同，技术指标上的差异使其市场价格有异：49万元人民币/台—62万元人民币/台不等。摄影式自动全站仪的功能和局限性都是在自定义坐标系内测角和测距。

4、用于道路摄影测量数据采集的设备集成系统：

目前市场上的道路摄影测量数据采集系统均为设备集成系统。美国谷歌、日本拓扑康的车载道路摄影测量系统是代表。其硬件特征是将位置测量设备(GPS)、姿态测量设备、定位补偿设备(INS或航位推算系统)、视频设备(CCD系统)、激光测距扫描仪、车载计算机系统设备连接在一起，安装在汽车上，在车辆的行进之中采集道路及道路两旁地物的空间位置数据和属性数据，如：道路中心线或边线位置坐标、目标地物的位置坐标、路(车道)宽、桥(隧道)高、交通标志、道路设施等。数据同步存储在车载计算机系统中；软件特征是基于GPS、RS、GIS、数据的3S集成，将外业采集回来的数据进行事后编辑处理，形成各种有用的专题数据成果，如导航电子地图等等。它的显著特点是：a.针对道路及临近两侧的独立的测成图系统。无需借助任何底图，即可独立完成路网图测量。在作业流程上形成了摄影测量的闭环控制，空间坐标数据与包含丰富属性信息的道路及临近两侧之立体影像同时获得，外业与内业紧密衔接，避免了人工方式下的人为误差；b.针对道路的实景三维可视化的数据成果。它以面状的方式快速采集道路及道路临近周边的地理空间数据，其数据成果是连续拍摄的实景可量测影像；c.道路及道路临近周边信息与卫片/航片无缝链接，形成针对道路及临近周边地物的“天地一体化”新一代地理信息系统。

存在的局限是：

1)工作范围限于道路，无法进行野外作业：移动道路测量系统(道路摄影测量数据采集系统)是将GPS(全球定位系统)、姿态测量系统、CCD(视频系统)、INS(惯性导航系统或航位推算系统)、三维激光扫描系统、车载计算机系统等先进的传感器和设备装配在汽车上，这就意味着它只能用于道路及其临近两侧的摄影测量，无法进行野外环境的摄影测量。

2)近景：不带望远镜，广角摄影。能够对道路两侧200m内的景物进行近景摄影测量数据采集。物方三维大地坐标的解算精度为1米左右。

3)移动与操作：组成系统的各设备体积大、重量大，系统结构松散，须固定于汽车等大型载体上，多人操作。

4)外业数据采集内业事后处理的工作方式导致重复性外业劳动不可避免。

5)需要道路沿途有GPS控制网的支持。

6)价格昂贵：移动道路测量系统的全部组件均系外购，这些高端设备的昂贵价格使得“移动道路测量系统”的成本居高不下，无激光测距扫描仪的移动道路测量系统(无测距功能的数据采集系统)产品的价格为300-400万元人民币/套；有激光扫描测距设备的国外产品价格600万元人民币/套—1400万元人民币/套。

5、三维激光扫描仪

三维激光扫描仪可在自定义坐标下提供近景三维影像：用高速激光扫描测距方式获得大量的目标点距离数据并同步记录计算测距姿态数据，计算得到目标点三维坐标；用数码相机摄取目标景物影像；将两者叠加，获得三维影像。

三维激光扫描仪可广泛应用于室内灯光环境和室外晴朗天气的白昼环境下的近景目标。美国、日本、中国均有数家公司生产销售。瑞典Rigle公司的野外三维激光扫描仪处于国际领先地位：好天气、良好能见度条件下测距可达2公里。

三维激光扫描仪单台售价为60万元人民币—600万元人民币不等。

6、便携式三维成像仪（三维激光扫描仪+伺服系统+CCD照像机）

近几年来美国谷歌、美国天宝、瑞士徕卡相继推出便携式三维成像仪，用于近距离（100米左右）內的白光三维成像。可安装在带有类似全站仪支架的手推车上使用，以克服车载系统只能在道路上使用的局限性。其单台售价为100万元人民币左右。国内已有模仿跟进的类似产品（采购三维激光扫描仪等核心部件，自行生产手推车等配件、自行组装成型）。

7、定位/遥感/遥测便携机（GPS定位+短程激光测距+低精度三维姿态+摄像头）

美国天宝公司于2014年推出的Trimbie Geo 7x设备，是全球第一款可同步获得目标三维大地坐标和实景影像的便携机，售价7万元/台左右：被测目标的距离超过40米则遥测目标三维大地坐标的误差超过1米、无光学放大功能且摄像分辨率及显示分辨率均低。Trimbie Geo 7x设备仍以传统的“RTK+手簿”为主要功能。

瑞士徕卡随后推出类似产品，售价15万元/台左右：与美国天宝公司Trimbie Geo 7x设备相比，软件上增加了3D绘图功能，整体功能、技术指标和硬件与Trimbie Geo 7x设备相同。瑞士徕卡随后推出类似产品仍以传统的“RTK+手簿”为主要功能。

因此，当前现有产品都存在功能单一，通用性差，操作不便，成本高昂的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种基于复杂系统涌现性和自组织原理的全新产品（分布交互系统处理器）——单人便携式分布交互测绘通用机器人，可广泛应用于工程测量、大地测量、远程与近程三维成像、车载船载机载动态测量、智慧型超远程遥控型战斗机器人信息系统等诸多领域。

本发明提供一种分布交互式测绘通用机器人，包括分布交互通用测绘机1和机器执行系统2，

所述分布交互通用测绘机1包括所述数据采集系统1.1、分布交互通信系统1.2、数据处理系统1.3和莫氏锥度公口端同轴接口1.4；

所述数据采集系统1.1包括全球定位单元、内置式三维姿态单元、自动成像单元、测距单元；

所述全球定位单元包括全球定位天线1.1.1.1，所述自动成像单元包括物镜1.1.3.1.1、变焦镜组1.1.3.1.2、调焦镜组1.1.3.2.4和CCD模块1.1.3.2.5、光敏电阻1.1.3.3，所述测距单元包括激光发射装置1.1.4.1和激光接收装置1.1.4.2；

物镜1.1.3.1.1的视准轴、变焦镜组1.1.3.1.2的视准轴、调焦镜组1.1.3.2.4的视准轴、CCD模块1.1.3.2.5光学镜头的视准轴处在同一直线M上，直线M称为自动成像单元的视准轴；

自动成像单元的视准轴M、激光发射装置1.1.4.1的光轴N、激光接收装置1.1.4.2的光轴P三者相互平行或重合；

所述自动成像单元的视准轴M与直线L垂直相交于O’’点，所述直线L是如下两点构成的直线，

全球定位天线1.1.1.1的相位中心点O₁，

莫氏锥度公口端同轴接口1.4的组合到位点 O₂；

所述机器执行系统2包括同轴接口单元、仰俯姿态单元、航向姿态单元、水平姿态单元、支架2.5、架设式蓝牙通信单元2.6、微机板2.7和舵机。

而且，所述分布交互通信系统1.2包括蓝牙通信单元1.2.1、电台通信单元1.2.2、公网通信单元1.2.3、cors差分通信单元1.2.4、通信平台1.2.5；所述数据处理系统1.3包括中央处理器、数据接口单元1.3.2、人机交互单元1.3.3，所述中央处理器包括内置计算单元1.3.1.1和远程的云计算单元1.3.1.2。

而且，分布交互通信系统1.2是分布交互通用测绘仪主机与其它分布交互系统处理器之间的通信站，所述分布交互系统处理器是构成分布交互系统的处理器，包括但不限于连接在所述各种通信网络上的计算机、手机、传感器、其他分布交互通用测绘仪主机、机器执行系统、全球定位系统基准站、通信平台1.2.5、云计算单元1.3.1.2。

而且，所述自动成像单元包括变焦系统和调焦系统，

所述变焦系统包括物镜1.1.3.1.1、变焦镜组1.1.3.1.2、变焦电机1.1.3.1.3、变焦传动组1.1.3.1.4、变焦编码器1.1.3.1.5，中央处理器、变焦电机1.1.3.1.3、变焦传动组1.1.3.1.4、变焦镜组1.1.3.1.2依次连接，光线经物镜1.1.3.1.1射入变焦镜组1.1.3.1.2，变焦传动组1.1.3.1.4、变焦编码器1.1.3.1.5、中央处理器依次连接；

所述调焦系统包括物镜1.1.3.1.1、调焦电机1.1.3.2.1、调焦传动组1.1.3.2.2、调焦编码器1.1.3.2.3、调焦镜组1.1.3.2.4、CCD模块1.1.3.2.5、图像处理单元1.1.3.2.6，

变焦系统、调焦系统共用同一个物镜1.1.3.1.1，

中央处理器、调焦电机1.1.3.2.1、调焦传动组1.1.3.2.2、调焦镜组1.1.3.2.4依次连接，调焦传动组1.1.3.2.2、调焦编码器1.1.3.2.3和中央处理器依次连接，调焦镜组、CCD模块1.1.3.2.5、图像处理单元1.1.3.2.6和中央处理器依次连接。

而且，所述机器执行系统2中，

所述同轴同心接口单元包括横曲轴2.1.1、莫氏锥度母口端2.1.2、退出螺杆2.1.3和锁定螺杆2.1.4，所述莫氏锥度母口端2.1.2、退出螺杆2.1.3、锁定螺杆2.1.4安装在横曲轴2.1.1上；

所述支架2.5包括音叉2.5.1、竖轴2.5.2，所述横曲轴2.1.1安装在音叉2.5.1上，横曲轴2.1.1的中轴线H与竖轴2.5.2的中轴线S垂直相交于O点，竖轴2.5.2的中轴线S与L重合，其中L是全球定位天线1.1.1.1的相位中心点O₁和O₂点构成的直线，O₁点、O点、O₂点同在直线L上，O₂点是莫氏锥度公口端同轴接口1.4与莫氏锥度母口端2.1.2的组合到位点；

所述仰俯姿态单元包括仰俯角度编码器2.2.1、仰俯运动伺服机构2.2.2、仰俯运动传动机构2.2.3，所述仰俯角度编码器2.2.1安装在横曲轴2.1.1上，连接微机板2.7，微机板2.7经仰俯运动伺服机构2.2.2、仰俯运动传动机构2.2.3连接驱动横曲轴2.1.1；

所述航向姿态单元包括航向角度编码器2.3.1、航向运动伺服机构2.3.2、航向运动传动机构2.3.3，所述航向角度编码器2.3.1安装在竖轴2.5.2上，连接在微机板2.7上，微机板2.7经航向运动伺服机构2.3.2、航向运动传动机构2.3.3连接驱动竖轴2.5.2；

所述水平姿态单元包括调节螺杆组2.4.1、电子水泡2.4.2，调节螺杆组2.4.1用于调节大地水准面与支架2.5之间的相对位置，所述电子水泡2.4.2连接在微机板2.7上；

所述舵机包括仰俯运动装置2.8.1、仰俯运动幅度控制装置2.8.2、仰俯运动时序编码器2.8.3，微机板2.7经所述仰俯运动装置2.8.1、仰俯运动幅度控制装置2.8.2连接驱动并控制横曲轴2.1.1在设定的角度范围内按设置的速度沿仰俯方向作往复运动；仰俯运动时序编码器2.8.3连接微机板2.7，仰俯运动时序编码器2.8.3将仰俯方向往复运动还原为相应的仰俯角度。

而且，分布交互通用测绘机1单独使用或组合使用，所述组合使用包括和机器执行系统2或全姿态全地形实时动态测量杆3或三脚架组合使用。

而且，所述全姿态全地形实时动态测量杆3为短标点杆3.1，

所述短标点杆3.1包括短杆3.1.1、球头3.1.2、球头锁定螺杆3.1.3、球头标点杆连接件3.1.4、同轴接口单元3.1.5和重心把手3.1.6；

所述短杆3.1.1包括杆身和杆尖，杆身顶部有与球头标点杆连接件3.1.4配套的螺公，

所述球头标点杆连接件3.1.4包括球头槽和连接螺口，球头3.1.2安装在球头槽内，连接螺口将球头槽连接在短杆3.1.1上；

所述同轴接口单元3.1.5包括莫氏锥度母口端3.1.5.1。

而且，同轴接口单元3.1.5固定在球头3.1.2上，所述重心把手3.1.6设于分布交互通用测绘机1和同轴接口单元3.1.5侧面。

而且，所述全姿态全地形实时动态测量杆3为长标点杆3.2，

所述长标点杆3.2包括长杆3.2.1和外置式全球定位天线3.2.2、连接件；所述连接件包括螺杆3.2.3.1、夹具3.2.3.2、莫氏锥度母口端横轴3.2.3.3、接口锁定螺杆3.2.3.4和莫氏锥度母口端横轴锁定螺杆3.2.3.5；

所述外置式全球定位天线3.2.2通过螺口安装在长杆3.2.1的顶端；夹具3.2.3.2置于长杆3.2.1的杆身，通过螺杆3.2.3.1使连接件紧固在长杆3.2.1的杆身上；莫氏锥度公口端同轴接口1.4插入莫氏锥度母口端横轴3.2.3.3上的莫氏锥度母口端，旋紧接口锁定螺杆3.2.3.4，将分布交互通用测绘机1固定在莫氏锥度母口端横轴3.2.3.3上，完成分布交互通用测绘机1与长标点杆3.2的连接；反之则实现分布交互通用测绘机1与长标点杆3.2的分离。

而且，分布交互通用测绘机1和机器执行系统2组合使用时，连接固定在车载或船载或机载陀螺仪上，提供车载或船载或机载条件下的动态遥感遥测应用。

本发明具有如下优点：

1、首创开放的系统结构：使产品拥有空前广大、不断扩张不断更新的资源

将分布交互测绘通用机器人的可用资源称为“组织对象”：则分布交互测绘通用机器人的组织对象=“自身组织对象”集合与“网络组织对象”集合的并集 。

所述自身组织对象系指分布交互测绘通用机器人本身的所有机内元素的集合，包括：数据处理芯片、元器件、模块；光学单元的各组件；传感器单元的各组件；机械部分的各组件；定位单元的各部件；通信单元的各组件；姿态单元的各组件、相关的软件模块等等。自身组织对象随着相关领域的技术进步而不断扩张不断更新；

所述网络组织对象系指来自网络的可用资源：包含但不限于以下网络内的各种特定资源：互联网（含4G/3G/2.5G数据通信、Wifi、微信、短信、各种数据服务、地图、卫星影像、交通等各类信息服务 、承载于互联网上的各类网络资源）、cors差分服务网、全球定位天网（北斗、GPS、Glonass、伽利略、SBAS）、遥感信息网、自组网等。网络组织对象随着相关领域的技术进步而不断扩张不断更新。

2、首创与系统结构相匹配的组织规则：使用组织对象生成巨量适用功能

母函数型数学系统：可根据人的特定需求自主生成各种“工作系统”的数学模型、算法、源码和执行程序的集合。换言之，母函数型数学系统是使用组织对象生成“工作系统”的组织规则。

所述工作系统是在组织规则下由组织对象之间的相互作用构成的具有特定功能的、能够自主完成特定需求的执行系统。每个工作系统都是对应了一类地理信息产业需求的分布交互测绘通用机器人的具体的功能实现系统。

3、首创基于复杂系统涌现性和自组织原理的分布交互测绘通用机器人系统

系统功能的“涌现性”。正如连接在互联网上的个人电脑，其硬件有限但运行于其上的软件数量及其功能却几乎无限那样，所述工作系统的数量及其功能几乎也是无限的：这些功能不是物质本身或部件本身的固有性质，而是组织对象之间相互作用的结果。通过组织对象之间的相互作用产生巨量的新功能，这就是系统功能的涌现性。

系统功能的“自组织”：没有操作人员的特定干预，分布交互测绘通用机器人自主生成工作系统，自主完成特定的工作任务。

4、首创去中心化与平面化/数据获取一体化与数据处理一体化的广域测绘系统

所述分布交互测绘通用机器人（或分布交互通用测绘机）是分布交互系统处理器中的一种。分布交互系统处理器分为节点处理器和普通处理器两类。所述节点处理器是用以完成特定任务的数据流采集/转发/处理的枢纽型分布交互系统处理器；所述普通处理器是可围绕节点处理器工作、可为节点处理器提供相关任务型服务的其它分布交互系统处理器。

1）去中心化与平面化

分布交互系统内各处理器在工作地位上相互平等，并根据工作任务的需要确定相互间的任务型工作关系。

去中心化使所述分布交互系统处理器之间只有任务关系，没有层层叠叠的固定架构，没有传统意义上的“中心”和“终端”，所述分布交互系统处理器全部处在同一平面上。

2）数据获取一体化与数据处理一体化

数据获取一体化：每一个分布交互系统处理器的数据采集范围都等于全部分布交互系统处理器的分布工作地域之并；每一个分布交互系统处理器的数据采集量和数据采集类型都等于全部分布交互系统处理器的数据采集量和数据采集类型之和。

数据处理一体化：有时空位置限制、没有距离限制。这使得：每一个分布交互系统处理器的数据处理都可得到一个或多个分布交互系统处理器的同步数据处理支持。

5、首创同时满足上述1、2、3、4的分布交互通用测绘机

6、首创与分布交互通用测绘机组合使用的机器执行系统

7、首创分布交互测绘通用机器人

分布交互测绘通用机器人=分布交互通用测绘机+机器执行系统

8、首创测绘业务通用型野外设备：一机功能超过多类仪器设备的功能之和

一机功能覆盖并超过传统测绘仪器、GPS定位仪、全站仪、超站仪、精密测量机器人、摄影式自动全站仪、三维激光扫描仪、便携式三维成像仪、定位/遥感/遥测便携机的功能之和。

9、首创测绘方式通用型野外设备：手持、碎步测量、地面架设、车载/机载

10、用底层结构的多系统一体化方法获得低成本、高性价比的产品

底层结构的多系统一体化方法使得分布交互测绘通用机器人的自身组织对象多为已被广泛应用、有质量保障且价格低廉的通用型电子元器件和光学机械组件，这使得分布交互测绘通用机器人的生产成本低廉。

支持用机器自主测量的新方法改变传统工作方式，极大幅度地减少人工介入、简化工作流程、降低劳动强度和操作难度、降低工作成本、提高工作效率。

附图说明

图1 是本发明实施例所提供的分布交互通用测绘机结构图。

图2 是本发明实施例所提供的分布交互系统通信原理图。

图3 是本发明实施例所提供的机器执行系统工作原理图。

图4 是本发明实施例所提供的分布交互通用测绘机与机器执行系统组合装配后的轴系图。

图5 是本发明实施例所提供的分布交互通用测绘机与机器执行系统的组合装配图。

图6 是本发明实施例所提供的分布交互通用测绘机与短杆的组合装配图。

图7 是本发明实施例所提供的分布交互通用测绘机与长杆的组合装配图。

图8 是本发明实施例所提供的分布交互测绘通用机器人的车载/船载使用图。

图9 是本发明实施例所提供的分布交互测绘通用机器人的机载使用图。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本发明提出对测绘仪器的改进方向是：从多系统集成走向多系统一体化。实施例的具体实现说明如下：

1. 分布交互测绘通用机器人的整体结构

本发明提供的分布交互测绘通用机器人包括分布交互通用测绘机1和机器执行系统2。分布交互通用测绘机1和和机器执行系统2共同组成分布交互测绘通用机器人。但分布交互通用测绘机1既能单独使用，也能组合使用，所述组合使用包括和机器执行系统2或全姿态全地形实时动态测量杆3或三脚架组合使用。

A. 分布交互通用测绘机

所述分布交互通用测绘机包括所述数据采集系统1.1、分布交互通信系统1.2、数据处理系统1.3。

所述数据采集系统1.1包括全球定位单元、内置式三维姿态单元、自动成像单元、测距单元；

所述分布交互通信系统1.2包括蓝牙通信单元1.2.1、电台通信单元1.2.2、公网通信单元1.2.3、cors差分通信单元1.2.4、通信平台1.2.5；

所述数据处理系统1.3包括中央处理器、数据接口单元1.3.2、人机交互单元1.3.3，具体实施时还可设置电源管理单元1.3.4、电源单元1.3.5。所述中央处理器包括内置计算单元1.3.1.1。，具体实施时，还可以利用公用通信网连接利用远程的云计算单元1.3.1.2分担运算任务，因此可视为数据处理系统1.3还包括云计算单元1.3.1.2。

B. 机器执行系统

所述机器执行系统2包括同轴接口单元、仰俯姿态单元、航向姿态单元、水平姿态单元、支架2.5、架设式蓝牙通信单元2.6、微机板2.7和舵机。

C. 全姿态全地形实时动态测量杆

所述全姿态全地形实时动态测量杆包括短标点杆3.1或长标点杆3.2。

因此以上分布交互测绘通用机器人（或分布交互通用测绘机），具有测绘通用的效果：

测绘通用系指测绘业务通用和测绘方式通用。

所述测绘业务通用是指，分布交互测绘通用机器人一机覆盖各种测绘业务：自动光学遥感、自动遥测物方三维大地坐标、自动三维成像、在实景影像上自动生成等高线、找北、测角、测距、cm级精度的全球定位实时动态测量、定位导航、工程放样、工程量算、工程测量、mm级精度的全球定位静态测量、多网通信等。

所述测绘方式通用是指，分布交互测绘通用机器人适用于各种测绘方式：

手持）分布交互通用测绘机的实时全球定位、定姿、遥感、遥测物方三维大地坐标、工程放样、线面体的量算、多网通信、定位导航、分布交互式协同测量等；

碎步测量）分布交互通用测绘机在全姿态全地形实时动态测量杆上的全姿态全地形实时动态全球定位测量、定姿、光学遥感成像、遥测距离、遥测物方三维大地坐标、工程放样、线面体的量算、定位导航、多网通信、分布交互式协同测量等。

地面架设）分布交互通用测绘机在机器执行系统上的遥测物方三维大地坐标、全自动三维成像、在实景影像上自动生成等高线、实时全球定位、定姿、光学遥感成像、遥测距离、测角、mm级精度的全球定位静态测量、工程放样、线面体的量算、多网通信、定位导航、多网通信、分布交互式协同测量等；

车载/船载/机载）将分布交互通用测绘机与机器执行系统组合构成分布交互测绘通用机器人，将分布交互测绘通用机器人采用相应连接件固定连接在车载/船载/机载陀螺仪上，形成车载/船载/机载条件下的动态遥感遥测应用，参见附图8、附图9。

2、分布交互通用测绘机的详细设计与具体实施

分布交互通用测绘机1包括数据采集系统1.1、分布交互通信系统1.2、数据处理系统1.3、莫氏锥度公口端同轴接口1.4。具体实施时，可将数据采集系统1.1、分布交互通信系统1.2、数据处理系统1.3设置在分布交互通用测绘机1的外壳内，莫氏锥度公口端同轴接口1.4连接分布交互通用测绘机1的外壳，通常设置于外壳下方。特殊的，通信平台1.2.5和云计算单元1.3.1.2不是设于外壳内，而是远程通信连接。

参见附图1， 实施例中分布交互通用测绘机1具体实现如下：

1）所述数据采集系统1.1的系统构成、工作原理和工作方法

所述全球定位单元由全球定位天线1.1.1.1和全球定位系统接收机板卡1.1.1.2构成。所述全球定位单元是多芯合一的工作单元，包括GPS、北斗、伽利略、GLONASS、SBAS中的部分或全部。全球定位天线1.1.1.1连接全球定位系统接收机板卡1.1.1.2，全球定位系统接收机板卡1.1.1.2经数据接口单元1.3.2接入中央处理器，所述全球定位单元接收全球定位天网的信号并将初步处理后的数据上传至内置计算单元1.3.1.1。

所述内置式三维姿态单元包括电子三维姿态仪1.1.2.1、微机械陀螺1.1.2.2。电子三维姿态仪1.1.2.1、微机械陀螺1.1.2.2分别经数据接口单元1.3.2接入中央处理器，内置式三维姿态单元实时获取分布交互通用测绘机1的三维姿态数据并上传至内置计算单元1.3.1.1。

所述自动成像单元的构成、工作原理和功能实现方法：

A.自动成像单元的构成

自动成像单元：包括变焦系统、调焦系统、光敏电阻1.1.3.3。

所述变焦系统包括物镜1.1.3.1.1、变焦镜组1.1.3.1.2、变焦电机1.1.3.1.3、变焦传动组1.1.3.1.4、变焦编码器1.1.3.1.5。中央处理器、变焦电机1.1.3.1.3、变焦传动组1.1.3.1.4、变焦镜组1.1.3.1.2依次连接，光线经物镜1.1.3.1.1射入变焦镜组1.1.3.1.2，变焦传动组1.1.3.1.4、变焦编码器1.1.3.1.5、中央处理器依次连接。

所述调焦系统包括物镜1.1.3.1.1、调焦电机1.1.3.2.1、调焦传动组1.1.3.2.2、调焦编码器1.1.3.2.3、调焦镜组1.1.3.2.4、CCD模块1.1.3.2.5、图像处理单元1.1.3.2.6。

变焦系统、调焦系统共用同一个物镜1.1.3.1.1。物镜1.1.3.1.1、变焦镜组1.1.3.1.2、调焦镜组1.1.3.2.4、CCD模块1.1.3.2.5的光学镜头处在同一直线上，实现光路传递。

所述图像处理单元1.1.3.2.6是图像处理专用的DSP，包括基于图像清晰度评价函数的图像处理软件（例如采用现有的基于小波变换算法的图像处理软件，本发明不予赘述）。

中央处理器、调焦电机1.1.3.2.1、调焦传动组1.1.3.2.2、调焦镜组1.1.3.2.4依次连接，调焦传动组1.1.3.2.2、调焦编码器1.1.3.2.3和中央处理器依次连接，调焦镜组、CCD模块1.1.3.2.5、图像处理单元1.1.3.2.6和中央处理器依次连接。图像处理单元1.1.3.2.6通过聚焦检测判断聚焦是否准确、成像是否清晰：若图像已经符合设定标准则自动调焦任务完成；若图像不符合设定标准向中央处理器上传调焦镜组1.1.3.2.4新的运动方向和运动幅度数据，调焦工作闭环开始新一轮工作循环，直至图像符合设定标准。

所述光敏电阻1.1.3.3经数据接口单元1.3.2接入中央处理器，自动感知环境光源的强弱并将光信号转换为电信号上传给内置计算单元1.3.1.1。

B.自动成像单元的工作原理与实现方法：

内置计算单元1.3.1.1对光敏电阻1.1.3.3上传的环境光源图像值进行分析处理，若图像值的最大值与最小值之差的绝对值大于预设正实数Q，则判定测站处于可用的能见度环境，进入自动成像流程，顺序实现如下步骤。具体实施时，本领域技术人员可自行预设Q的取值。

内置计算单元1.3.1.1与自动成像单元构成变焦工作闭环、调焦工作闭环，通过这两个工作闭环完成自动成像任务。

变焦工作闭环完成自动变焦：

内置计算单元1.3.1.1读取变焦镜组1.1.3.1.2的变焦标定值驱动变焦电机1.1.3.1.3、变焦传动组1.1.3.1.4使变焦镜组1.1.3.1.2向相应标定位置运动，变焦编码器1.1.3.1.5实时记录变焦传动组1.1.3.1.4的运动状态同步反馈给内置计算单元1.3.1.1，内置计算单元1.3.1.1算出脉冲修正值并据此发出下一指令，直到变焦传动组1.1.3.1.4到达设定位置完成对变焦镜组1.1.3.1.2的焦距调整。

调焦工作闭环完成自动调焦：

第一步，光线经由物镜1.1.3.1.1、变焦镜组1.1.3.1.2、调焦镜组1.1.3.2.4到达CCD模块1.1.3.2.5。CCD模块1.1.3.2.5将光信号转换为电信号后传输给图像处理单元1.1.3.2.6。图像处理单元1.1.3.2.6通过聚焦检测判断聚焦是否准确、成像是否清晰并向内置计算单元1.3.1.1上传调焦镜组1.1.3.2.4的运动方向和运动幅度数据；

第二步，内置计算单元1.3.1.1据此向调焦电机1.1.3.2.1发出运动方向和运动幅度指令数据、调焦电机1.1.3.2.1和调焦传动组1.1.3.2.2驱动调焦镜组1.1.3.2.4到达指令位置、调焦编码器1.1.3.2.3记录调焦传动组1.1.3.2.2的实际到达数据并上传至内置计算单元1.3.1.1。CCD模块1.1.3.2.5获得调焦镜组1.1.3.2.4在运动后的新位置上传来的光信号并将其转换成电信号传输至图像处理单元1.1.3.2.6。图像处理单元1.1.3.2.6再次通过聚焦检测判断聚焦是否准确、成像是否清晰：若图像已经符合设定标准则自动调焦任务完成；若图像不符合设定标准则图像处理单元1.1.3.2.6向内置计算单元1.3.1.1上传调焦镜组1.1.3.2.4新的运动方向和运动幅度数据，调焦工作闭环开始新一轮工作循环，直至图像符合设定标准。

内置计算单元1.3.1.1至此获得符合设定标准的清晰物方实景影像。

所述测距单元包括激光发射装置1.1.4.1、激光接收装置1.1.4.2、距离解算装置1.1.4.3。具体实施时，激光发射装置1.1.4.1应当采用远程高频激光发射装置。经数据接口单元1.3.2接入中央处理器，激光接收装置1.1.4.2连接距离解算装置1.1.4.3，距离解算装置1.1.4.3经数据接口单元1.3.2接入中央处理器，内置计算单元1.3.1.1向激光发射装置1.1.4.1发出测距指令，激光发射装置1.1.4.1向目标发射激光，激光接收装置1.1.4.2过滤掉杂波后只接收自目标反射回来的激光并将其转换为电信号，传输至距离解算装置1.1.4.3。距离解算装置1.1.4.3通过激光相位差获得相关数据、通过其时间同步电路获得时间差数据，据此计算出分布交互通用测绘机的校准坐标系原点O到目标的距离数据并上传给内置计算单元1.3.1.1。

2）所述分布交互通信系统1.2的系统构成、工作原理和工作方法

分布交互通信系统1.2是分布交互通用测绘机与其它分布交互系统处理器之间的通信站。

所述处理器是具有数据通信、数据采集或数据处理能力的装置。

所述分布交互系统是由一组处理器的相互作用构成的工作系统。

所述分布交互系统处理器是构成分布交互系统的处理器，系指：连接在蓝

牙通信网、电台通信网、4G/3G/2.5G公用通信网、有线/无线因特网、cors差分通信网、传感器自组网等各种通信网络上的具有数据通信/数据处理或数据采集能力的装置。例如，包括但不限于连接在所述各种通信网络上的计算机、手机、传感器、分布交互通用测绘机、机器执行系统、全球定位系统基准站、通信平台1.2.5、云计算单元1.3.1.2等等。所述分布交互系统处理器可以是连接在所述通信网中的一个通信网上的装置，也可以是同时连接在所述通信网中的多个通信网或全部通信网上的装置。

蓝牙通信单元1.2.1、电台通信单元1.2.2、公网通信单元1.2.3、cors差分通信单元1.2.4分别经数据接口单元1.3.2接入中央处理器，内置计算单元1.3.1.1可同时启用蓝牙通信单元1.2.1、电台通信单元1.2.2、公网通信单元1.2.3、cors差分通信单元1.2.4、通信平台1.2.5、传感器自组网中的部分或全部。

根据内置计算单元1.3.1.1的指令，所述蓝牙通信单元1.2.1在分布交互通用测绘机1与其它分布交互系统处理器之间建立双向数据通信链接。两者之间的距离不超过30米。

根据内置计算单元1.3.1.1的指令，所述电台通信单元1.2.2在分布交互通用测绘机1与其它分布交互系统处理器之间建立双向数据通信链接。两者之间的距离不超过30公里。

根据内置计算单元1.3.1.1的指令，所述公网通信单元1.2.3经由连接在公用通信网上的通信平台1.2.5，在分布交互通用测绘机1与分布在全球范围内的连接在公用通信网上的其它分布交互系统处理器之间建立双向数据通信链接。所述通信平台1.2.5用于分布交互系统处理器之间的点对点数据互传和点对多点的数据广播。在公用通信网覆盖范围之内，通信连接点之间没有空间位置限制也没有距离限制。

所述通信平台1.2.5是连接在公用通信网上的计算机通信服务器，通过公网通信单元1.2.3与中央处理器连接，用于在分布交互系统处理器之间建立实时互通的数据链。

根据内置计算单元1.3.1.1的指令，所述cors差分通信单元1.2.4通过2.5G公用通信网中的专用cors差分通信信道与当地的cors差分服务平台建立双向数据通信链接。在当地cors差分通信网的覆盖范围之内，两者之间没有空间位置限制也没有距离限制。

分布交互通用测绘机可通过所述分布交互通信系统1.2同时连接承载于蓝牙通信网、电台通信网、4G/3G/2.5G公用通信网、有线/无线因特网、cors差分通信网等各种通信网络上的多个其它分布交互系统处理器，也可一次只连接承载于一个或多个通信网络上的一个或多个其它分布交互系统处理器。

3）所述数据处理系统1.3的系统构成、工作原理和工作方式

所述数据处理系统1.3包括中央处理器、数据接口单元1.3.2、人机交互单元1.3.3，还设置电源管理单元1.3.4、电源单元1.3.5。

所述电源管理单元1.3.4为分布交互通用测绘机机壳之内的所有工作单元提供电源管理服务。

A. 中央处理器

所述中央处理器包括内置计算单元1.3.1.1，具体实施时，可以调用云计算单元1.3.1.2分担计算任务。

所述内置计算单元1.3.1.1是包括CPU、内存储器、外存储器在内的数据

处理单元，物理存在于分布交互通用测绘机的机壳之内。

所述云计算单元1.3.1.2是连接在公用通信网上的计算机运算服务器，物理存在于全球范围内任何适于无缝连接公用通信网的地点。一方面，云计算单元1.3.1.2是中央处理器的组成部分；另一方面，云计算单元1.3.1.2既是分布交互系统处理器之一、又是所有分布交互系统处理器公用的运算服务器，用于为所有分布交互系统处理器提供大数据量的高速云计算服务。

中央处理器的数据处理工作流程：内置计算单元1.3.1.1接受人机交互单元1.3.3发来的任务指令后，根据任务时限和时限内运算量自主判断能否独立完成数据处理任务：若能，则进入数据处理工作流程；若不能，则通过公网通信单元1.2.3连接云计算单元1.3.1.2或其它分布交互系统处理器、向云计算单元1.3.1.2分布交互系统处理器传输需要处理的数据并从云计算单元1.3.1.2分布交互系统处理器获取处理结果。

B. 数据接口单元1.3.2

所述数据接口单元1.3.2的上行端口连接内置计算单元1.3.1.1，下行端口连接全球定位单元、内置式三维姿态单元、自动成像单元、测距单元；蓝牙通信单元1.2.1、电台通信单元1.2.2、公网通信单元1.2.3、cors差分通信单元1.2.4、人机交互单元1.3.3、电源管理单元1.3.4、电源单元1.3.5。

C. 人机交互单元1.3.3

所述人机交互单元1.3.3包括触摸屏和按键。触摸屏和按键经由数据接口单元1.3.2连接内置计算单元1.3.1.1。

D. 数据处理系统1.3的工作原理和工作方式

操作人员通过所述人机交互单元1.3.3向内置计算单元1.3.1.1输入人工指令时有且只有如下两种情形。

一是所述人工指令只涉及分布交互通用测绘机的机壳内各工作单元时：内置计算单元1.3.1.1根据所述人工指令通过数据接口单元1.3.2向全球定位单元、内置式三维姿态单元、自动成像单元、测距单元、蓝牙通信单元1.2.1、电台通信单元1.2.2、公网通信单元1.2.3、cors差分通信单元1.2.4、电源管理单元1.3.4、以及其它与所述人工指令相关的工作单元发出机器指令。与所述机器指令相关的工作单元接受、完成所述机器指令并向内置计算单元1.3.1.1反馈执行结果数据。内置计算单元1.3.1.1根据执行结果数据自动进入下一步操作，直至完成所述人工指令并在触摸屏上显示结果数据；

二是所述人工指令涉及分布交互通用测绘机的机壳外各分布交互系统处理器时：内置计算单元1.3.1.1通过分布交互通信系统1.2建立数据链，连接所述各分布交互系统处理器，使其成为分布交互系统通用测绘机的机外工作单元。内置计算单元1.3.1.1指令分布交互通用测绘机的机外工作单元与机内工作单元协同工作，完成所述人工指令。

所述数据链的建立方法：内置计算单元1.3.1.1通过蓝牙通信单元1.2.1与机器执行系统、距离分布交互系统通用测绘机30米内的需要蓝牙通信的其它分布交互系统处理器建立数据链；内置计算单元1.3.1.1通过电台通信单元1.2.2或公网通信单元1.2.3或cors差分通信单元1.2.4，与距离分布交互通用测绘机30公里内的其它分布交互系统处理器建立数据链；内置计算单元1.3.1.1通过公网通信单元1.2.3或cors差分通信单元1.2.4在分布交互系统通用测绘机与其它分布交互系统处理器之间建立数据链。在所述公用通信网或cors差分通信网的通信覆盖范围内，分布交互通用测绘机与其它分布交互系统处理器之间的数据互连无距离限制、无空间位置限制。

4）同轴同心

参见图4，自动成像单元的视准轴M：物镜1.1.3.1.1的视准轴、变焦镜组1.1.3.1.2的视准轴、调焦镜组1.1.3.2.4的视准轴、CCD模块1.1.3.2.5光学镜头的视准轴处在同一直线M上时，直线M称为自动成像单元的视准轴。

三光同轴：自动成像单元的视准轴M、激光发射装置1.1.4.1的光轴N、激光接收装置1.1.4.2的光轴P三者相互平行或重合，称为三光同轴。

多轴同心：所述自动成像单元的视准轴M与直线L垂直相交于O’’点。其中L是全球定位天线1.1.1.1的相位中心点O₂与莫氏锥度公口端同轴接口1.4处点O₁构成的直线。O’’点、O₁点、O₂点同在L上。参见附图4，O’’点称为分布交互通用测绘机的校准坐标系原点。O₁点即莫氏锥度公口端同轴接口1.4与莫氏锥度母口端2.1.2的装配到位点。O_N点是光轴N和中轴线H的交点，O_P点是光轴P和中轴线H的交点，O_N点、O_P点、O’点同在H上； L、H 垂直相交于O’’点。

5）分布交互协同测量

以上分布交互测绘通用机器人（或分布交互通用测绘机），其分布交互式应用包括：去中心化与平面化、数据获取一体化与数据处理一体化。

3、全姿态全地形实时动态测量杆的详细设计与具体实施

全姿态全地形实时动态测量杆包括短标点杆3.1、长标点杆3.2，用于实现全姿态全地形实时动态定位测量、遥感遥测、定位导航。

1）在短标点杆3.1上的全姿态全地形实时动态定位测量

参见图6，所述短标点杆3.1包括短杆3.1.1、球头3.1.2、球头锁定螺杆3.1.3、球头标点杆连接件3.1.4、同轴接口单元3.1.5、重心把手3.1.6。

所述短杆3.1.1包括杆身和杆尖。杆身顶部有与球头标点杆连接件3.1.4配套的螺公，杆身长度可根据使用者身高自由调节。杆尖安装在杆身底部，用于标定测点位置。

所述球头标点杆连接件3.1.4包括球头槽和连接螺口，球头3.1.2安装在球头槽内，连接螺口将球头槽连接在短杆3.1.1上，球头槽内设有一个弹性对中钢球。

所述同轴接口单元3.1.5包括莫氏锥度母口端3.1.5.1、退出螺杆3.1.5.2、锁定螺杆3.1.5.3。

同轴接口单元3.1.5固定在球头3.1.2上。同轴接口单元3.1.5的运动带动球头3.1.2运动。球头标点杆连接件3.1.4中的球头槽只沿着一个方向开槽，故球头只能沿着一个方向转动，转动途中必经弹性对中钢球3.1.2.1。球头3.1.2运动至所述弹性对中钢球3.1.2.1所在位置，则弹性对中钢球3.1.2.1自动弹起，将同轴接口单元3.1.5校准在弹性对中钢球3.1.2.1所在位置，转动球头锁定螺杆3.1.3可将同轴接口单元3.1.5固定在弹性对中钢球3.1.2.1所在位置上。反之，松开球头锁定螺杆3.1.3可使同轴接口单元3.1.5自由运动。

分布交互通用测绘机1与短标点杆3.1的连接与分离：将莫氏锥度母口端3.1.5.1插入莫氏锥度公口端同轴接口1.4后转动锁定螺杆3.1.5.3即完成连接。反之则分离。

分布交互通用测绘机1与短标点杆3.1连接后的构成：将分布交互通用测绘机1连接在短标点杆3.1上，即构成一个完整的动态测量型分布交互系统处理器。所述重心把手3.1.6处于在这个完整的动态测量型分布交互系统处理器的解剖重心上。转动分布交互通用测绘机1，使同轴接口单元3.1.5自动校准在弹性对中钢球3.1.2.1所在位置上并转动球头锁定螺杆3.1.3使之紧固，此时全球定位天线1.1.1.1的相位中心、弹性对中钢球3.1.2.1、短杆3.1.1杆尖这三个几何点处在同一直线上。

一般分布交互通用测绘机1可设计为单手手持型或双手手持型，单手手持型重量较轻，使用时可以一手持机器，一手操作；双手手持型重量较重，使用时可以双手持机器，用手指操作，但可以采用性能更优的部件，具有更远的测量距离，更大的光学放大倍数，更高的精度。因此，由于重心情况不同，重心把手3.1.6可相应具体设置。参见图6，实施例中，分布交互通用测绘机1采用单手手持型，重心把手3.1.6设于分布交互通用测绘机1和同轴接口单元3.1.5侧面：

O₂点：全球定位天线1.1.1.1的相位中心

O''点：自动成像单元的视准轴M与L的交点。

O₁点：莫氏锥度母口端3.1.5.1与莫氏锥度公口端同轴接口1.4的组合到位点。

O点：装配后的分布交互通用测绘仪1+ 短标点杆3.1成为一个物理上的整体。O点是这个整体的质心。

O₃点：短标点杆3.1的杆尖

图中弹性对中钢球3.1.2.1、O''_、O_{1 、}O_{2 、}O₃同在直线 L 上。

双手手持型则可将重心把手3.1.6的位置设置在同轴接口单元3.1.5下方，同轴接口单元3.1.5经重心把手3.1.6固定在球头3.1.2上，因此相应连接方式为同轴接口单元3.1.5的运动带动重心把手3.1.6、球头3.1.2运动。

2）分布交互通用测绘机1在短标点杆3.1上的遥感遥测

松开球头锁定螺杆3.1.3可使分布交互通用测绘机1在短标点杆3.1上的自由旋转。中央处理器将自动成像单元上传的影像数据传输给触摸屏并显示，操作人员在影像中选定目标。分布交互通用测绘机1自动遥测获得目标的三维大地坐标：中央处理器综合全球定位单元上传的实时空间位置数据、内置式三维姿态单元上传的实时三维姿态数据、测距单元上传的距离数据实时解算出目标的三维大地坐标。

3）在长标点杆3.2上的全姿态全地形实时动态定位测量

参见图7，所述长标点杆3.2包括长杆3.2.1、外置式全球定位天线3.2.2、连接件。所述连接件包括螺杆3.2.3.1、夹具3.2.3.2、莫氏锥度母口端横轴3.2.3.3、接口锁定螺杆3.2.3.4、莫氏锥度母口端横轴锁定螺杆3.2.3.5。

分布交互通用测绘机1与长标点杆3.2的连接与分离：所述外置式全球定位天线3.2.2通过螺口安装在长杆3.2.1的顶端。将夹具3.2.3.2置于长杆3.2.1的杆身，旋紧螺杆3.2.3.1使连接件紧固在长杆3.2.1的杆身上。将莫氏锥度公口端同轴接口1.4插入莫氏锥度母口端横轴3.2.3.3上的莫氏锥度母口端，旋紧接口锁定螺杆3.2.3.4，将分布交互通用测绘机1固定在莫氏锥度母口端横轴3.2.3.3上，完成分布交互通用测绘机1与长标点杆3.2的连接。反之则实现分布交互通用测绘机1与长标点杆3.2的分离。

由于重心的不同，分布交互通用测绘机1采用双手手持型时，莫氏锥度母口端横轴3.2.3.3可采用曲轴，以支持分布交互通用测绘机1基于横向的旋转。

参见图7，实施例莫氏锥度母口端横轴3.2.3.3采用曲轴。O点：分布交互通用测绘机与莫氏锥度母口端横轴3.2.3.3装配到位后构成一个完整的物理整体W，O点是W的解剖重心。 O点在H上。

分布交互通用测绘机1在长标点杆3.2上的全姿态全地形实时动态定位测量：全球定位天线1.1.1.1和全球定位系统接收机板卡1.1.1.2接收全球定位天网的信号并将处理后的数据上传至中央处理器。或者，采用外置式全球定位天线3.2.2代替全球定位天线1.1.1.1进行工作，所述内置式三维姿态单元将三维姿态数据上传至中央处理器，外置式全球定位天线3.2.2的相位中心记为O_x。中央处理器综合全球定位天线1.1.1.1的相位中心到长杆3.2.1杆尖的距离数据、三维姿态数据、全球定位数据、全球定位系统时间实时解算出长杆3.2.1杆尖的（经度，纬度，高程，时间）数据。

姿态测量误差对动态定位测量误差的贡献为毫米级：分布交互通用测绘机1在长标点杆3.2上进行厘米级精度的实时动态定位测量时，误差分析和实测结果证明，内置式三维姿态单元的姿态测量误差对所述短杆3.1.1杆尖的（经度，纬度，高程，时间）数据的空间误差贡献为毫米级。

地形变化对定位测量误差的贡献为零：根据所述之分布交互通用测绘机1在长标点杆3.2上的全姿态实时动态定位测量原理，其定位测量误差只与卫星信号和地磁相关。所述长标点杆3.2杆尖的（经度，纬度，高程，时间）数据的空间误差与长标点杆3.2杆尖所标定之测点无关、与测点所在地点的地形无关。

4）在长标点杆3.2上的遥感遥测

松开莫氏锥度母口端横轴锁定螺杆3.2.3.5，使莫氏锥度公口端横轴3.2.3.3自由转动。中央处理器将自动成像单元上传的影像数据传输给触摸屏并显示，操作人员在影像中选定目标。分布交互通用测绘机1自动遥测获得目标的三维大地坐标：中央处理器综合全球定位单元上传的实时空间位置数据、内置式三维姿态单元上传的实时三维姿态数据、测距单元上传的距离数据实时解算出目标的三维大地坐标。

5）在全姿态全地形实时动态测量杆3上的定位导航

向内置计算单元1.3.1.1输入工程图。内置计算单元1.3.1.1根据所述工程图标示的工程点坐标和分布交互通用测绘机1的实时三维大地坐标计算出分布交互通用测绘机到工程点的直线距离与地图距离、前进方向与地图路径，据此找到所述工程图中标示之工程点的现场位置。

6）在全姿态全地形实时动态测量杆3上的分布交互协同测量

4、机器执行系统的详细设计与具体实施

参见图3和图5，机器执行系统包括同轴同心接口单元、仰俯姿态单元、航向姿态单元、水平姿态单元、支架2.5、蓝牙通信单元2.6、微机板2.7、舵机。

所述同轴同心接口单元包括横曲轴2.1.1、莫氏锥度母口端2.1.2、退出螺杆2.1.3、锁定螺杆2.1.4。所述莫氏锥度母口端2.1.2、退出螺杆2.1.3、锁定螺杆2.1.4安装在横曲轴2.1.1上。

所述支架包括音叉2.5.1、竖轴2.5.2。所述横曲轴2.1.1安装在音叉2.5.1上。横曲轴2.1.1的中轴线H与竖轴2.5.2的中轴线S垂直相交于O点。竖轴2.5.2的中轴线S与L重合。其中L是全球定位天线1.1.1.1的相位中心点O₁和O₂点构成的直线。O₁点、O点、O₂点同在直线L上。O₂点是莫氏锥度公口端同轴接口1.4与莫氏锥度母口端2.1.2的组合到位点。

所述仰俯姿态单元包括仰俯角度编码器2.2.1、仰俯运动伺服机构2.2.2、仰俯运动传动机构2.2.3。所述仰俯角度编码器2.2.1安装在横曲轴2.1.1上，连接微机板2.7。微机板2.7经仰俯运动伺服机构2.2.2、仰俯运动传动机构2.2.3连接驱动横曲轴2.1.1。

所述航向姿态单元包括航向角度编码器2.3.1、航向运动伺服机构2.3.2、航向运动传动机构2.3.3。所述航向角度编码器2.3.1安装在竖轴2.5.2上，连接在微机板2.7上。微机板2.7经航向运动伺服机构2.3.2、航向运动传动机构2.3.3连接驱动竖轴2.5.2。

所述水平姿态单元包括调节螺杆组2.4.1、电子水泡2.4.2。调节螺杆组2.4.1用于调节大地水准面与支架2.5之间的相对位置。所述电子水泡2.4.2连接在微机板2.7上。

所述舵机包括仰俯运动装置2.8.1、仰俯运动幅度控制装置2.8.2、仰俯运动时序编码器2.8.3。微机板2.7经所述仰俯运动装置2.8.1、仰俯运动幅度控制装置2.8.2连接驱动并控制横曲轴2.1.1在设定的角度范围内按设置的速度沿仰俯方向作往复运动。仰俯运动时序编码器2.8.3连接微机板2.7，仰俯运动时序编码器2.8.3将仰俯方向往复运动还原为相应的仰俯角度。

见附图5：

竖轴2.5.2的中轴线L、横曲轴2.1.1中轴线H、自动成像单元的视准轴M三轴交于O点。其中，竖轴 2.5.2 的中轴线L与横曲轴 2.1.1 中轴线H垂直相交；横曲轴 2.1.1 中轴线H、自动成像单元的视准轴M垂直相交。

优选地，O点是质心：装配完毕后，分布交互通用测绘机 、横曲轴 2.1.1 、退出螺杆2.1.3、同轴接口单元、舵机、锁定螺杆2.1.4、构成了一个物理整体W，O点是W的解剖重心。

O₂点：全球定位天线1.1.1.1的相位中心

O₂点：莫氏锥度公口端同轴接口1.4与莫氏锥度母口端2.1.2的装配到位点。

音叉2.5.1是图中双线部分标示的U形架；2. O点、O₁点构成的直线与L重合；O点、O₁点、O₂点同在直线L上。5、所述分布交互测绘通用机器人系统结构工作原理与工作方法。

分布交互测绘通用机器人=分布交互测绘通用机 + 机器执行系统

1）分布交互测绘通用机器人的组装与分离

将莫氏锥度公口端同轴接口1.4插入莫氏锥度母口端2.1.2后旋紧锁定螺杆2.1.4即完成分布交互测绘通用机器人的组装。反之则分离。

2）机器执行系统的工作原理与工作方式

水平姿态：使用调节螺杆组2.4.1和电子水泡2.4.2使支架2.5底部平面与大地水准面平行。电子水泡2.4.2连接在微机板2.7上。微机板2.7蓝牙连接在内置计算单元1.3.1.1上。

仰俯运动：微机板2.7通过蓝牙方式连接在内置计算单元1.3.1.1上。内置计算单元1.3.1.1经由蓝牙通信单元1.2.1、蓝牙通信单元2.6向微机板2.7发出横曲轴2.1.1到达位置的指令数据，微机板2.7根据内置计算单元1.3.1.1的指令向仰俯运动伺服机构2.2.2发出运动数据指令。仰俯运动伺服机构2.2.2按照微机板2.7的指令运动并通过仰俯运动传动机构2.2.3带动横曲轴2.1.1运动至指定位置，仰俯角度编码器2.2.1记录横曲轴2.1.1的当前位置数据并上传至微机板2.7。微机板2.7比对横曲轴2.1.1的当前位置数据和内置计算单元1.3.1.1发出的横曲轴2.1.1到达位置的指令数据：若两者之间的误差在机器执行系统的标定误差范围内，则任务结束；若两者之间的误差超出机器执行系统的标定误差范围，则微机板2.7计算出误差修正值和运动方向并根据所述误差修正值和运动方向再次向仰俯运动伺服机构2.2.2发出指令数据，仰俯运动伺服机构2.2.2、仰俯角度编码器2.2.1、微机板2.7协同重复所述过程，直至两者之间的误差到达机器执行系统的标定误差范围之内。

航向运动：微机板2.7蓝牙连接在内置计算单元1.3.1.1上。内置计算单元1.3.1.1经由蓝牙通信单元1.2.1、蓝牙通信单元2.6向微机板2.7发出竖轴2.5.2到达位置的指令数据，微机板2.7根据内置计算单元1.3.1.1的指令向航向运动伺服机构2.3.2发出运动数据指令。航向运动伺服机构2.3.2按照微机板2.7的指令运动并通过航向运动传动机构2.3.3带动竖轴2.5.2运动至指定位置，航向角度编码器2.3.1记录竖轴2.5.2的当前位置数据并上传至微机板2.7。微机板2.7比对竖轴2.5.2的当前位置数据和内置计算单元1.3.1.1发出的竖轴2.5.2到达位置的指令数据：若两者之间的误差在机器执行系统的标定误差范围内，则任务结束；若两者之间的误差超出机器执行系统的标定误差范围，则微机板2.7计算出误差修正值和运动方向并根据所述误差修正值和运动方向再次向航向运动伺服机构2.3.2发出指令数据，航向运动伺服机构2.3.2、航向角度编码器2.3.1、微机板2.7协同工作重复所述过程，直至两者之间的误差到达机器执行系统的标定误差范围之内。

舵机运动：通过人机交互单元1.3.3设定舵机仰俯运动的速度和幅度。微机板2.7蓝牙连接在内置计算单元1.3.1.1上，形成数据闭环。内置计算单元1.3.1.1经由蓝牙通信单元1.2.1、蓝牙通信单元2.6向微机板2.7发出舵机运动指令数据。仰俯运动装置2.8.1、仰俯运动幅度控制装置2.8.2、仰俯运动时序编码器2.8.3同步工作：仰俯运动装置2.8.1、仰俯运动幅度控制装置2.8.2驱动横曲轴2.1.1按照设定的速度和幅度做仰俯运动，仰俯运动时序编码器2.8.3将每一时刻的仰俯角数据传输至微机板2.7。

3）分布交互测绘通用机器人的工作原理与工作方式

A.自动获取基础数据

通电后，通过人机交互单元1.3.3向内置计算单元1.3.1.1输入定位精度要求、将物镜1.1.3.1.1朝向目标区域：内置计算单元1.3.1.1、全球定位单元1.1.1.1、分布交互通信系统1.2协同工作，获得分布交互测绘通用机器人所在地点的测站三维大地坐标数据；自动成像单元向内置计算单元1.3.1.1提供实景影像数据。

B.遥测物方三维大地坐标

自动照准目标：在人机交互单元1.3.3显示的经过光学放大的实景影中

选中目标（可自动电子放大目标影像使目标选择更准确）并点击目标影像，内置计算单元1.3.1.1据此发出目标照准指令数据，经由蓝牙通信单元1.2.1、蓝牙通信单元2.6、微机板2.7、仰俯姿态单元、航向姿态单元自动实现目标照准。连续点击多个目标影像则顺序连续自动照准多个目标。微机板2.7经由蓝牙通信单元2.6、蓝牙通信单元1.2.1向中央处理器自动反馈目标照准数据。

自动获得物方三维大地坐标：内置计算单元1.3.1.1获得目标照准数据后启动测距单元完成对目标的距离测量并获得O点至目标的距离数据。内置计算单元1.3.1.1利用O点的三维大地坐标数据、O点至目标的距离数据、微机板2.7上传的以O点为基准的三维姿态数据、目标与正北方向的夹角数据综合解算出目标的三维大地坐标。连续点击多个目标影像则顺序连续自动获得多个目标的三维大地坐标。

C.自动三维成像

单幅二维实景影像的三维成像：通过人机交互单元1.3.3设定仰俯角运动幅度、航向运动幅度和运动速度。内置计算单元1.3.1.1经由蓝牙通信单元1.2.1、蓝牙通信单元2.6、微机板2.7发出指令数据：使舵机带动横曲轴2.1.1在设定的仰俯角运动幅度内作往复运动；使航向姿态单元同步按设定的速度运动；使测距单元同步高频测距。内置计算单元1.3.1.1根据O点的坐标数据、航向姿态数据、仰俯姿态数据、距离数据点阵云等数据进行综合解算，在自动成像单元提供的二维实景影像上得到三维坐标点阵云，中央处理器据此生成一幅三维实景影像。

360°全景三维成像：中央处理器在航向姿态单元按设定速度运动360°的过程中，按照设定的视场角控制自动成像单元连续生成多幅二维实景影像，并在每幅二维实景影像上重复所述三维成像过程，使之生成三维实景影像，据此获得多幅三维实景影像。中央处理器按照设定的视场角完成所述多幅三维实景影像的自动无缝拼接，生成360°全景三维实景影像。或首先自动完成多幅二维实景影像的无缝拼接构成360°全景二维影像，然后在360°全景二维影像上重复所述三维成像过程，使之生成360°全景三维实景影像。

对任意局部的三维成像：通过人机交互单元1.3.3设定仰俯角运动幅度和航向运动范围，执行所述三维成像工作流程即得到任意局部的三维实景影像。

D.自动生成等高线

设定高程。中央处理器按照设定的高程在三维实景影像中筛选高程数据相同的三维大地坐标点，在实景影像中连接高程相同的点生成一条等高线。

任意设定高程差。中央处理器按设定的高程差生成任意多条等高线。

E.基于实景影像的工程测量

找北：使用B.中所述之自动照准目标的方法照准位于现场视场范围内的已知

大地坐标点，内置计算单元1.3.1.1、机器执行系统协同工作，获得测站真北方向数据。

测角测距：使用B.中所述之自动照准目标的方法照准目标，内置计算单元1.3.1.1、机器执行系统协同工作，自主获得角度数据；内置计算单元1.3.1.1、测距单元协同工作，自主获得距离数据。

工程量算（可使用自定义坐标系）：通过人机交互单元1.3.3向内置计算单元1.3.1.1输入工程量算任务，按B.中所述之自动遥测多个目标点物方三维大地坐标（或物方三维坐标）方法获得多个目标点的三维坐标。内置计算单元1.3.1.1根据工程量算任务要求和多个目标点的三维坐标，自主完成多面体的相关长度、面积、体积计算任务。

工程放样：按照B.中所述之自动遥测多个目标点物方三维大地坐标方法、分布交互通用测绘机在全姿态全地形实时动态测量杆3上的定位导航方法获得工程图中各工程点的现场位置。按照所述之工程量算方法完成工程放样。

F . 控制点测量

通过人机交互单元1.3.3向内置计算单元1.3.1.1输入控制点测量任务。

内置计算单元1.3.1.1、全球定位单元、分布交互通信系统1.2协同工作，在差分和全球定位静态测量条件下获得mm级精度的大地测量控制点数据。

G.协同测量

无时空位置限制的分布交互式协同测量。

6、分布交互测绘通用机器人（或分布交互通用测绘机）的分布交互式工作模式的详细设计与具体实施

本发明可实现去中心化与平面化、数据获取一体化与数据处理一体化。

所述分布交互测绘通用机器人（或分布交互通用测绘机）是分布交互系统处理器中的一种。分布交互系统处理器分为节点处理器和普通处理器两类。

所述节点处理器是用以完成特定任务的数据流采集/转发/处理的枢纽型分布交互系统处理器；所述普通处理器是可围绕节点处理器工作、可为节点处理器提供相关任务型服务的其它分布交互系统处理器。

1）去中心化与平面化

分布交互系统内各处理器在工作地位上相互平等，并根据工作任务的需要确定相互间的任务型工作关系。

根据所述人工指令下达的特定工作任务，内置计算单元1.3.1.1按照分布交互系统的统一授权范围自动规定所述分布交互系统内各处理器之间的工作关系并向分布交互通信系统1.2发布所述机器指令，由分布交互通信系统1.2、相关的分布交互系统处理器执行所述机器指令：与时空位置无关，任何适用的普通处理器均可瞬间转化为任务型节点处理器，反之亦然。

任何分布交互系统处理器收到来自内置计算单元1.3.1.1的工作指令后，自动评估自身的实时资源状况并向内置计算单元1.3.1.1反馈：自身的冗余工作能力足以完成所述工作指令时，接受并执行所述工作指令；自身的冗余工作能力不足以完成所述工作指令时，向内置计算单元1.3.1.1反馈资源不足信息。内置计算单元1.3.1.1据此另行分配执行任务的对象（其它分布交互系统处理器）。一个内置计算单元1.3.1.1可通过通信平台1.2.5同步向多个分布交互系统处理器分配任务。反之，任何分布交互系统处理器亦可按照分布交互系统的统一授权范围向内置计算单元1.3.1.1发布工作指令。内置计算单元1.3.1.1根据收到的工作指令自动评估自身的实时资源状况并向发布所述工作指令的分布交互系统处理器反馈信息。

去中心化使所述分布交互系统处理器之间只有任务关系，没有层层叠叠的固定架构，没有传统意义上的“中心”和“终端”，所述分布交互系统处理器全部处在同一平面上。

2）数据获取一体化与数据处理一体化

数据获取一体化：内置计算单元1.3.1.1根据所述人工指令自动分配数据获取任务并通过数据接口单元1.3.2、分布交互通信系统1.2向相关的分布交互系统处理器发布数据获取与数据传输指令，在通信带宽允许的条件下同步互传和实时共享多个或全部分布交互系统处理器采集的数据，没有时空位置限制、没有距离限制。这使得：每一个分布交互系统处理器的数据采集范围都等于全部分布交互系统处理器的分布工作地域之并；每一个分布交互系统处理器的数据采集量和数据采集类型都等于全部分布交互系统处理器的数据采集量和数据采集类型之和。

数据处理一体化：内置计算单元1.3.1.1自主评估任务时限内的计算量，将超出自身运算能力的大数据量高速计算任务通过数据接口单元1.3.2、分布交互通信系统1.2分配由云计算单元1.3.1.2或其它分布交互系统处理器完成；同理，云计算单元1.3.1.2亦可将相关计算任务分配给其它连接在公用通信网上的计算机服务器或其它分布交互系统处理器完成。在所述数据处理一体化的过程中，没有时空位置限制、没有距离限制。这使得：每一个分布交互系统处理器的数据处理都可得到一个或多个分布交互系统处理器的同步数据处理支持。

7、分布交互测绘通用机器人的遥控工作实施方法

分布交互测绘通用机器人的遥控工作方法是一种无时空位置限制、无距离限制的分布交互式遥控工作模式。

本发明实施例的分布交互测绘通用机器人的通信原理如图2所示，以下用从上往下分层的方式诠释。第一层：左边标示“全球定位卫星”的云朵表示用于全球定位的卫星群构成的天网，包含美国的GPS、中国的北斗、欧盟的伽利略、俄罗斯的GLONASS、日本的SBAS差分网等可用资源。例如，GPS用于全球定位的卫星群含有26颗卫星(2颗备份，24颗运行)，分6条轨道等。这26颗卫星就构成了GPS天网。同理表述北斗天网、伽利略天网和GLONASS天网。右边标示“遥感卫星”的云朵表示由各国、各种用于观测地球资源的RS卫星的可用资源(如航天遥感影像等)；第二层：包括本发明所提供的分布交互测绘通用机器人，标有“蓝牙”、在“电台网”、“cors通信网”字样的网络表示分布交互系统处理器之间通过自组网或公用cors差分网进行的无线通信，标有“地面RS数据”字样的位于两边的闪电形符号表示分布交互系统处理器的地面遥感功能；第三层：地面通信网络。左边标有“有线/无线电话网”字样的云朵表示用于地面通话的电话网，其终端包含手机和座机。中间标有“无线Internet(2.5G/3G/4G)”字样的云朵表示无线数据网。右边标有“地面站”字样的云朵表示遥感卫星的地面站网络；第四层：地面通信网络。标有“2.5G平台”、“3G平台”、“4G平台”、“RS数据平台”的方框分别表示2.5G无线数据通信平台、3G无线数据通信平台、4G无线数据通信平台和与各地面站连接的遥感数据平台；第五层：标有“有线Internet”字样的云朵表示通用的有线因特网，左边标有通信平台字样的图标表示连接在因特网上的分布交互系统通信站，用于实现分布交互系统内各处理器之间的点对点互联和点对多点的数据广播。右边标云计算服务器字样的图标表示连接在因特网上的为所有分布交互系统内处理器提供运算服务的服务器。各层之间的通信符号：闪电形符号表示无线通信方式的数据链接，直线相连表示有线通信方式的数据链接。

分布交互测绘通用机器人处于公用通信网（或电台通信网）的信号覆盖范围内时，分布交互测绘通用机器人所处之分布交互系统内的任何分布交互系统处理器均可根据系统授权对分布交互测绘通用机器人进行遥控操作：

1）所述分布交互系统处理器与分布交互测绘通用机器人之间的公网数据链

所述分布交互系统处理器通过公用无线/有线Internet连接通信平台1.2.5，经由通信平台1.2.5连接公网通信单元1.2.3，通过公网通信单元1.2.3连接内置计算单元1.3.1.1，实现双向数据交流与遥控操作。

2）所述分布交互系统处理器与分布交互测绘通用机器人之间的电台数据链

所述分布交互系统处理器通过电台连接电台通信单元1.2.2，通过电台通信单元1.2.2连接内置计算单元1.3.1.1，实现双向数据交流与遥控操作。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。