仪器高量取装置和方法与流程

本发明涉及仪器高量取装置和方法，属于测量学技术领域。

背景技术：

目前，GPS技术以其全天候、实时性、高精度等优点广泛应用于各类工程建设和安全监测中，其静态定位精度可达到毫米级，随着科研人员的努力，其定位精度正逐渐提高。在高速铁路的建设中，CP0、CPⅠ、和CPⅡ控制网均采用了GPS测量，为了保持列车高速行驶条件下平顺性和舒适性的要求，测量精度要保持在毫米级的范围内。在GPS观测中，仪器高的量取是其中的一个环节，仪器高的精度影响了全网测量精度。全站仪三角高程测量由于具有施测速度快、不受地形限制等优点成为水准测量必要的补充，但目前三角高程测量存在的问题是精度低，而影响其精度的主要因素是仪器高和棱镜高的量取误差。

仪器高，是指仪器度盘中心到测站点的铅垂距离。测站点是指测量中仪器的对中点，仪器高的量取是测绘外业中的重要工作，仪器高的精度直接影响了最终测量结果。目前量取仪器高的通用方法是钢尺量距法，其理论精度约为2-3mm，实际操作中在各种因素的影响下其精度会更低，这在精密工程测量中是一个不能回避的因素，如何设法提高仪器高的量取精度是一个很重要的基础问题。

在全站仪导线测量、三角高程测量、地形图测绘、施工放样中，以及GPS静态观测、GPS水准测量中等方面，都需要量取仪器高。钢尺量距法是现行通用的仪器高量取方法，采用小钢卷尺量取，一般需要两个人完成测量，钢尺量距一般采用平距测量和斜距测量两种方法，其量取示意图如图1所示。图1中，O代表测站点，A代表仪器中心，B代表三脚架边线，平距测量法是测量与测站点O同一水平位置的到与A同一水平位置的的铅垂距离，平距法测量精度高但一般不易实行，因为与O及A同一水平位置的代替点不易确定。工程上一般使用的是斜距测量法，斜距测量法是沿OB所在直线量取仪器高，斜距测量误差较大，在斜距测量中产生的误差主要有：（1）尺起始端点未精确量至测站点，尺测量终点未精确量至仪器中心；（2）钢尺拉力不均匀引起的误差；（3）钢尺测量时倾斜引起的误差。由于以上过程均是人为操作，产生误差是不可避免的，并且误差会因观测者的改变而变化。有学者实验证明，使用全站仪量取的仪器高与理论值误差最少为3.5mm，且仪器高越低，高程误差越大。这些误差在精度较高的测量工作中有很大影响。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种仪器高量取装置和方法，其具体技术方案如下：

仪器高量取装置，包括三脚架和伸缩尺，所述三脚架包括三脚架平面板和三根支脚，三根支脚均与三脚架平面板铰链连接，三根支脚均匀分布三脚架平面板的底面，三根支脚将三脚架平面板支撑水平，所述三脚架平面板设置有水准气泡，所述三脚架平面板的下方设置有活动旋钮，所述活动旋钮包括螺旋杆和旋柄，所述螺旋杆和旋柄纵向贯通且中空，所述旋螺杆与三脚架平面板螺纹连接，并穿过三脚架平面板的中心进入仪器中，所述旋柄内部设置有两个限位块，两个限位块相对设置，均与旋柄内壁贴紧固定，两个限位块之间留有空隙，

所述伸缩尺包括连接柄、尺体和垂球，所述连接柄能够从两个限位块之间的空隙中伸入到旋柄内，并水平旋转后卡在限位块上，所述尺体能够抽拉伸缩，所述垂球设置在尺体的底端。

所述连接柄呈长条形状，所述连接柄的两端设置成半圆形状，连接柄的长度小于旋柄的内径，且大于两个限位块之间的水平距离，所述连接柄的宽度小于两个限位块之间的间隙。

所述尺体包括若干根套接在一起的尺本体，每个尺本体上均设有刻度。

所述活动旋钮与三脚架平面板之间设置有活动垫板，所述活动垫板中间设置有活动槽，所述活动旋钮贯穿在所述活动槽中。

仪器高量取方法，包括如下步骤：

步骤1：整平三脚架，将三脚架的三根支脚分开，站立在地面上，通过移动或伸缩三根脚架使三脚架水准气泡居中，使三脚架平面板处于水平状态；

步骤2：对中整平仪器，（a）整平，将测量仪器安装在三脚架平面板上，活动旋钮的螺纹杆穿过三脚架平面板与测量仪器螺纹连接，测量仪器被固定在三脚架平面板上，调节测量仪器微调螺旋使仪器水准气泡居中，此时仪器处于水平状态；（b）对中，在步骤（a）完成以后观察仪器中心是否与测站点重合，若不重合，拧开活动旋钮的螺纹杆，并在三角架平面板上水平移动仪器使两者重合；（c）对步骤（b）中操作引起的仪器水平状态发生变化，再次进行步骤（a）操作，步骤（a）与（b）不分先后反复进行，直至仪器处于测量学中的水平对中状态。

步骤3：步骤2完成合格以后，安装伸缩尺，将连接柄从两个限位块之间的间隙中插入到旋柄中，然后将伸缩尺水平旋转旋转一定角度，连接柄卡在限位块上，松开伸缩尺固定旋钮，伸缩尺在垂球作用下自然下垂状态，此时尺底端点应接触到测站点，读取伸缩尺的读数L，L则为活动旋钮限位块上平面至测站点的铅垂距离；

步骤4：量取仪器中心至三角架上平面的铅垂高度d，查取三脚架的参数，包括三脚架平面板自身高度z1，活动垫板的自身高度z2，活动垫板的下平面至活动旋钮限位块上平面的高度z3；

步骤5：计算仪器高，设z=z1+z2+z3，仪器高h= d+z+L，完成计算。

所述步骤1中，通过水准气泡调整三脚架平面板处于水平状态。

所述步骤2中，通过从仪器上方朝向垂直下方对中，视线穿过螺纹杆和旋柄实现仪器对中。

本发明的工作原理是：

本发明首先通过水准气泡将三脚架平面板调整水平状态，并使仪器对中整平，伸缩尺通过连接柄卡在旋柄内的限位块上，伸缩尺能够处于自然下垂状态，并且伸缩尺的下端抵触在测站点，进而量取活动旋钮至测站点的铅垂距离L，仪器中心至三脚架上平面的距离可以量出，三角架的相关构件部分可以直接获取，通过累加计算得出仪器高度。

本发明的有益效果是：

本发明，通过水准气泡能够快捷、准确将三脚架平面板调整到水平状态。

本发明便捷、简单、实用，在不影响现有三角架使用价值的基础上，通过在三脚架上增加水准气泡和改进三角架上的活动旋钮，并配合一种新设计的伸缩尺，将仪器高拆分为五个部分，提出一种高精度仪器高量取方法。

本发明能够直接通过更换三脚架的活动旋钮并配合伸缩尺就能实施。

本发明设计简单，技术难度低，费用低，测量精度高，并且易于普及。

本发明在仪器高所在空间位置直接测量的思路，减小了其它间接测量方法引起的不必要的误差。

本发明中伸缩尺设计简单，现有技术成熟，费用低。

本发明中测量仪器高可由一人单独完成，节省人员。

本发明在对仪器高量取精度要求高的工程中应用，也能够代替钢尺量距法普及下来。

附图说明

图1是两种钢尺量距法简化示意图，

图2是本发明的结构示意图，

图3是本发明中的旋柄结构示意图，

图4是本发明的伸缩尺结构示意图，

附图标记列表：1—仪器，2—三脚架平面板，3—活动垫板，4—活动旋钮，5—支脚，6—旋柄，7—限位块，8—连接柄，9—尺体，10—垂球，11—螺旋杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

结合附图可见，本仪器高量取装置，包括三脚架和伸缩尺，所述三脚架包括三脚架平面板2和三根支脚5，三根支脚5均与三脚架平面板2铰链连接，三根支脚5均匀分布三脚架平面板2的底面，三根支脚5将三脚架平面板2支撑水平，所述三脚架平面板2设置有水准气泡，所述三脚架平面板2的下方设置有活动旋钮4，所述活动旋钮4包括螺旋杆11和旋柄6，所述螺旋杆11和旋柄6纵向贯通且中空，并穿过三脚架平面板2的中心，所述旋柄6内部设置有两个限位块7，两个限位块7相对设置，均与旋柄6内壁贴紧固定，两个限位块7之间留有空隙。本发明三个支脚5将三脚架平面板2支撑站立在地面上，水准气泡用于使三角架平面水平，活动旋钮4用于连接固定安装在三脚架平面板2上的仪器1。

所述伸缩尺包括连接柄8、尺体9和垂球10，所述连接柄8能够从两个限位块7之间的空隙中伸入到旋柄6内，并水平旋转后卡在限位块7上，所述尺体9能够抽拉伸缩，所述垂球10设置在尺体9的底端。连接柄8插入到旋柄6中，尺体9被悬挂在三脚架水平板下方，通过尺体9自身重力作用达到测站点，实现尺体9测量不同高度，垂球10能够确保尺体9自然下垂。

所述连接柄8呈长条形状，所述连接柄8下平面水平，所述连接柄8的两端设置成半圆形状，所述连接柄8的长度小于旋柄的内径，但大于两个限位块7之间的水平距离，所述连接柄8的宽度小于两个限位块7之间的间隙。连接柄8的形状能够满足连接柄8能够插入到旋柄6与限位块7卡接，以及从旋柄6中取下来。

所述尺体9包括若干根套接在一起的尺本体，每个尺本体上均设有刻度。尺本体便于抽拉测量使用。

所述活动旋钮4与三脚架平面板2之间设置有活动垫板3，所述活动垫板3中间设置有活动槽，所述活动旋钮4贯穿在所述活动槽中。活动垫板3起到垫片的作用，同时，活动旋钮4能够在活动槽中移动，便于对中。

仪器高量取方法，包括如下步骤：

步骤1：整平三脚架，将三脚架的三根支脚分开，站立在地面上，通过移动或伸缩三根脚架使三脚架水准气泡居中，使三脚架平面板处于水平状态；

步骤2：对中整平仪器，（a）整平，将测量仪器安装在三脚架平面板上，活动旋钮的螺纹杆穿过三脚架平面板与测量仪器螺纹连接，测量仪器被固定在三脚架平面板上，调节测量仪器微调螺旋使仪器水准气泡居中，此时仪器处于水平状态；（b）对中，在步骤（a）完成以后观察仪器中心是否与测站点重合，若不重合，拧开活动旋钮的螺纹杆，并在三角架平面板上水平移动仪器使两者重合；（c）对步骤（b）中操作引起的仪器水平状态发生变化，再次进行步骤（a）操作，步骤（a）与（b）不分先后反复进行，直至仪器处于测量学中的水平对中状态。

步骤3：步骤2完成合格以后，安装伸缩尺，将连接柄从两个限位块之间的间隙中插入到旋柄中，然后将伸缩尺水平旋转旋转一定角度，连接柄卡在限位块上，松开伸缩尺固定旋钮，伸缩尺在垂球作用下自然下垂状态，此时尺底端点应接触到测站点，读取伸缩尺的读数L，L则为活动旋钮限位块上平面至测站点的铅垂距离；

步骤4：量取仪器中心至三角架上平面的铅垂高度d，查取三脚架的参数，包括三脚架平面板自身高度z1，活动垫板的自身高度z2，活动垫板的下平面至活动旋钮限位块上平面的高度z3；

步骤5：计算仪器高，设z=z1+z2+z3，仪器高h= d+z+L，完成计算。

所述步骤1中，通过水准气泡调整三脚架平面板处于水平状态。

所述步骤2中，通过从仪器上方朝向垂直下方对中，视线穿过螺纹杆和旋柄实现仪器对中。通过本发明方法，能够提高仪器高度测量的准确性，减少误差。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。