一种GPS辅助精密水准测量设备的制作方法

本实用新型涉及精密水准测量技术领域，具体涉及利用GPS的实时定位功能辅助测量的精密水准仪。

背景技术：

精密水准测量对国家的基础建设、国防军事、震害防御等都具有十分重要的意义。精密水准测量通常是指国家规定的二等及以上等级的水准测量，其部分测量技术规范如表1。

表1水准测量观测的视线长度、视距差、视线高度的要求(m)

精密水准测量实施过程中，通常由于受到个各种规范要求导致测量效率降低，例如前后视距差小于1m，采用通常的步测难以达到要求，需要重新设站，而采用测绳效率又比较低。更难把握的是当测区比较复杂时，视线高度要求增加了测量的难度，经常需要多次设站，这就大大降低了测量效率。因此，如何能快速获取水准仪、前后测尺之间的相对位置信息就显得非常重要。

但是，现有的水准仪做到快速获取精密水准测量过程中水准仪、前后测尺之间的相对位置。例如，授权公告号为CN 205403772 U的实用新型专利公开了一种带有定位功能的水准仪，这种水准仪仅仅在普通的水准仪上增加了GPS定位器，方便在丢失后找回水准仪。但是，除了方便在丢失后找回水准仪，本质上与普通的水准仪无太大差别，无法快速获取水准仪、前后测尺之间的相对位置信息。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足之处，本实用新型提供一种GPS辅助测量的精密水准仪，它能快速获取精密水准测量过程中水准仪、前后测尺之间的相对位置，为水准测量实施提供空间信息，提高精密水准测量效率。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种GPS辅助精密水准测量设备，包括底盘、水准仪和水准尺，水准仪固定在底盘上，水准尺分为前尺和后尺，其特征在于：水准仪上设有GPS定位设备以及与GPS定位设备连接的通讯设备；前尺和后尺上均设有GPS定位设备以及与GPS定位设备连接的通讯设备；所述的三个通讯设备之间均通过无线连接。

优选的，所述的水准仪包括显示器，显示器与所述水准仪上的通讯设备连接。显示器能够直观地显示测量及计算结果。

优选的，所述的前尺和后尺均设有显示器，两个显示器分别与所述前尺和后尺上的通讯设备连接。显示器能够直观地显示测量及计算结果。

优选的，所述前尺和后尺的显示器分别安置在两个水准尺1.5米处的侧面，便于观看显示的内容。

优选的，所述水准仪上的GPS定位设备固定在水准仪的定位盒中。

上述GPS辅助精密水准测量设备按照以下步骤实现快速获取精密水准测量过程中水准仪、前后测尺之间的相对位置：

(1)当准备测量时，仪器设备全部开启GPS功能和通讯功能；

(2)利用GPS定位设备可以快速计算出任意两点的坐标矢量，计算出：前后尺的距离和高差，仪器和前后尺之间的距离以及高差；

(3)开始测量时，后尺点位置是固定的，水准仪和前尺向前移动；此时，利用GPS定位设备可以实时计算水准仪和前后尺之间的相对位置信息：水准仪和测尺上实时显示距离前后尺的距离以及仪器同后尺点的高度变化；

(4)当水准仪位置确定后，后尺位置可以根据位置信息快速确定合适范围，然后放置水准尺；

(5)精密水准测量最后一测站的前尺和后尺的位置是固定的，水准仪可以根据相对位置信息快速确定合适范围，然后安置水准仪进行观测。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：(1)能够快速获取水准仪、前后测尺之间的距离信息，可以快速架设仪器设备；(2)能够快速获取水准仪、前后测尺之间粗略高差，为判断设站是否满足规范要求提供信息支持；(3)当遗失或者被盗时，可以根据GPS定位信息快速找寻，减少损失。

附图说明

图1为一种GPS辅助精密水准测量设备的整体结构示意图。

图2为利用GPS辅助精密水准测量设备进行精密水准测量的示意图。

图3为GPS测量、数据链及数据处理示意图。

图4为水准仪、前尺和后尺的显示器显示内容示意图。

图中标号：1、数字水准仪；101、GPS天线；102、显示器；103、物镜；104、物镜调焦螺旋；105、微动螺旋；106、脚螺旋；107、手柄；108、圆水准器；109、目镜；1010、键盘；1011、对准准星；2、后尺；201、GPS天线；202、显示器；203、尺垫；3、前尺；301、GPS天线；302、显示器；303、尺垫；4、底盘。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，一种GPS辅助精密水准测量设备，包括带有通讯功能和GPS定位功能的水准仪1、带有通讯功能和GPS定位功能的后尺2、带有通讯功能和GPS定位功能的前尺3、底盘4。GPS定位设备和通讯设备均采用现有的，分别安装在水准仪1、后尺2和前尺3上即可。

所述水准仪1固定在底盘4上，所述水准仪带有显示器102且内部有蓄电池；所述水准仪上的GPS设备101固定在水准仪定位盒中，所述水准仪的通讯设备连接定位盒和显示器102。所述水准仪1带有圆水准器108，圆水准器108的整平可通过脚螺旋106的旋转来调整。所述水准仪1带有望远镜，望远镜由目镜109和物镜103组成，目镜109可以调焦看清十字丝，物镜109通过调焦螺旋104调整清晰影像。所述水准仪1带有键盘1010，键盘1010安置在目镜侧面。所述水准仪1上方有手柄107，手柄107上安置有瞄准用的准星1011，可以初略瞄准水准尺，精确对准需要使用微调螺旋105调整。

所述前尺3和后尺1为相同的水准尺。

所述前尺3立在尺垫303上或者水准点上，所述水准尺上的GPS设备301固定在水准尺的定位盒中，所述水准尺上的显示器302安置在水准尺离地1.5米处的侧面，所述水准尺的通讯设备链接GPS设备301和显示器302。

所述后尺2立在尺垫203上或者水准点上，所述水准尺上的GPS设备201固定在水准尺的定位盒中，所述水准尺上的显示器202安置在水准尺离地1.5米处的侧面，所述水准尺的通讯设备链接GPS设备201和显示器202。

如图2～4所示，上述的GPS辅助精密水准测量设备在使用时，精密水准测后尺2已经固定，假设为B尺。前尺3暂时不固定位置，假设为A尺。在进行观测前，GPS和数据链均为开启状态。

利用GPS天线接收卫星观测数据，A、B尺的观测数据通过数据链发送给仪器处理中心，同时仪器上的GPS天线接收的观测数据也传输给处理中心。利用这些观测量可以计算出仪器到A、B尺坐标增量：

式中坐标系为高斯坐标系，x,y为平面坐标，H为高程。利用公式(1)和(2)中的平面坐标增量可以计算仪器到A、B尺的平面距离：

至此，DOA、DOB、HOA和HOB已经获取。数据处理结果通过数据链发送给A、B尺，仪器以及A、B尺上的显示器显示出计算结果，如图4所示内容。水准仪的架设可以通过计算结果HOB确定高度，假设HOB＝0.378，由于B点位置偏高，可以将仪器适当架高一点。前尺A点根据计算结果DOA和DOB寻找合适位置架设，尽量使两者的数值相等。

当仪器架设完成后就可以进行水准观测了。