專利名稱：一種測量空間三維坐標(biāo)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量裝置。本發(fā)明特別涉及一種使用無線電的測量裝置。
背景技術(shù)：
目前，公知的GPS是一種測量空間三位坐標(biāo)的裝置，其構(gòu)成(方法)是利用測距交匯的原理，利用三顆以上衛(wèi)星的空間坐標(biāo)交匯出地面未知點(diǎn)的位置。GPS不足之處是測量精度低，民用的精度是幾米，就算是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴側(cè)地型GPS其精度也只達(dá)到5cm。測量速度慢，因?yàn)?，其需要接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，即可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差、星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正、多路徑效應(yīng)等，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。記錄和處理的數(shù)據(jù)多，影響了測量速度。易受天氣，高空建筑物的影響。GPS測量過程中，無線電信號要在大氣層中穿過。大氣層并不穩(wěn)定，溫度，氣壓，濕度，密度等影響無線電傳播的因素并不均勻切隨時變化。高層建筑物中的鋼筋也削弱了 GPS的信號強(qiáng)度。內(nèi)部時間測量裝置復(fù)雜昂貴。使用的是原子鐘。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種無需原子鐘，信號不易被干擾，測量速度快，結(jié)構(gòu)簡單的測量空間三維坐標(biāo)的裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明包括至少4個固定端基站，微型電腦，一個或多個可移動的測量單元。固定端基站中安裝了無線電測距儀和數(shù)據(jù)傳輸裝置。固定端基站中無線電測距儀為雷達(dá)測距儀或全站儀中的測距部分；固定端基站中安裝的數(shù)據(jù)傳輸裝置有簡單的記錄時間和判斷數(shù)字的能力，記錄數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)的能力。固定端基站分散的安裝在需要測量的區(qū)域，要求4個固定端基站不在一個平面，且空間坐標(biāo)已知。最好是安裝8個固定端基站，分布在6面體(如長方形)的8個頂點(diǎn)。每個固定端基站有自己的一個編號(如1、2、3、4等)。每個固定端基站裝有雷達(dá)測距儀。所有固定端基站能根據(jù)時間依次和移動單元聯(lián)系，能傳輸數(shù)據(jù)給微型電腦。該微型電腦為手機(jī)或筆記本電腦。一個或多個移動單元是裝有能接受固定端基站發(fā)出的無線電信號和簡單微型電路的裝置，該裝置并能發(fā)射同樣頻率無線電信號且具有簡單的記錄時間和邏輯判斷數(shù)字的能力。每個移動單元有自己的編號(如a、b、C、d等)，可移動。微型電腦裝有能無線發(fā)射、接受、記錄數(shù)據(jù)、處理分析和顯示測量結(jié)果的裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下。操作方便，可以實(shí)現(xiàn)全自動化，只要將移動單元放在需要測量坐標(biāo)的地方就可以了。結(jié)構(gòu)簡單，沒有傳統(tǒng)GPS中的原子鐘，固定端類似于雷達(dá)測距儀或全站儀，移動端是一個小型無線電收發(fā)器。精度高。與傳統(tǒng)GPS不同，固定端不像衛(wèi)星那樣一直動，坐標(biāo)固定，數(shù)據(jù)簡單易處理。其測量過程類似全站儀或雷達(dá)測距儀，長度精度也和前兩者一樣。但是，最后的數(shù)據(jù)處理計(jì)算出空間坐標(biāo)階段優(yōu)于前兩者。因?yàn)?，全站儀受角度測量的精度限制，雷達(dá)測距儀不能得到空間坐標(biāo)。如果實(shí)際使用中使用8個固定端，其中不共面的4個點(diǎn)就能得到一個空間坐標(biāo)值，一次測量就能得到n =兌1+12 = S 3個測量結(jié)果。與全站儀和GPS —次就一個結(jié)果相比，本發(fā)明能通過這些結(jié)果的分析計(jì)算提高精度和判斷測量結(jié)果的好壞。測量速度快。與傳統(tǒng)GPS相比，本發(fā)明測量和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)少。與全站儀相比，本發(fā)明是測量位置的移動端接受信號后在發(fā)射，所以不用固定端尋找和指向目標(biāo)(全站儀使用過程中的瞄準(zhǔn)目標(biāo))。抗干擾能力強(qiáng)。固定端安裝在需要測量的空間附近所以不受天氣的影響，固定端的數(shù)量足夠多，建筑物對測量信號的影響也會大大降低。測量單元是接受信號后再發(fā)射，這進(jìn)一步提高了信號的抗干擾能力。


圖1是本發(fā)明的使用前的調(diào)零圖。圖2是本發(fā)明的使用時工作原理圖。圖中固定端1、測量單元2。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。使用前調(diào)零。因?yàn)楸景l(fā)明的測量單元是接受固定端的信號后再發(fā)射而不是全站儀或雷達(dá)測距儀那樣的反射所以在信號的傳播的時間會長一點(diǎn)，在使用前要測量記錄其時間上的影響，在實(shí)際使用中扣除這部分影響。具體做法如圖1，先依次將每個固定端和測量單元放在已知的長度上(如20m)并記錄測量的結(jié)果(大于20m)。兩者的差值為每個固定端和測量單元的修正值，在實(shí)際使用的數(shù)據(jù)處理階段扣除這部分影響。安裝固定端。為了使用方便可以在需要測量的空間建立局部坐標(biāo)原點(diǎn)(也可不建)。然后如圖2安裝固定端(要點(diǎn)是4點(diǎn)不共面，最好是矩形相對兩個面上不平行的那兩條對角線)。用現(xiàn)有的測量方法先測出固定端的相對局部坐標(biāo)原點(diǎn)(或就是整體坐標(biāo)系)的空間坐標(biāo)，越精確越好?？梢詫⒐潭ǘ朔旁诰植孔鴺?biāo)原點(diǎn)檢測。(當(dāng)固定端超過4個的時候，最好將其按放在矩形的頂點(diǎn)或邊上)。測量數(shù)據(jù)。將移動端移動到需要測量的位置。可手動用微型電腦發(fā)出測量命令(一個無線電信號)，固定端接受到信號后，依次發(fā)出測量信號和移動單元聯(lián)系(這個過程有固定端上的微型電路完成。例如編號I的固定端在接到信號后立刻和移動單元聯(lián)系，編號2的固定端在接到微型電腦的信號后1/8秒和移動單元聯(lián)系，編號3在2/8秒后和和移動單元聯(lián)系，依次類推。)測量它們之間的距離(測量方法同全站儀和雷達(dá)測距儀的方法一樣，可采用脈沖法測距、頻率法測距、相位法測距)。固定端記錄并將數(shù)據(jù)傳輸個微型電腦。數(shù)據(jù)計(jì)算。固定端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括自己的編號(如1、2)、移動單元的編號(如a、b)、兩者之間的距離。微型電腦在接受這些數(shù)據(jù)后和先前已知的每個固定端的空間坐標(biāo)一起進(jìn)行分析計(jì)算。任取其中不共面的4個固定端數(shù)據(jù)為一組(共58組)。每組中再任意均分成兩小組，每一小組由固定端的坐標(biāo)和移動單元到它們的距離可得到一個由兩個球(球心為固定端，半徑為固定端到移動單元的距離)相交的圓環(huán)。另一小組也同理得到一個圓環(huán)。因?yàn)樗狞c(diǎn)不共面，所以每組中的兩個圓環(huán)只能有一個交點(diǎn)即切點(diǎn)(但由于測量過程存在誤差，兩個圓環(huán)可能不相切，但空間中是有且只有一個點(diǎn)到兩個圓環(huán)的距離平方和最小。這個點(diǎn)就當(dāng)成是切點(diǎn))。這個切點(diǎn)的坐標(biāo)就是這個組(4個固定端)對要測量的位置的測量結(jié)果。計(jì)算一共可以得到58個測量結(jié)果?？蓪⑦@些結(jié)果用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算其均值和方差，標(biāo)準(zhǔn)差，并判斷結(jié)果的好壞。如果不好，還可利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修正。數(shù)據(jù)輸出和記錄。微型電腦計(jì)算結(jié)果后，可用表格文本的形式展現(xiàn)給使用者，也可直接畫成3D圖的形式。結(jié)果包含測點(diǎn)編號，坐標(biāo)和方差，測量結(jié)果的好壞。所有結(jié)果也由微型電腦記錄供以后使用。
權(quán)利要求
1.一種測量空間三維坐標(biāo)的裝置，裝置包括至少4個固定端基站，微型電腦，一個或多個可移動的測量單元，其特征是，所述的4個固定端不在一個平面，裝有無線電測距儀和數(shù)據(jù)傳輸裝置，所述的移動單元裝有接受發(fā)射無線電信號和簡單微型電路的裝置，所述的微型電腦裝有無線發(fā)射、接受、記錄數(shù)據(jù)、處理分析和顯示測量結(jié)果的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量空間三維坐標(biāo)的裝置，其特征是，所述的4個固定端基站不在一個平面，分散的安裝在需要測量的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量空間三維坐標(biāo)的裝置，其特征是，所述的固定端基站中的無線電測距儀為雷達(dá)測距儀或全站儀中的測距部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量空間三維坐標(biāo)的裝置，其特征是，所述的固定端基站中安裝的數(shù)據(jù)傳輸裝置有簡單的記錄時間和判斷數(shù)字的能力，記錄數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)的能力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量空間三維坐標(biāo)的裝置，其特征是，所述的固定端基站的數(shù)據(jù)傳輸裝置能根據(jù)時間依次和移動單元聯(lián)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量空間三維坐標(biāo)的裝置，其特征是，所述的固定端基站的數(shù)據(jù)傳輸裝置能和微型電腦之間傳輸數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量空間三維坐標(biāo)的裝置，其特征是，所述的移動單元上接受發(fā)射無線電信號的裝置是能接受固定端基站發(fā)出的無線電信號，并能發(fā)射同樣頻率無線電信號的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量空間三維坐標(biāo)的裝置，其特征是，所述的微型電腦為手機(jī)或筆記本電腦。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量空間三維坐標(biāo)的裝置。旨在提供一種操作方便，可以實(shí)現(xiàn)全自動化、結(jié)構(gòu)簡單、精度高、測量速度快、抗干擾能力強(qiáng)的測量空間三位坐標(biāo)的裝置。它包括至少4個固定端基站，微型電腦，一個或多個可移動的測量單元。所述的4個固定端不在一個平面，裝有無線電測距儀。所述的移動單元裝有接受發(fā)射無線電信號和簡單微型電路的裝置。所述的微型電腦裝有無線發(fā)射，接受，記錄數(shù)據(jù)、處理分析和顯示測量結(jié)果的裝置。本發(fā)明適用于橋梁、大壩的測量。
文檔編號G01S5/02GK103048639SQ20111030821
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者李偉強(qiáng) 申請人:李偉強(qiáng)