一种空间垂向分布点位置测量方法及系统与流程

本发明属于激光测量技术领域，尤其涉及一种空间垂向分布点位置测量方法及系统。

背景技术：

以往，研究边坡深层土体侧向位移，通常采用固定式测斜仪或者便携式测斜仪，将测斜管通过机械成孔或者随钢筋笼下放到探井内然后混凝土灌注的方法垂直的埋设在不稳定土体中，以上方法适合在各方面条件均具备的条件下，然而很多大型边坡在前期勘探过程中地形陡峭并不具备车辆能够自由出入的条件，仅仅实施了人工探井勘探，此时通过一种方法对边坡深层土体的侧向位移进行监测。探井下光线较弱，单单依靠望远镜观测目标点存在一定的障碍，因此增加光敏传感器来辅助确定标记点位置；一台经纬仪在无法架立视距尺的情况下，无法获取距离信息。自动测量在使用过程中会面临光线等问题引起的误差超限问题，使仪器无法返回测量结果。

综上所述，现有的探井勘探存在探井下光线较弱，单单依靠望远镜观测目标点存在一定的障碍；一台经纬仪在无法架立视距尺的情况下，无法获取距离信息；自动测量在使用过程中会面临光线等问题引起的误差超限问题，使仪器无法返回测量结果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种空间垂向分布点位置测量方法及系统，旨在解决现有的探井勘探存在探井下光线较弱，单单依靠望远镜观测目标点存在一定的障碍；一台经纬仪在无法架立视距尺的情况下，无法获取距离信息；自动测量在使用过程中会面临光线引起的误差超限问题，使仪器无法返回测量结果的问题。

本发明是这样实现的，一种空间垂向分布点位置测量方法，所述空间垂向分布点位置测量方法包括：

在探井侧壁安装好光敏传感器，连接至控制中心，将架设好的两台激光经纬仪，瞄准对方计测水平角，同时利用卷尺测量两台激光经纬仪间距作为初始值来存储；然后将两台激光经纬仪瞄向同一标记点，打开激光射线，听到控制中心发出蜂鸣声，显示两台经纬仪的水平角度和初始值的差值及俯仰角，该结果直接反馈至控制中心，经过数据计算即可获得标记点的坐标值；其他点标记点后续只需转动激光经纬仪，同样操作即可获得相应的坐标值；控制中心连接至电脑即可方便的导出各点对应的坐标值。

进一步，所述空间垂向分布点位置测量方法包括：激光经纬仪同轴发出的激光照射在标记点上的光敏传感器上后，控制中心能够感应到信号变化，同时激光经纬仪能够显示此时的水平角和俯仰角；

初始值设定，将两个经纬仪互相对照作为照准点，进行角度测量，将水平角的测量值设定为水平角初始值，同时规定其中一经纬仪机械点坐标为(0,0,Z0)，另一经纬仪机械点坐标为(L0,0,Z0)，数据一并读入控制中心；

水平位置计算，两个经纬仪同时照准某一标记点，两个机械点和一个标记点构成一三角形，投影到水平面上又形成一投影三角形，根据两个水平旋转角和两个机械点间的水平距离可得该三角形另两边的长度，进而根据建立的坐标系可知标记点的x，y值；

垂向位置计算，利用任一竖直面上的三角形和经纬仪的俯仰角均可计算出标记点的z值；

坐标转换，在数据导出前，若需将某一标记点作为不动点来处理，即将该点坐标设置为(0,0,0)，将其余所有标记点坐标值均对应减去该标记点的原始坐标值即可。

进一步，对于z值得求解包括：利用两个经纬仪，标记点以及标记点在水平面上的投影点，组成的直角三角形求解。

进一步，所述空间垂向分布点位置测量方法具体包括以下步骤：

(1)将标记点按照相同的间隔安装在探井侧壁上，连接至控制中心，根据场地条件将激光经纬仪架设好，调节高度至一致，两个机械点P₁、P₂在同一水平线上，用钢尺测量两个激光经纬仪机械转轴间的距离L₀；将两个激光经纬仪照准对方测得显示的水平角，将两个数据读入控制中心；

(2)旋转经纬仪利用望远镜照准标记点打开激光射线；

(3)微调镜筒方向使同轴激光照准在光敏传感器上，控制中心发出蜂鸣声，固定住经纬仪；

(4)测读两个激光经纬仪激光射到标记点D₃方向的射线在水平面上与L₀轴所在方向的夹角H₁和H₂，以及标记点D₃方向的射线的俯仰角V₁和V₂，数据读入控制中心；

(5)根据下式计算从机械点P₁到P₀的距离L₁和机械点P₂到P₀的距离L₂；

水平距离L₁＝L₀*sinH₂/sin(180°-H₁-H₂)

水平距离L₂＝L₀*sinH₁/sin(180°-H₁-H₂)……；

(6)然后根据下式计算标记点D₃的x，y坐标值：

X＝L₁*cosH₁

Y＝L₁*sinH₁……；

(7)根据下式计算投影点P₀至标记点D₃的垂向距离即标记点D₃的Z坐标值；

Z′＝L₁*tanV₁；

Z″＝L₂*tanV₂……；

(8)在控制中心的屏幕上显示Z′和Z″的值，相同的一个纵坐标值由两个不同的直角三角形求解，计算机中设定一允许误差值若|Z′—Z″|≤允许误差，则存储标记点的坐标值(x，y，z)若|Z′—Z″|≥允许误差，则将结果返回步骤(2)；

(9)经过验证的坐标值，存储在对应的标记点上。

本发明的另一目的在于提供一种所述的空间垂向分布点位置测量方法的空间垂向分布点位置测量系统，所述空间垂向分布点位置测量系统包括架设在测量点的两台能够与望远镜的照准轴同轴发出可见激光的激光经纬仪，功能为量测标记点与测量点间的水平角和俯仰角，为计算标记点位置提供原始数据；

控制中心内置有微型计算机，搭载有对应的光敏传感器显示装置；控制中心内设置有蜂鸣器；控制中心与两台激光指向仪和各标记点处光敏传感器连接，能够读取记录激光经纬仪的水平角和俯仰角，对光敏传感器的变化做出反应，自动计算标记点的位置坐标；

使激光经纬仪准确定位的光敏传感器安装组件，激光经纬仪的激光射线照射在光敏传感器上。

进一步，所述光敏传感器安装组件为L型支架，包括：

螺栓孔；

螺栓孔通过膨胀螺丝固定在墙上；

穿线孔、卡槽固定光敏传感器。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述空间垂向分布点位置测量方法的固定式测斜仪。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述空间垂向分布点位置测量方法的便携式测斜仪。

本发明提供的空间垂向分布点位置测量方法及系统，在探井侧壁安装好标记点装置(光敏传感器)，连接至控制中心，将架设好的两台激光经纬仪，瞄准对方计测水平角，同时利用卷尺测量两台激光经纬仪间距作为初始值来存储；然后将两台激光经纬仪瞄向同一标记点，打开激光射线，听到控制中心发出蜂鸣声，显示两台经纬仪的水平角度和初始值的差值及俯仰角，该结果直接反馈至控制中心，经过程序数据计算程序即可获得标记点的坐标值；其他点标记点后续只需转动激光经纬仪，同样的操作即可获得相应的坐标值；控制中心连接至电脑即可方便的导出各点对应的坐标值。在利用滑动式测斜仪或固定式测斜仪对深层土体位移监测方面，需要动用大型钻探机械，安装一定数量的测斜管等工程，而采用本发明只需在原有探井侧壁安装一定数量的光敏传感器，连接至地面上的控制中心，同时使用两台带有同轴激光的经纬仪即可完成测量工作，使工程量大大减少，而且不仅可应用在该工程上，类似的测量工作均可使用，比如在阴暗的隧洞内，在侧壁上选定一定数量的标记点，利用本发明的测量方法，对标记点的位置信息，进行间隔时间的连续测量，同样可以对隧道的变形起到很好的监测作用；增加光敏传感器来辅助确定标记点位置，可以解决目前无论是经纬仪还是全站仪在光线不佳的工作条件下无法很好的工作的问题，使得同轴激光射线照射在光敏传感器上时，通过控制中心发出提示，并且实时读取经纬仪上的水平角和俯仰角，提高了测量成功率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的空间垂向分布点位置测量方法流程图。

图2是本发明实施例提供的激光经纬仪概要图。

图3是本发明实施例提供的光敏传感器安装组件在侧壁的固定方式图解示意图。

图4是本发明实施例提供的利用本发明的测量方法测量探井壁某一标记点坐标值的说明图。

图5是本发明实施例提供的计算标记点坐标值的数据计算流程图。

图中：100、激光经纬仪；101、望远镜；102、同轴激光射线；103、水平线；120、控制中心；130、光敏传感器标记点；131、标记点支架；132、固定用螺栓孔；133、穿线孔；134、光敏传感器；135、卡槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的空间垂向分布点位置测量方法包括以下步骤：

S101：将标记点按照相同的间隔安装在探井侧壁上，连接至控制中心，根据场地条件将激光经纬仪架设好；

S102：将两个激光经纬仪照准对方测得显示的水平角，将两个数据读入控制中心；

S103：旋转经纬仪利用望远镜照准标记点打开激光射线；

S104：微调镜筒方向使同轴激光照准在光敏传感器上，此时听到控制中心发出蜂鸣声，固定住经纬仪；

S105：测读两个激光经纬仪激光射到标记点D₃方向的射线在水平面上与L₀轴所在方向的夹角H₁和H₂，以及标记点D₃方向的射线的俯仰角V₁和V₂，数据读入控制中心；

S106：计算从机械点P₁到P₀的距离L₁和机械点P₂到P₀的距离L₂；计算标记点D₃的x，y坐标值：计算投影点P₀至标记点D₃的垂向距离即标记点D₃的Z坐标值；

S107：在控制中心的屏幕上显示Z′和Z″的值，则存储标记点的坐标值(x，y，z)；经过验证的坐标值，存储在对应的标记点上。

本发明用于确定标记点的坐标值，激光经纬仪同轴发出的激光照射在标记点上的光敏传感器上后，控制中心能够感应到信号变化，同时激光经纬仪能够显示此时的水平角和俯仰角，将上述两个机构的功能进行耦合，数据统一记录在控制中心的储存芯片上:初始值设定机构，将两个经纬仪互相对照作为照准点，进行角度测量，将水平角的测量值设定为水平角初始值，同时规定其中一经纬仪机械点坐标为(0,0,Z0)，另一经纬仪机械点坐标为(L0,0,Z0)，数据一并读入控制中心；水平位置计算机构，两个经纬仪同时照准某一标记点，两个机械点和一个标记点构成一三角形，投影到水平面上又形成一投影三角形，根据两个水平旋转角和两个机械点间的水平距离可得该三角形另两边的长度，进而根据建立的坐标系可知标记点的x，y值。垂向位置计算机构，根据上述计算水平位置的方法，利用任一竖直面上的三角形和经纬仪的俯仰角均可计算出标记点的z值。坐标转换机构，在数据导出前，若需将某一标记点作为不动点来处理，即将该点坐标设置为(0,0,0)，只需将其余所有标记点坐标值均对应减去该标记点的原始坐标值即可。

本发明计算出标记点的x，y值，但对于z值得求解，有两种方法：第一种是利用1号经纬仪，标记点以及标记点在水平面上的投影点，组成的直角三角形求解；第二种方法是利用2号经纬仪，标记点以及标记点在水平面上的投影点，组成的直角三角形求解。控制中心在z值计算过程，两种方法均会采用，然后对结果进行校核，根据所设定的允许误差来决定是否返回计算结果。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

图2是说明激光经纬仪测量概要图；图3是说明标记点在护壁上的安装方式及光敏传感器在标记点的固定方法的图解；图4是说明利用该测量方法测量空间上标记点位置的方法图示；图5是计算标记点空间位置坐标的数据计算流程图。

本发明实施例的测量仪100如图2所示，是一种同轴激光经纬仪，包括能够与望远镜101的照准轴同轴发出可见激光102的激光指向仪，能够从测量仪100的机械点(望远镜101的旋转轴和水平旋转轴交叉点)P₁或P₂到标记点D₃的连线，在水平面的投影连线为L₁、L₂，两个连线的交点为P₀，L₀与L₁的夹角为H₁，L₀与L₂的夹角为H₂，从机械点P₁到标记点方向与L₁的夹角为V₁，从机械点P₂到标记点方向与L₂的夹角为V₂。

其中，控制中心内置有微型计算机，其上搭载了数据处理程序，另外还搭载有对应的光敏传感器显示装置。

在暗光下能够使激光经纬仪准确定位的光敏传感器安装组件(130)，当激光经纬仪(100)的激光射线(102)照射在光敏传感器(134)上时其电阻率发生改变，触动控制中心(120)的蜂鸣器发出蜂鸣声。只利用两台激光经纬仪(100)不用视距尺即可测量得标记点(D)到测量点(P1、P2)的距离、在坐标轴水平面上的水平角、竖向的俯仰角。其特征包括：根据两台激光经纬仪的测量点和标记点组成的三角形在水平面上的投影为三角形，可根据两个测量点间的距离求得另两边的长度。同理可求得测量点到标记点的距离。根据自动读入的两台激光经纬仪(100)测得的水平角和俯仰角，自动求得标记点的坐标值，并进行允许误差验证。用于将光敏传感器固定在标记点位置的L型支架，包括螺栓孔(132)通过膨胀螺丝固定在墙上、穿线孔(133)、卡槽(135)固定光敏传感器。

首先，将标记点按照相同的间隔安装在探井侧壁上，连接至控制中心，根据场地条件将激光经纬仪架设好(对于需要长期监测点最好设置监测墩)，调节高度至一致，保证两个机械点P₁、P₂在同一水平线上，用钢尺测量两个激光经纬仪机械转轴间的距离L₀，将两个激光经纬仪照准对方测得显示的水平角，将两个数据读入控制中心(步骤S1)。旋转经纬仪利用望远镜照准标记点打开激光射线(步骤S2)。微调镜筒方向使同轴激光照准在光敏传感器上，此时听到控制中心发出蜂鸣声，固定住经纬仪(步骤S3)。此时测读两个激光经纬仪激光射到标记点D₃方向的射线在水平面上与L₀轴所在方向的夹角H₁和H₂，以及标记点D₃方向的射线的俯仰角V₁和V₂，数据读入控制中心(步骤S4)。根据下面(1式)计算从机械点P₁到P₀的距离L₁和机械点P₂到P₀的距离L₂(步骤S5)。

水平距离L₁＝L₀*sinH₂/sin(180°-H₁-H₂)

水平距离L₂＝L₀*sinH₁/sin(180°-H₁-H₂)……(1)

然后根据下面(2式)计算标记点D₃的x，y坐标值(步骤S6)：

X＝L₁*cosH₁

Y＝L₁*sinH₁……(2)

根据下面(3式)计算投影点P₀至标记点D₃的垂向距离即标记点D₃的Z坐标值(步骤S7)

Z′＝L₁*tanV₁

Z″＝L₂*tanV₂……(3)

在控制中心的屏幕上显示Z′和Z″的值，相同的一个纵坐标值由两个不同的直角三角形求解，计算机中设定一允许误差值若|Z′—Z″|≤允许误差，则存储标记点的坐标值(x，y，z)若|Z′—Z″|≥允许误差，则将结果返回步骤S2(步骤S8)。

经过验证的坐标值，存储在对应的标记点上(步骤S9)。

同样的步骤对每一个标记点进行量测，得出一系列的标记点坐标值，经过一个长期连续的测量过程，可以将数据进行分析处理，得出土体的形变量，形变速率等信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。