用于施工过程的北斗/GNSS高精度快速定位设备及方法与流程

本发明涉及建筑施工技术领域，特别涉及一种用于施工过程的北斗/gnss高精度快速定位设备及方法。

背景技术：

现有施工测量还是基于传统的“累积测量”模式，即便用最先进的光学/激光测量设备，总是存在多次转换、累进。随着施工域不断扩大、变高，必然存在精度误差变大的现象，从而影响建筑物的使用功能。

由此可见，引入新的测量技术，改变传统的利用单一光学测量定位的思路，在施工域建立相对稳定的高精度移动控制场，是实现施工过程数字化的充要条件。

对于在测绘领域普遍应用的卫星高精度定位测量技术，虽然可在施工前期控制网布设和结构变形监测中应用，但在施工期间难以大范围推广。主要原因与施工现场干扰源过多、多路径效应明显对卫星定位的精度和时效性提出了极高要求有关。因此，具有实时定位功能的gnssrtk技术因其定位精度最高仅能达到cm级，无法在施工过程进行精度控制。

本发明专利综合考虑施工现场的空间特征、干扰较多、多路径效应明显等特征，在传统卫星静态快速定位基础上，对观测设备、观测方法和高精度定位算法进行优化，从而实现施工过程北斗/gnss卫星快速、高精度定位。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种抗干扰能力强、测算定位速度快、定位精度高的用于施工过程的北斗/gnss高精度快速定位设备及方法。

技术方案：

一种用于施工过程的北斗/gnss高精度快速定位设备，其特征在于，包括支座，支座上方设有调平装置，调平装置由底盘、顶盘、以及底盘、顶盘之间的连接杆组成；调平装置上方设有电子气泡、震动检测设备、激光测距设备以及棱镜；调平装置的顶部设有卫星信号接收机；激光测距仪、棱镜设于调平装置、卫星信号接收机之间。

本发明的进一步改进在于，当支座为中空的管状结构时，支座内填充有砂，用于基坑监测等须持续监测的项目，调平装置中心上方设有强制对中调平装置，震动检测设备、电子气泡设于强制对中的周围，激光测距仪、棱镜设于强制对中、卫星信号接收机之间；当支座为三角架，作为现场快速测量、定位使用，测距设备以及棱镜上下位置可互换。

一种用于施工过程的北斗/gnss高精度快速定位方法，具体步骤为：

1）北斗/gnss高精度定位设备中卫星信号接收器，接收北斗卫星及其他卫星信号；激光测距仪504）测量测量两个高精度定位设备的水平距离；震动检测设备测量施工震动；

2）计算机输入计算参数；

3）传数据：无线传输设备自动将卫星接收机1接受的卫星信号、激光测距仪测量的水平距离d）、震动监测仪测量的施工震动数据发送至计算机；

4）计算机读取卫星信号数据进行计算，通过短基线静态快速定位，计算监测点坐标；

5）分析计算结果，通过施工过程北斗/gnss高精度快速算法，过滤施工干扰引起的不合理数据波动，求平均后获得卫星定位设备的坐标滤扰平均值；

6）将卫星定位设备的坐标滤扰平均值进行gnss控制网平差，并利用全站仪测量高精度定位设备之间的空间关系进行联合平差，从而获得各卫星定位设备的精确坐标。

本发明进一步改进在于，步骤4）中在短基线北斗/gnss静态相对定位基础上采用卡尔曼滤波估值，抑制偶发性干扰对计算精度的影响，实现逐历元计算卫星定位的坐标估算值（x,y,z）；

本发明的进一步改进在于，步骤5），通过激光测距设备504，测量两台卫星定位设备之间的光学水平相对距离d1；利用步骤4）中施工过程北斗/gnss高精度快速算法快速计算这两台卫星定位设备之间的水平相对距离d2；利用所得相对距离d1），对相对距离d2进行筛选，d1>=d2+/-2。

本发明的进一步改进在于，步骤5）中，通过判断辅材5中的震动监测设备的加速度是否合理，过滤掉因环境震动引起的不合理计算数据波动。

本发明的进一步改进在于，施工过程北斗/gnss高精度快速算法包括：北斗/gnss精密单点定位算法（ppp）、北斗/gnss静态相对定位算法、滤扰算法、坐标换算及平差算法；利用该算法，可以最快5mins获得北斗/gnss高精度快速定位设备的坐标。

施工过程北斗/gnss高精度快速算法，用于获得基准站的绝对坐标北斗/gnss精密单点定位算法，在施工过程中利用多台高精度快速定位设备移动站同步监测数据，经北斗/gnss静态相对定位算法、过滤算法、坐标转换后获得移动站的初始坐标；利用基准站和移动站的初始坐标以及全站仪所测与移动站定位点、结构关键点之间的相对距离、相对方向角、高差，经平差计算修正后建立覆盖施工作业面的高精度移动监控体系。

与现有技术相比，本发明提供的一种用于施工过程的北斗/gnss高精度快速定位方法、系统及设备，至少实现了如下的有益效果：

本发明施工过程中可以在施工过程中快速获得监测点的坐标，抗干扰性强、精度高、数据合理，可应用于基坑变形实时预警、施工期结构精度关键控制点快速定位等。

当然，实施本发明的任一产品并不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明实施例1、2的结构示意图；

图2为本发明实施例1中临时定位设备，中心棱镜在下激光测距设备下方的结构示意图；

图3为本发明实施例1中临时定位设备，中心棱镜在下激光测距设备上方的结构示意图；

其中，1-卫星信号接收器；2-棱镜；100-支座；501-棱镜；502-调平装置；503-强制对中调平装置；504-激光测距设备；505-电子气泡；506-震动检测设备。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1，

如图1所示，一种用于施工过程的北斗/gnss高精度快速定位设备，包括支座100，支座100上方设有调平装置502，调平装置502由底盘、顶盘、以及底盘、顶盘之间的连接杆组成；调平装置502上方设有电子气泡505、震动检测设备506、激光测距设备504以及棱镜2；调平装置502的顶部设有卫星信号接收机1；激光测距仪504、棱镜2设于调平装置502、卫星信号接收机1之间。

为了进一步解释本实施例，需要说明的是，如图1，当支座100为中空的管状结构时，支座100内填充有砂，用于基坑监测等须持续监测的项目，调平装置502中心上方设有强制对中调平装置503，震动检测设备506、电子气泡505设于强制对中503的周围，激光测距仪504、棱镜2设于强制对中503、卫星信号接收机1之间。具体地，棱镜501为偏心棱镜，棱镜501与激光测距设备504放置在人工调平装置502顶盘的两侧。具体地，在卫星信号接收器1旁边加装一个偏心棱镜，利用偏心棱镜与卫星接收设备中心的相对距离解出所监测的坐标点位。卫星信号接收器1顶部为圆弧形，不便于直接检测其坐标，在旁边加装一个偏心棱镜，可直接监测偏心棱镜位置，利用偏心棱镜与卫星接收设备中心的相对距离解出所监测的坐标点位。其中，支座100为中空的管状结构时，支座100为直径为160mm的钢管，钢管外壁上设有电子气泡。

本发明的进一步改进在于，需要临时定位，支座100为三角架，可以作为现场快速测量、定位使用，激光测距仪504和震动检测设备503直接位于调平装置502顶盘上方。如图2或3所示，测距设备504以及棱镜2上下位置可互换。此时，棱镜501为水平棱镜。

本实施例中，电子气泡505、用于监测高精度测绘设备4是否居中；调平装置502、强制对中调平装置503用于对高精度测绘设备4进行校准；震动检测设备506，用于监测定位设备加速度是否合理，过滤掉因环境震动、位移和电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应引起的不合理数据波动。

在上述实施例基础上，还可以将电子气泡505安装于支座的底部。

基于本实施例，本发明的稳定性高，适用于类似利用卫星定位系统对基坑变形进行实时预警这种需要长期定位的场景。

实施例2，

一种用于施工过程的北斗/gnss高精度快速定位方法，具体步骤如下：

1）北斗/gnss高精度定位设备中卫星信号接收器，接收北斗卫星及其他卫星信号；激光测距仪504）测量测量两个高精度定位设备的水平距离；震动检测设备测量施工震动；

2）计算机输入计算参数；

3）传数据：无线传输设备自动将卫星接收机1接受的卫星信号、激光测距仪测量的水平距离d）、震动监测仪测量的施工震动数据发送至计算机；

4）计算机读取卫星信号数据进行计算，在北斗/gnss静态相对定位基础上，采用卡尔曼滤波估值，逐秒计算卫星定位的坐标估算值（x,y,z）；

4）分析计算结果，通过施工过程北斗/gnss高精度快速算法过滤施工干扰引起的不合理数据波动，求平均后获得卫星定位设备的坐标滤扰平均值；

5）将卫星定位设备的坐标滤扰平均值进行gnss控制网平差，并利用全站仪测量高精度定位设备之间的空间关系进行联合平差，从而获得各卫星定位设备的精确坐标。

本发明的进一步改进在于，步骤5），通过激光测距设备504，测量两台卫星定位设备之间的光学水平相对距离d1；利用步骤4）中施工过程北斗/gnss高精度快速算法快速计算这两台卫星定位设备之间的水平相对距离d2；利用所得相对距离d1），对相对距离d2进行筛选，d1>=d2+/-2。

本发明的进一步改进在于，步骤5）中，通过判断辅材5中的震动监测设备的加速度是否合理，过滤掉因环境震动引起的不合理计算数据波动。

本发明的进一步改进在于，步骤4）中，施工过程北斗/gnss高精度快速算法包括：北斗/gnss精密单点定位算法ppp、北斗/gnss静态相对定位算法、滤扰算法、坐标换算及平差算法；利用该算法，可以最快5mins获得北斗/gnss高精度快速定位设备的坐标。

施工过程北斗/gnss高精度快速算法，用于获得基准站的绝对坐标，具体地，通过北斗/gnss精密单点定位算法，在施工过程中利用多台高精度快速定位设备，即移动站，同步监测数据，经北斗/gnss静态相对定位算法、过滤算法、坐标转换后获得移动站的初始坐标；利用基准站和移动站的初始坐标以及全站仪所测与移动站定位点、结构关键点之间的相对距离、相对方向角、高差，经平差计算修正后建立覆盖施工作业面的高精度移动监控体系。

通过上述实施例可知，本发明提供的一种施工过程的北斗/gnss高精度快速定位设备及方法，至少实现了如下的有益效果：

本发明施工过程中可以快速的提取监测点的坐标，并且精度高、数据合理。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。