一种用于gnss精确快速测量高程的设备及方法
【专利摘要】一种用于GNSS精确快速测量高程的设备及方法，包括用于测量地理坐标的GNSS天线和GNSS接收机、用于支撑GNSS天线以及确定待测点的对中杆，所述GNSS天线的相位中心为信号接收点，所述对中杆与GNSS天线位于同一条垂线上，还包括用于测量所述设备运动状态的重力加速度模块，测量所述设备与竖直方向的夹角的倾角测量模块，位于GNSS天线底部用于测量GNSS天线底部与待测点之间的距离的激光测距模组。本发明通过重力加速度模块、倾角测量模块和两激光测距模组快速精确地测量出GNSS天线底部到地面的距离，然后通过计算装置快速补偿并最终确定待测点的高程，与传统方式比反应速度快，精度高，提高了工程作业的质量和效率。
【专利说明】一种用于GNSS精确快速测量高程的设备及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于GNSS精确快速测量高程的设备及方法。
【背景技术】
[0002] 传统的GNSS测量装置主要包括GNSS天线、GNSS接收机以及用于支撑GNSS天线的 对中杆和测高片。传统技术中将对中杆放置到待测点上，并确保对中杆和地平面绝对的水 平（观测水泡物理居中）再由高精度GNSS接收机得到高精度坐标，得到的坐标为GNSS天 线相位中心所处位置的坐标，而不是待测点的坐标。想要得到待测点坐标就要将相位中心 的坐标转换为待测点的坐标，最终待测点的高程信息=GNSS接收机测到的高程-H(相位中 心到测高片的距离）-Ah;其中Η为固定值不会引入误差，Ah是变值，一般为使用卷尺测 量得到的地面到测高片之间的距离。
[0003] 误差的引入：
[0004] 1、对中杆与地面非垂直状态
[0005] 当对中杆处于非对中状态，测试点和待测点会由于天线相位中心的投影造成测量 的误差，如果地面不平，则直接影响高程的精度；通过卷尺测量得到的Λ h也引入了误差， 应该是Ahn = Ah*cosc〇 ;同样也引入了误差。
[0006] 2、由于地面松软程度的问题，对中杆对中点在不同时刻插入地面的深浅程度不一 致导致误差
[0007] 对中杆和设备都有一定的重量，对中杆底部是尖头金属设计，如果测试不小心，会 导致对中杆插入的深浅状态不一致，从而导致引入高程误差。
[0008] 3、Ah测量引入的误差
[0009] 由于Ah采用的是卷尺测量，卷尺的测量精度误差在±2mm，同样引入了测量的误 差。
【发明内容】
[0010] 为解决现有技术的不足，本发明提供一种能够精确快速测量高程的GNSS设备和 相应的测量方法。
[0011] 本发明提供的技术方案为：
[0012] 一种用于GNSS精确快速测量高程的设备，包括用于测量地理坐标的GNSS天线和 GNSS接收机、用于支撑GNSS天线以及确定待测点的对中杆，所述GNSS天线的相位中心为信 号接收点，所述对中杆与GNSS天线位于同一条垂线上，还包括用于测量所述设备运动状态 的重力加速度模块，测量所述设备与坚直方向的夹角的倾角测量模块，位于GNSS天线底部 用于测量GNSS天线底部与待测点之间的距离的激光测距模组。
[0013] 优选的是，所述重力加速度模块为三轴重力加速度模块。
[0014] 优选的是，所述激光测距模组为两组。
[0015] 优选的是，两激光测距模组相对于对中杆对称。
[0016] 优选的是，所述GNSS天线的相位中心到GNSS天线底部的距离为H，两激光测距模 组测量的到地面的距离值分别为L1和L2,所述对中杆与坚直方向的夹角为ω ;
[0017] 最终待测点的高程=GNSS接收机测量高程-Η - (Ll*cosc〇+L2*cosc〇)/2。
[0018] 优选的是，当所述重力加速度模块判断GNSS接收机处于运动状态时，发出一禁止 信号，所述设备不工作；当所述重力加速度模块判断GNSS接收机处于静止状态时，发出一 允许信号，所述设备的GNSS接收机获取经度、纬度和高程数据，同时所述倾角测量模块、激 光测距模组工作。
[0019] 本发明的有益效果：本发明通过两激光测距模组快速精确地测量出GNSS天线底 部到地面的距离，然后通过计算装置快速补偿并确定最终待测点的高程，与传统方式比系 统反应速度快，精度高，提高了工程作业的质量和效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为现有技术的GNSS测1?方式不意图；
[0021] 图2为本发明的GNSS设备原理示意图；
[0022] 图3为本发明的GNSS设备倾斜状态示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0024] 如图1所示，传统的GNSS测量方式需要将测量装置坚直放置，再通过人工测量测 高片到地面的距离，然后换算得到待测点的高程，这样会引入大量误差，具体地已经在背景 技术中说明，此处不再重复说明。
[0025] 如图2和图3所示，一种用于GNSS精确快速测量高程的设备，包括用于测量地理 坐标的GNSS天线2以及GNSS接收机、用于支撑GNSS天线2以及确定待测点1的对中杆 5,所述GNSS天线2的相位中心为信号接收点，所述对中杆5与GNSS天线2位于同一条垂 线上，还包括用于测量所述设备运动状态的重力加速度模块3,测量所述设备与坚直方向的 夹角的倾角测量模块6 (其中重力加速度模块3和倾角测量模块6可以为一个整体的模块， 本发明为了叙述得更清楚将其拆分为两个模块进行说明），位于GNSS天线2底部用于测量 GNSS天线2底部与待测点1之间的距离的激光测距模组4,其中所述重力加速度模块3为 三轴重力加速度模块。
[0026] 本发明采用两组激光测距模组4,分别位于对中杆5两侧并对称于对中杆5,这样 方便计算。激光测距模组4的数量可根据不同场合情况设置，同时激光测距模组4到对中 杆的距离也可不相等，只要进行相应的比例换算即可。
[0027] -种用于GNSS精确快速测量高程的方法，在设备工作时，重力加速度模块3通过 重力感应的数值判断本设备是否处于稳定状态，若处于不稳定状态时，则测量装置不启动； 当重力加速度模块3判断系统处于稳定状态时，设备开机工作，GNSS接收机获取经度、纬度 和高程的数据，同时所述倾角测量模块、激光测距模组工作。
[0028] 将所述GNSS天线2的相位中心到GNSS天线2底部的距离设为H，Η为固定值；两 激光测距模组4测量的到地面的距离值分别为L1和L2,所述倾角测量模块测量的对中杆与 坚直方向的夹角为ω，最终得到的高程为：
[0029] 最终待测点的高程=GNSS接收机测量高程-Η - (Ll*cos ω +L2*cos ω) /2。
[0030] 本发明的倾角测量模块的测量精度为0. 05度，激光测距模组的测量精度为5m以 内0. 5mm，采用该方式，大大降低了 Ah(即GNSS电线底部到待测点之间的距离，为可变值） 引入的误差，本发明经过实际验证，在倾角±25度内，最大引入的误差仅仅为2mm，而未采 用该专利技术由于对中杆与地面非垂直状态、由于地面松软程度的问题，对中杆对中点在 不同时刻插入地面的深浅程度不一致、Ah测量引入的误差超过了 10mm。本发明的倾角测 量模块测量的对中杆与坚直方向的夹角ω与引入误差Dh之间的关系表如下：
[0031]
[0032]
【权利要求】
1. 一种用于GNSS精确快速测量高程的设备，包括用于测量地理坐标的GNSS天线和 GNSS接收机、用于支撑GNSS天线以及确定待测点的对中杆，所述GNSS天线的相位中心为信 号接收点，所述对中杆与GNSS天线位于同一条垂线上，其特征在于 ： 还包括用于测量所述设备运动状态的重力加速度模块，测量所述设备与坚直方向的夹 角的倾角测量模块，位于GNSS天线底部用于测量GNSS天线底部与待测点之间的距离的激 光测距模组。
2. 根据权利要求1所述的用于GNSS精确快速测量高程的设备，其特征在于： 所述重力加速度模块为三轴重力加速度模块。
3. 根据权利要求1所述的用于GNSS精确快速测量高程的设备，其特征在于： 所述激光测距模组为两组。
4. 根据权利要求3所述的用于GNSS精确快速测量高程的设备，其特征在于： 两激光测距模组相对于对中杆对称。
5. -种用于GNSS精确快速测量高程的方法，其特征在于： 所述GNSS天线的相位中心到GNSS天线底部的距离为H，两激光测距模组测量的到地面 的距离值分别为L1和L2,所述对中杆与坚直方向的夹角为ω ; 最终待测点的高程=GNSS接收机测量高程-Η - (Ll*C〇s ω +L2*cos ω) /2。
6. 根据权利要求5所述的用于GNSS精确快速测量高程的方法，其特征在于： 当所述重力加速度模块判断GNSS接收机处于运动状态时，发出一禁止信号，所述设备 不工作； 当所述重力加速度模块判断GNSS接收机处于静止状态时，发出一允许信号，所述设备 的GNSS接收机获取经度、纬度和高程数据，同时所述倾角测量模块、激光测距模组工作。
【文档编号】G01C5/00GK104297771SQ201410608871
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】赵翔, 李仁德 申请人:广州吉欧电子科技有限公司