一種gnss與激光測距相結合的測量系統(tǒng)及測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于測繪領域，尤其設及一種GNSS與激光測距相結合的測量系統(tǒng)及測量方 法。
【背景技術】
[0002]GNSS(全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)）是GPS、化0NASS、BDS等各類衛(wèi)星定位系統(tǒng)的統(tǒng)稱，由于 其全天候、全天時、廣覆蓋、高精度的特點，目前在測繪領域得到廣泛應用。GNSS測量包括靜 態(tài)和動態(tài)兩種作業(yè)方式；其中動態(tài)測量如RTK(實時動態(tài)測量)或PPK(后處理動態(tài)測量)模 式，可W達到厘米級的定位精度。GNSS動態(tài)測量通常配W對中桿，從而實現(xiàn)快速地對中整平 和移動，在開展地籍測量、地形圖測繪等工作時尤為便捷。但如果點位附近有電磁干擾，或 所測位置不能同時接收到四顆W上衛(wèi)星的信號，貝化NSS定位無法得到厘米級的定位結果甚 至完全無法實施。
[0003]全站儀是一種可同時測量水平角、垂直角和距離的儀器，測角精度通常有0.5秒、1 秒、2秒、5秒幾個等級；測距精度有0.5mm+lppm、Imm+lppm、2mm+2ppm幾個等級。測距可W使 用合作目標，也可W使用免棱鏡模式。其突出的優(yōu)勢是精度高，無需衛(wèi)星信號;缺點是點和 點之間必須通視。
[0004]當待定點無法用GNSS方法直接測定下簡稱"待定點"）時，目前最常用的解決方 案是將全站儀與GNSS相結合，即在待定點附近選擇至少兩處GNSS觀測條件較好、且相距較 遠的位置，在每個位置上用RTK方法進行測量，得到若干個已知點，在其中一個與待定點通 視的已知點上架設全站儀，并瞄準另一個已知點進行定向，然后再根據(jù)極坐標法測定待定 點的坐標。此種方法的缺點在于：1)全站儀較為笨重，還需配ΚΞ腳架，攜帶不方便;2)全站 儀的對中整平操作較為耗時；3)兩已知點必須通視，但又距離不能太近，否則定向誤差很 大;4)全站儀造價較高，價格通常在數(shù)萬元。
[000引手持式激光測距儀是一種便攜式的激光測距儀，測距精度一般為毫米級。其優(yōu)點 在于便攜、價格低廉(僅需數(shù)百至數(shù)千元），缺點在于僅能提供距離觀測值，且測程較短，通 常在200mW內，配W棱鏡或反射片則使測程延長2~3倍。一般應用于房產測量、考古等領 域。
[0006]對比文件CN101490505A設及一種使用GPS接收器提供二維位置數(shù)據(jù)的有高度修正 的手持式激光探測器，但待定點的坐標，需要借助重力感應器件，W便用傾角推算待定點與 GPS天線相位中屯、之間的幾何關系。類似的，對比文件CN102540200A披露了一種全球導航衛(wèi) 星系統(tǒng)接收機及位置測量方法;對比文件CN104931976A公開了一種便攜型的地理信息現(xiàn)場 實時測繪方法;二者均設及將激光測距儀和GPS組合，但其需要激光測距儀提供俯仰角、方 位角。而能提供角度觀測值的激光測距儀不同于普通手持式激光測距儀，其實質為手持全 站儀，如TrimbleLaserAcelOOO、laicaDIST0,其缺點在于：1)內置的重力感應器(或稱電 子羅盤、巧螺儀、MEMS)，其北方向與地理坐標的北方向（在中國為高斯投影中央子午線的北 方向）存在一個夾角，該夾角數(shù)值不可忽略且并非固定，會隨著其所處位置變化而變化，因 而需要現(xiàn)場定向和校正，大大削弱其便捷性;2)即使經過校正將此系統(tǒng)誤差消除，其定北的 中誤差仍然存在，通常大于±1%3)測角誤差較大，能達到±0.1°已屬上品；4)由于前述原 因，其定位的精度難W達到厘米級;5)造價不菲，通常達數(shù)萬元。也正是由于上述原因，雖然 此類儀器問世已有一段時間，但市場占有率較低。
[0007] 目前市面上還出現(xiàn)了一種內部帶有MEMS傳感器的GNSS接收機，當對中桿底部放置 在待定點上而桿身傾斜一定角度(通常在30°W內）時，通過GNSS天線的相位中屯、作一鉛垂 線，其與地面的交點會偏離對中桿底部一定的距離，由于MEMS傳感器可給出俯仰角、方位 角，便可計算出相應的坐標改正量，如此在外業(yè)測量時無需精確整平對中桿的水準氣泡，從 而可在一定程度上提高GNSS動態(tài)測量的效率。實際上對于本行業(yè)人員來說，整平對中桿的 氣泡本來僅需數(shù)秒，因而此種設備的性價比不高，然而利用運個特點也可將之用于測量部 分GNSS不可測的點，但除了前述的各種缺點（主要是定北不準所導致的方位角誤差大），還 需要注意的是，對中桿的底部需放置在待定點上，運意味著待定點Im范圍內（對中桿通常長 2m，根據(jù)傾角30°算得)必須有GNSS觀測條件良好的位置，否則同樣無法測得。
[0008] 因此研究一種便于攜帶、造價低廉的系統(tǒng)W及與之相應的高效率的方法，使GNSS 不可測點的坐標精度能在一定的測程內達到厘米級，具有非?，F(xiàn)實的意義和廣闊的應用前 景。

【發(fā)明內容】

[0009] 為解決上述問題，本發(fā)明提出一種GNSS與激光測距相結合的測量系統(tǒng)及測量方 法，從而彌補現(xiàn)有技術在運輸、效率、成本、精度等多方面的缺陷。
[0010] 依照本發(fā)明，整個測量系統(tǒng)W對中桿作為物理連接的骨架:GNSS接收機位于對中 桿的頂部；電子手簿通過手簿托架固定在對中桿的適當位置，當然，作業(yè)人員也可W將手簿 取下拿在手中，但運樣不利于對中桿的整平;對中桿的底部尖端正對待定點標志的中屯、，當 對中桿直立于待定點的上方并保持水準氣泡居中時，對中桿的中屯、軸線將與GNSS天線相位 中屯、、對中桿的底部中屯、居于同一鉛垂線上，從而使得GNSS天線相位中屯、的平面坐標和高 程可W歸算至待定點處。
[0011] 依照本發(fā)明的一方面，可提供一種GNSS與激光測距相結合的測量系統(tǒng)，包括W下 部件:①GNSS接收機，用于接收GNSS衛(wèi)星信號和差分信號，W確定天線相位中屯、的坐標;② 電子手簿，用于控制GNSS接收機并顯示其工作狀態(tài)，記錄所測點位的坐標，計算未知點坐 標;③裝有水準氣泡的對中桿，用于安設前述各部件并利于實施測量;④手簿托架，用于將 電子手簿固定在對中桿上的合適位置;⑤激光測距裝置，用于測定其與目標點之間的距離。
[0012] 作為優(yōu)選的，上述激光測距裝置通過藍牙或WIFI與電子手簿進行數(shù)據(jù)通訊，W便 作業(yè)人員可通過電子手簿向其發(fā)送指令，并自動獲知激光測距的結果。
[0013] 依照本發(fā)明的又一方面，可提供一種GNSS與激光測距相結合的測量系統(tǒng)，包括W 下部件:①GNSS接收機，用于接收GNSS衛(wèi)星信號和差分信號，W確定天線相位中屯、的坐標； ②帶有激光測距裝置的電子手簿，包括運算模塊W及分別與運算模塊連接的激光發(fā)射模 塊、激光接收模塊、電源、（電子)水準氣泡、WIFI模塊、藍牙模塊、攝像頭、觸摸顯示屏、按鍵， 測距結果可被歸算至手簿外部的任意參考點位置，用于控制GNSS接收機并顯示其工作狀 態(tài)，記錄所測點位的坐標，測定其與目標點之間的距離，計算未知點坐標;③裝有水準氣泡 的對中桿，用于安設前述各部件并利于實施測量;④手簿托架，用于將電子手簿固定在對中 桿上的合適位置。激光測距裝置整合在電子手簿內部，因此激光測距裝置可與電子手簿共 享一部分電路從而降低成本，測距結果可被歸算至手簿外部的任意參考點位置，也就意味 著測距裝置與對中桿軸線的相對位置關系可被精確測定，從而測距的結果可W精確地歸 算。攝像頭可與激光測距裝置指向一致，可用變焦方式放大顯示激光所指向的目標，從而輔 助作業(yè)人員準確瞄準目標，進一步的當配有標尺時可W從電子手簿屏幕上遠距離讀取標尺 上的讀數(shù)。進一步可配W托架，當待定點與激光測距裝置間有障礙物或待定點上方激光反 射情況不良時，激光測距裝置可在對中桿上滑動且可隨時固定，測距裝置與對中桿軸線的 相對位置關系可被精確測定;當水準氣泡居中時，可保證發(fā)出的激光為一水平線。
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