一种用于仪器高测量的觇标支架及其应用的制作方法

本申请涉及测距设备领域，特别是涉及一种用于仪器高测量的觇标支架及其应用。

背景技术：

在全站仪或GPS等仪器的测量过程中，测量标志点一般都在地面上，仪器架设在标志点的正上方一般不超过2m处。但是，在一些特种工程项目中，如竖井测量，在隧道里的测量标志点为了与地面上的测量标志点进行联系测量，需要将在隧道里面的测量标志点沿铅锤方向向上投射，这时仪器就架设在地面上或者建筑物的房顶上，此时，为了进行高程基准传递，需要精确量取地面或者房顶的仪器到隧道里面测量标志点之间的高度，即仪器高。通常，仪器的安装方式为，将三爪基座固定在地面或房顶的三脚架上，然后再将仪器安装在基座上；因此，测量仪器高通常测量的是基座高，即基座到隧道里面测量标志点之间的高度，基座高加上仪器本身的中心高度即仪器高，而每个仪器的中心高度是已知并且固定的，因此，测得基座高实际上就获得了仪器高。

对于基座高或仪器高的量取，最常用的是钢卷尺测量，但是卷尺本身刻画精度很低，而且，受温度及重力影响，卷尺长度方向的变形较大，因此，在要求不高的情况下可以采用钢卷尺量高；但是，在高程精密测量过程中，需要精确量取基座高，则不能使用卷尺。对于精确量取，在较短基座高的情况下，通过采用自制的经过精密标定的固定长度的长杆或卡尺等工具进行，其精度可以达到0.02mm。而在基座高较大，特别是对于一些超大高度基座高的精确量取，目前采用的是铟瓦线测量的方法，铟瓦线最大的优点就是受温度影响较小；但是尽管如此，基座高的量取受读数误差、重力改正误差、线长标定误差等影响，同时，对于不同高度的基座高，需要准备合适长度的铟瓦线，这对实际工作很不方便。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种结构改进的用于仪器高测量的觇标支架及其应用。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种用于仪器高测量的觇标支架，包括支架杆1、支架底座2、三爪连接扣3和基准件，支架杆1垂直竖立于支架底座2的上表面21，三爪连接扣3固定于支架底座2的下表面22，基准件固定安装于支架底座2的空腔结构内，并且，基准件具有一个容纳并固定激光跟踪仪反射球的锥窝，反射球固定在该锥窝后，反射球的球心与底座2的下表面22在同一平面上。

优选的，支架杆1与三爪连接扣3的中心线同轴。需要说明的是，本申请的觇标支架，如果仅仅是测量基座高或者仪器高，其中支架杆1是可以去掉的，这样觇标支架就只能用于基座高或者仪器高的测量，而保留支架杆1则可以保留觇标支架本身的功能和用途。

需要说明的是，本申请的关键在于，在现有的觇标支架的基础上，增加一个基准件，以方便将激光跟踪仪的反射球固定在觇标支架上，并且，根据大量的试验和研究，提出基准件的锥窝结构为，安装反射球后反射球的球心与支架底座的下表面在同一平面上。可以理解，本申请的基准件，其主要作用和目的就是容纳安装激光跟踪仪的反射球，只要能够容纳安装反射球，并且使得反射球安装后球心与支架底座的下表面在同一平面上并且反射球的球心在三爪扣的中心线上即可，至于其具体结构，可以根据不同的使用需求而定。但是，本申请的一种优选方案中，考虑到和觇标支架结合，对基准件的结构进行了特别限定，这将在后续的方案中详细说明。

还需要说明的是，觇标支架其本身的功能是用于放置观察物，而本申请改进后的觇标支架，由于增加了可以容纳安装反射球的基准件，使得本申请的觇标支架增加了一项新的功能，即可以用于基座高或仪器高的测量。本申请的觇标支架之所以可以用于基座高或仪器高的测量，还有一个关键因素，即本申请的觇标支架具有和仪器相同的三爪连接扣，因此，使用时将本申请的觇标支架安装到三爪基座上，与基座精密配合，其测量的基座高，跟仪器安装在三爪基座上的高度一致，测量获得基座高后加上仪器本身的中心高度，即仪器高。测量获得基座高或仪器高后，将觇标支架取下，再将仪器安装到三爪基座上即可。

本申请改进后的觇标支架，将激光跟踪仪引入到仪器高的测量中，充分利用激光跟踪仪测距精度高的优点，保障了仪器高测量的准确性。

优选的，本申请的基准件中，其锥窝，在反射球固定在该锥窝后，反射球的球心与支架杆1同轴。

优选的，基准件包括方板基板41和圆板42，方板基板41固定在底座2的空腔结构内，方板基板41具有一个梯形空腔；圆板42固定安装于方板基板41的梯形空腔内，圆板42的中心具有一个锥窝，该锥窝即用来容纳并固定激光跟踪仪的反射球。

优选的，圆板42的圆锥形槽内固定有磁性元件，通过磁性元件吸附固定激光跟踪仪的反射球。

需要说明的是，通过磁性元件吸附固定激光跟踪仪的反射球，是最简单有效的方式，即不增加额外的结构构造，也方便装取。

优选的，基准件还包括圆片43，圆片43固定焊接于底座2空腔结构的内侧顶壁上，圆片43具有一个与觇标杆1同轴的向下的外螺纹柱B1，方板基板41通过外螺纹柱B1固定安装于底座2的空腔结构内。

需要说明的是，本申请中圆片43的作用是，避免外螺纹柱B1直接顶在支架底座2内部顶面上，对支架杆1产生影响，因此，增加一个圆片43，外螺纹柱B1直接顶在圆片43上。

还需要说明的是，本申请的基准件，其目的就是将激光跟踪仪的反射球准确的安装到觇标支架上，只要能够达到此目的即可；而方板基板、圆板、圆片等具体结构只是本申请优选的一种具体实现方式。

本申请的另一面公开了本申请的觇标支架在基座高或仪器高测量中的应用；特别是，在竖井、隧道等超大基座高或仪器高测量中的应用。

本申请的再一面公开了一种用于超大基座高或仪器高测量的装置，包括激光跟踪仪和本申请的觇标支架，激光跟踪仪的反射球可拆卸的固定安装于觇标支架的基准件中。

本申请的有益效果在于：

本申请的用于仪器高测量的觇标支架，利用特殊设计的基准件将激光跟踪仪的反射球安装在觇标支架上，实现激光跟踪仪对天量取基座高的功能，从而保障了仪器高测量的准确性，为超大高度的仪器高的精确测量提供了一种新的设备和途径。

附图说明

图1是本申请实施例中用于仪器高测量的觇标支架的结构示意图；

图2是图1所示结构示意图中D-D方向的切面图；

图3是本申请实施例中用于仪器高测量的觇标支架中，方板基板的结构示意图；

图4是本申请实施例中用于仪器高测量的觇标支架中，方板基板的纵切面图；

图5是本申请实施例中用于仪器高测量的觇标支架中，圆板的结构示意图；

图6是本申请实施例中用于仪器高测量的觇标支架中，圆板的纵切面图；

图7是本申请实施例中用于仪器高测量的觇标支架中，圆片的结构示意图，其中，A图为圆片的正视图，B图为圆片的侧视图。

具体实施方式

基座高或仪器高的测量通常采用卷尺或铟瓦线，卷尺通常用于一些精度要求不高的较短的基座高或仪器高的测量，而铟瓦线通常用于一些精度要求高的超大基座高或仪器高的精确测量。虽然铟瓦线也可以应用于超大基座高或仪器高的测量，但是，铟瓦线仍然存在读数误差、重力改正误差、线长标定误差，并且测定不同的基座高或仪器高，需要采用适合长度的铟瓦线，使用极其不便。为此，本申请研究并提出了一种结构改进的觇标支架，利用本申请的觇标支架，可以将激光跟踪仪引入到基座高或仪器高的测量中，从而保障了特别是超大基座高或仪器高测量的准确性。

可以理解，本申请的觇标支架是特别针对超大基座高或仪器高的测量而设计的，但是，其并不只限用于超大基座高或仪器高的测量，其它普通的基座高或仪器高的测量同样可以采用本申请的觇标支架，并且，本申请的觇标支架由于引入激光跟踪仪，具有更高的准确性。此外，本申请采用激光跟踪仪测量基座高或仪器高，相比铟瓦线的测量方法，无需考虑读数误差、重力改正误差、线长标定误差等影响，基座高或仪器高的量取精度比铟瓦线的精度高；并且，只要在激光跟踪仪测距量程内的基座高或仪器高量取，都可以采用本装置。

需要说明的是，对于一般的工程测量，不需测量基座高或者不需要精确测量基座高。而特种的工程项目比较少，因此，一直沿用以前常用的铟瓦线测量的方法，铟瓦线测量最大的优点就是，线垂能保证是一个绝对铅锤，因此测得的仪器高能够保证是铅锤方向的高度。本申请采用改进的觇标支架结合激光跟踪仪进行基座高或仪器高的测量，虽然测量距离更加准确，但是却无法像铟瓦线测量那样保证绝对铅锤。对此，本申请的优选方案中，利用激光跟踪仪检验投点对中的精度，如果完全对中，则在理想情况下激光跟踪仪测得的反射球的平面坐标在仪器水平坐标系下应为(0,0)，从而保障激光跟踪仪测量的距离是垂直距离而非斜距，达到绝对铅锤的效果。

下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。

实施例

本例的用于仪器高测量的觇标支架如图1和图2所示，包括支架杆1、支架底座2、三爪连接扣3和基准件，支架杆1垂直竖立于支架底座2的上表面21，三爪连接扣3固定于底座2的下表面22，基准件固定安装于底座2的空腔结构内，并且，基准件具有一个容纳并固定激光跟踪仪反射球5的锥窝，反射球5固定在该锥窝后，反射球5的球心与底座2的下表面22在同一平面上，反射球5的球心与支架杆1同轴。具体的，基准件由圆片43、方板基板41和圆板42组成，如图7所示，圆片为以圆形的金属片，圆片43固定焊接于底座2空腔结构的内侧顶壁上，圆片43具有一个与支架杆1同轴的向下的外螺纹柱B1，方板基板41通过外螺纹柱B1固定安装于底座2的空腔结构内；如图3和图4所示，方板基板41具有一个梯形空腔，方板基板41的中心具有内螺纹，与外螺纹柱B1配合固定于底座2的空腔结构内，方板基板41按照图4的方向安装于底座2的空腔结构内，安装后的结构如图2所示；圆板42如图5和图6所示，圆板42的中心具有一个锥窝，该锥窝即用来容纳并固定激光跟踪仪的反射球，圆板42通过螺钉421固定安装于方板基板41的梯形空腔内，装配结构如图2所示，圆板42的圆锥形槽内固定有磁性元件，通过磁性元件吸附固定激光跟踪仪的反射球5。

本例的觇标支架，通过其基准件将激光跟踪仪的反射球吸附在觇标支架上，可以采用激光跟踪仪进行基座高的测量，激光跟踪仪具有准确性好和精度高等优点，因此，特别适用于超大基座高的测量。

本例采用的激光跟踪仪为Leica公司的AT40X系列的激光跟踪仪，该激光跟踪仪能够对天测量，并且精度较高。使用时，在进行隧道里面基准点A到房顶基座高的量取时，将本例改装后的觇标支架安置在房顶的基座上，激光跟踪仪架设在隧道里面的基座点A正上方适合高度处，激光跟踪仪调整水平后，此时激光跟踪仪对准正上方的房顶觇标支架底部的0.875inch的反射球B，测量其坐标(X_B，Y_B，Z_B)，同时，激光跟踪仪对准隧道里面另一基准点C(X_C，Y_C，Z_C)，即可得出B与C之间的高差H_BC＝Z_B-Z_C。此时将跟踪仪移到旁边设站，测量A与C之间的高差H_AC＝Z_A-Z_C。最终，就可以得到B与A之间的高差H_BA＝H_BC-H_AC，即基座高。在测量基座高后，将本例的觇标支架取下，安装上仪器，如全站仪或GPS，由基座高加上全站仪或GPS的中心高度，即全站仪或GPS的仪器高。其中，每台全站仪或GPS的中心高度，即仪器底板到仪器中心的距离，是一个固定常数，测量的基座高加上该固定常数即仪器高。

此外，利用本例的觇标支架，配合激光跟踪仪，还能检验投点对中的精度，激光跟踪仪架设于隧道标志点正上方适合高度处，激光跟踪仪的反射球固定于觇标支架上，若是完全对中，则在理想情况下激光跟踪仪测得的反射球的平面坐标在仪器水平坐标系下应为(0,0)，根据激光跟踪仪获取的反射球平面坐标即可得到投点对中偏差。

需要说明的是，基座的投点对中是采用专用的投点仪来进行的，对于短距离的投点对中，投点仪能保证很高的精度，但是对于超大距离的投点对中，这个需要操作人员具有较高的技巧，因此，采用用本例的觇标支架配合激光跟踪仪来检核超大距离的投点对中情况。采用激光跟踪仪来检核超大距离的投点对中，有一个关键步骤就是，激光跟踪仪架设在隧道的时候必须要保证架设在标志的点上方，由于架设高度一般在1.5m左右，用投点仪就可以保证，即先用投点仪将基座对中，然后将投点仪从基座上取下，将激光跟踪仪放在基座上，这样就能保证激光跟踪仪架设在隧道标志的正上方了。

还需要说明的是，对于隧道里面的标志点，需要将其投射到地面或房顶上进行观测，那么在地面或房顶架设仪器基座时，首要的是基座的中心要刚好铅锤对中到隧道里面标志点的中心，后续才量取基座高。如果房顶的基座中心铅锤向下不在隧道标志点的中心，比如偏了1mm，那么在房顶的仪器观测时，就包含有这1mm的固定误差。而采用本例的觇标支架配合激光跟踪仪，一方面可以很好的对投点对中的精度进行检验，减小甚至避免固定误差，另一方面保障了基座高或仪器高测量的准确性。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。