CN108253946A - 多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程测量技术领域，公开了一种多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置及方法，该装置包括：上部装置和底部装置；上部装置包括：可调节水平的基座、垂直杆和水平杆，垂直杆垂直设置在上部装置的基座上，水平杆设置在垂直杆上部并与垂直杆保持垂直，水平杆上设有激光测距准直仪，激光测距准直仪上设有360°棱镜，激光测距准直仪中心与其上的360°棱镜的光心重合；底部装置包括：可调节水平的基座和激光接收标靶，激光接收标靶设置在底部装置的基座上，激光接收标靶下部设有360°棱镜，激光接收标靶的中心与其下部的360°棱镜的光心同轴。本发明具有联系测量、竖向测量的多种功能，有多种适用条件，测量结果便于检校。

Description

多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置及方法

技术领域

本发明涉及工程测量技术领域，尤其涉及一种既可进行竖向测量，也可进行联系测量的新型装置及方法。

背景技术

在隧道、矿井等地下工程施工过程中，为了保证施工按设计方向掘进，保证各方向掘进的工作面在预定地点能正确贯通，就必须将地面的平面坐标系统和高程坐标系统通过斜井或竖井传递到地下，这些传递工作称为联系测量。通过联系测量使地下和地面测量有一个统一的平面坐标系统和高程系统，同时为地下测量提供坐标、方位角和高程起算数据。因此，能够准确地将地面坐标、方位及高程传递到地下，在隧道、矿井等地下工程中有着重要的实际意义和价值。

随着城市土地的日益稀缺，建筑物的高度不断的刷新城市的天际线。在高层、超高层施工建设中，将地面高程与坐标精确的传递至高层建筑在施层，这一工作称为竖向测量。通过竖向测量，使在施层与地面有统一的施工坐标系与高程基准。

在地下工程与高层建筑施工中，都需要坐标与高程的导入。在联系测量中，传统导入高程的方法是钢尺量距，坐标传递的方法是垂线联系三角形法。在超高层施工测量中，通过楼板预留孔将坐标与高程进行竖向传递。传统方法中，存在着测量受外界影响较大，特别是竖井联系测量时，钢丝垂线受风力、湿度、滴水等个方面的影响，测量结果存在一定误差。并且在井口附近必须得有高级控制点的存在，不便于观测。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种联系测量、竖向测量的新型装置及方法，有多种适用条件，无论井口附近有无控制点均可，测量结果便于检校，在多种环境场合下均可使用。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置，其包括：上部装置和底部装置；

上部装置包括：可调节水平的基座、垂直杆和水平杆，垂直杆垂直设置在在上部装置的基座上，水平杆设置在垂直杆上部并与垂直杆保持垂直，水平杆上设有激光测距准直仪，激光测距准直仪上设有360°棱镜，激光测距准直仪中心与激光测距准直仪上的360°棱镜的光心重合；

底部装置包括：可调节水平的基座和激光接收标靶，激光接收标靶设置在底部装置的基座上，激光接收标靶下部设有360°棱镜，激光接收标靶的中心与激光接收标靶下部的360°棱镜的光心同轴。

优选的，所述上部装置还包括带有刻度的铟瓦合金尺，所述铟瓦合金尺设置在水平杆上，所述激光测距准直仪和激光测距准直仪上的360°棱镜各有两个，分为两组，都设置在铟瓦合金尺上，通过读取两个激光测距准直仪在铟瓦合金尺上的读数能对两个激光测距准直仪的水平距离进行检核。

优选的，所述底部装置有两个，分别对应上部装置的一个激光测距准直仪，所述铟瓦合金尺上的读数还用于对底部装置两个360°棱镜之间水平距离进行检核。

优选的，所述上部装置还包括GNSS接收机，用于坐标的获取，GNSS接收机设置在激光测距准直仪上部，与激光测距准直仪同轴。

优选的，所述垂直杆包括：垂直杆一和垂直杆二，垂直杆一能围绕所述上部装置的基座水平旋转，垂直杆二上设有垂直杆旋紧螺栓，垂直杆二能相对垂直杆一伸缩并通过所述垂直杆旋紧螺栓旋紧在垂直杆一上；

并且／或者，所述水平杆包括：水平杆一和水平杆二，水平杆二上设有水平杆旋紧螺栓，水平杆二能相对水平杆一伸缩并通过所述水平杆旋紧螺栓旋紧在水平杆一上，水平杆一上设有配重，所述配重设置在远离水平杆二的一端。

优选的，所述上部装置的基座上设有开孔，用于放置在三脚架上；

并且／或者，所述底部装置的基座上设有开孔，用于放置在三脚架上。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的另一个技术方案是：一种多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递方法，

所述联系测量包括以下步骤：

步骤1，将激光测距准直仪固定在水平杆上，将水平杆推至井口上方，打开激光测距准直仪的激光测距开关；

步骤2，在井口附近已知点架设全站仪，瞄准激光测距准直仪上的360°棱镜，激光测距准直仪与其上的360°棱镜同轴并且同心，测出激光测距准直仪中心坐标；

步骤3，将激光接收标靶安置在井口下方较为平整的地面上，将激光测距准直仪激光中心对准激光接收标靶的中心；

步骤4，将全站仪安置在巷道里的未知点，对准激光接收标靶下部的360°棱镜，激光接收标靶与其下部360°棱镜同轴并且同心，使用后方交会方法测得全站仪安置点坐标；

步骤5，在井口附近已知水准点上利用三角高程测量的方法，测出激光测距准直仪上360°棱镜的高程，读取激光测距准直仪的测距读数，再加上激光接收标靶下部的360°棱镜的棱镜厚度，得出井下的360°棱镜的高程；

所述竖向测量包括以下步骤：

步骤1，将激光测距准直仪布设在高层建筑物在施层预留孔附近，将激光测距准直仪固定在水平杆上，将水平杆推至预留孔上方，打开激光测距准直仪的激光测距开关；

步骤2，将激光接收标靶安置在预留孔下方较为平整的地面上，将激光测距准直仪激光中心对准激光接收标靶的中心；

步骤3，在激光接收标靶附近已知点架设全站仪，对准激光接收标靶下部的360°棱镜，激光接收标靶与其下部360°棱镜同轴并且同心，测得激光接收标靶下部的360°棱镜中心坐标，利用在施层架设的全站仪使用后方交会的方法瞄准激光测距准直仪上的360°棱镜，激光测距准直仪与其上的360°棱镜同轴并且同心，进行坐标的传递；

步骤4，在激光接收标靶中心位置放置水准尺，测得激光接收标靶的地面高程；

步骤5，读取激光测距准直仪的测距读数，加上地面高程就是激光测距准直仪中心高程，再利用水准仪或全站仪三角高程测量方法将高程传递到在施层。

优选的，所述多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递方法还包括检核步骤：

将带有刻度的铟瓦合金尺设置在水平杆上，将两组激光测距准直仪和所述激光测距准直仪上的360°棱镜都设置在所述铟瓦合金尺上，设置两组激光接收标靶和激光接收标靶下部的360°棱镜；

通过全站仪瞄准两个激光测距准直仪上的360°棱镜，测出水平杆上的两个激光测距准直仪中心坐标，反算出两个激光测距准直仪之间的水平距离；

通过全站仪瞄准两个激光接收标靶下部的360°棱镜，测出两个激光接收标靶中心坐标，反算出两个激光接收标靶之间的水平距离；

读取两个激光测距准直仪在铟瓦合金尺上的读数对两个激光测距准直仪的水平距离进行检核，对两个激光接收标靶之间的水平距离进行检核。

优选的，所述多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递方法使用如下步骤测出激光测距准直仪中心坐标：

在激光测距准直仪上架设GNSS接收机，并通过GNSS基线向量解算求出GNSS接收机的相位中心坐标，GNSS接收机相位中心坐标与激光测距准直仪相位中心坐标同轴，从而得到激光测距准直仪中心坐标。

本发明技术方案带来的有益效果是：

本发明用360°棱镜来代替钢丝，利用激光测距准直仪进行距离测量与投点，可以提高精度，降低环境的影响。

本发明将GNSS接收机安装在测量装置上，通过GNSS接收机的数据计算出坐标数据，省去了控制点引测的步骤，适用于GNSS定位精度可以满足现场施工精度的情况下。

本发明将人工观测调整为激光对中，减小了照准误差。

附图说明

图1本发明多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置一实施例的结构示意图。

图2本发明多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递方法的流程示意图。

标记说明：

1 基座， 2脚螺旋， 3水平气泡， 4垂直杆一，

5垂直杆二， 6旋紧螺栓， 7水平杆一， 8水平杆二，

9 360°棱镜， 10 激光测距准直仪， 11 GNSS接收机，

12带有刻度的铟瓦合金尺， 13配重， 14开孔，

15激光接收标靶， 16 360°棱镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置一实施例，该实施例包括：上部装置Ⅰ和底部装置Ⅱ。

上部装置Ⅰ和底部装置Ⅱ。两部分均有可调节水平的基座，并且基座可适用多种条件，可直接放置在地面上，有无三脚架均可。

上部装置Ⅰ的基座1上设有脚螺旋2，可调整基座1水平；基座1上还设有水平气泡3，用于观察基座是否水平；基座1上设有开孔14，用于放置在三脚架上。上部装置Ⅰ由竖直的垂直杆与水平杆连接组成，在水平杆上有投测装置（激光测距准直仪10）与目标照准装置（360°棱镜9），并且加入了GNSS接收机11，可以在无控制点或控制点不通视的情况下进行坐标的获取。激光测距准直仪10的中心与360°棱镜9的光心重合。GNSS接收机11设置在激光测距准直仪10上部，与激光测距准直仪10同轴。

垂直杆包括：垂直杆一4和垂直杆二5；垂直杆一4，能围绕基座1水平旋转；垂直杆二5上设有旋紧螺栓6，垂直杆二5能相对垂直杆一4伸缩并通过旋紧螺栓6旋紧在垂直杆一4上。

水平杆包括：水平杆一7和水平杆二8；水平杆二8上设有水平杆旋紧螺栓，水平杆二8能相对水平杆一7伸缩并通过水平杆旋紧螺栓旋紧在水平杆一上7；水平杆一7上设有配重13，配重13设置在远离水平杆二8的一端。

上部装置Ⅰ上还设有带有刻度的铟瓦合金尺12，铟瓦合金尺12设置在水平杆二8上，激光测距准直仪10、360°棱镜9与GNSS接收机11各有两个，分为两组，都设置在铟瓦合金尺12上。

底部装置Ⅱ上层为激光接收标靶15，激光接收标靶15上有十字丝对准装置，激光接收标靶15下部是360°棱镜16。激光接收标靶15的中心与360°棱镜16的光心在同轴。

激光测距准直仪具有测距、准直等作用。传统的联系测量中，高程传递是使用钢尺进行量距，然后再进行高程的传递。本发明中，使用激光测距准直仪10的测距功能，可以减小钢尺量距的误差；激光测距准直仪10中的准直功能，可以在上部装置Ⅰ将360°棱镜9的光心投到井底，在井底用激光接收标靶15接收。这样就将井上的点平面投影到井下。

铟瓦合金尺受温度影响极小，膨胀系数小，在进行高精度测量时具有很高的精度。本发明将铟瓦合金尺12安置在水平杆二8上，水平杆二8的激光测距准直仪10上设有读数窗，可以读取两个激光测距准直仪10之间的水平距离。由于这个水平距离具有较高的精度，所以其可作为一个检核条件：

对井上水平杆激光测距准直仪10中的两个360°棱镜9之间距离进行检核（这个距离是使用全站仪测出坐标，反算出的距离），同样的可对井下接收装置的两个360°棱镜16之间距离进行检核；

可在GNSS接收机11进行坐标解算时作为附加基线条件加入解算过程，求取更高精度的坐标。

360°棱镜是一种测量反射标志，其在测量过程中，对其表面任意位置测量，反射位置均为其光心。本发明中，将激光测距准直仪10安置在360°棱镜9内，并使激光测距准直仪10的中心与360°棱镜9的光心重合（可通过机械制作手段实现）。这样做的目的是：在测量360°棱镜9的坐标时，测得的坐标其实就是激光测距准直仪10中心的坐标，激光测距准直仪10测量的距离是其中心到底部装置Ⅱ的激光接收标靶15，激光测距准直仪10投射到底部装置Ⅱ激光接收标靶15上的点，其实就是360°棱镜9的光心在底部装置Ⅱ上的投影。传统方法是联系三角形，在井上用钢丝绑上重物垂到井下，用全站仪照准钢丝来进行测量，使用360°棱镜是为了减少照准误差，并且钢丝在竖井中，受环境影响较大，底部垂投的点有较大的误差。

如图2所示，为本发明多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递方法的流程示意图。

一、竖井联系测量技术实施手段：

1）平面坐标传递：将上部装置Ⅰ放置在井口附近，调节底部的脚螺旋，使基座水平气泡居中。调节激光测距准直仪在水平杆上的位置，记录铟瓦合金尺读数。然后用旋紧螺丝将激光测距准直仪固定在水平杆上。将水平杆推至井口上方，打开激光测距准直仪的激光测距开关。

2）井上坐标联测：①在井口附近已知点A架设全站仪，瞄准两个激光测距准直仪上的360°棱镜，测出水平杆上的激光测距准直仪中心坐标。在设计时，激光测距准直仪与其上的360°棱镜同轴并且同心。得到井上两个激光测距准直仪P、Q中心坐标。②若井口附近无已知点，或已知点不通视的情况下，可在两个激光测距准直仪上架设GNSS接收机，并通过GNSS基线向量解算求出GNSS接收机的相位中心坐标。GNSS接收机相位中心坐标与激光测距准直仪相位中心坐标同轴。得到井上两个激光测距准直仪P、Q中心坐标。

3）井下坐标获取：将底部装置Ⅱ安置在井口下方较为平整的地面上。调整脚螺旋，使水平气泡居中。在安放装置时，大致将激光中心对准激光接收标靶（标靶盘）的中心。调整水平后，若激光中心与标靶盘中心不重合，则旋转左、右微调螺旋，使标靶盘中心与激光中心重合。得到投影点P’、Q’。

4）井下坐标联测：全站仪安置在巷道里的未知点，对准激光接收标靶下部的360°棱镜，使用后方交会方法测得全站仪安置点坐标，然后进行井下导线的布设。设计时，激光接收标靶与其下部的360°棱镜同轴。

5）高程传递：在井口附近已知水准点上利用三角高程测量的方法，测出水平杆上360°棱镜的高程。读取激光测距准直仪测距读数，再加上井下的360°棱镜的棱镜厚度，就可以算出井下装置360°棱镜中心的高程。

二、高层建筑物竖向测量技术实施：

（一）平面坐标传递：

1）将上部装置Ⅰ布设在高层建筑物在施层预留孔附近，调整脚螺旋使基座水平。观察水平气泡居中。调节激光测距准直仪在水平杆上的位置，记录铟瓦合金尺读数。然后用旋紧螺丝将激光测距准直仪固定在水平杆上。将水平杆推至预留孔上方，打开激光测距准直仪的激光测距开关。

2）将底部装置Ⅱ安置在预留孔下方较为平整的地面上。调整脚螺旋，使水平气泡居中。在安放装置时，大致将激光中心对准激光接收标靶（标靶盘）的中心。调整水平后，若激光中心与标靶盘中心不重合，则旋转左、右微调螺旋，使激光接收标靶中心与激光中心重合。

3）在底部装置Ⅱ附近已知点架设全站仪，测得底部装置Ⅱ的360°棱镜中心坐标。利用在施层架设的全站仪使用后方交会的方法瞄准上部装置Ⅰ水平杆上的两个360°棱镜。进行坐标的传递。

（二）高程传递：

1）打开激光测距准直仪，大致将激光中心对准激光接收标靶的中心。调整水平后，若激光中心与激光接收标靶中心不重合，则旋转左、右微调螺旋，使激光接收标靶中心与激光中心重合。

2）在底部装置Ⅱ上激光接收标靶中心位置放置水准尺，测得激光接收标靶的地面高程。

3）读出激光测距准直仪的读数，加上地面高程就是激光测距准直仪中心高程，也是360°棱镜的高程。之后再利用水准仪或全站仪三角高程测量方法将高程传递到在施层。

传统的竖井联系测量是利用垂球与钢丝进行联系测量，在测量过程中，受竖井风力、滴水、湿度、温度的影响，钢丝的精确照准并不是一件易事。而本发明设计的装置中，用360°棱镜来代替钢丝。而高程的传递通常是使用钢尺在井上下进行测量。钢尺测量受环境影响也较大，而本发明设计装置中，利用激光测距准直仪进行距离的测量。这样做的目的可以提高精度，降低环境的影响。

井上下的联系测量，通常需要井口附近有控制点（近井点）。而在城市地铁开挖、矿山竖井测量中，井口附近的近井并不太好找，或存在不通视的情况，为了解决这种情况，本发明将GNSS接收机安装在测量装置上。通过GNSS接收机的数据计算出坐标数据，省去了控制点引测的步骤。这种方法适用于GNSS定位精度可以满足现场施工精度的情况下。

在高层建筑物施工中，通过楼板预留孔将施工坐标系传递到在施层。坐标传递常用的方法为弯管目镜等，这种方法需要在全站仪上安装附加设备，较为不便。而本发明设计装置中，将人工观测调整为激光对中，减小了照准误差。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置，其特征在于，其包括：上部装置和底部装置；

上部装置包括：可调节水平的基座、垂直杆和水平杆，垂直杆垂直设置在在上部装置的基座上，水平杆设置在垂直杆上部并与垂直杆保持垂直，水平杆上设有激光测距准直仪，激光测距准直仪上设有360°棱镜，激光测距准直仪中心与激光测距准直仪上的360°棱镜的光心重合；

底部装置包括：可调节水平的基座和激光接收标靶，激光接收标靶设置在底部装置的基座上，激光接收标靶下部设有360°棱镜，激光接收标靶的中心与激光接收标靶下部的360°棱镜的光心同轴。

2.如权利要求1所述的多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置，其特征在于，所述上部装置还包括带有刻度的铟瓦合金尺，所述铟瓦合金尺设置在水平杆上，所述激光测距准直仪和激光测距准直仪上的360°棱镜各有两个，分为两组，都设置在铟瓦合金尺上，通过读取两个激光测距准直仪在铟瓦合金尺上的读数能对两个激光测距准直仪的水平距离进行检核。

3.如权利要求2所述的多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置，其特征在于，所述底部装置有两个，分别对应上部装置的一个激光测距准直仪，所述铟瓦合金尺上的读数还用于对底部装置两个360°棱镜之间水平距离进行检核。

4.如权利要求1、2或3所述的多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置，其特征在于，所述上部装置还包括GNSS接收机，用于坐标的获取，GNSS接收机设置在激光测距准直仪上部，与激光测距准直仪同轴。

5.如权利要求1所述的多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置，其特征在于，所述垂直杆包括：垂直杆一和垂直杆二，垂直杆一能围绕所述上部装置的基座水平旋转，垂直杆二上设有垂直杆旋紧螺栓，垂直杆二能相对垂直杆一伸缩并通过所述垂直杆旋紧螺栓旋紧在垂直杆一上；

并且／或者，所述水平杆包括：水平杆一和水平杆二，水平杆二上设有水平杆旋紧螺栓，水平杆二能相对水平杆一伸缩并通过所述水平杆旋紧螺栓旋紧在水平杆一上，水平杆一上设有配重，所述配重设置在远离水平杆二的一端。

6.如权利要求1所述的多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递装置，其特征在于，所述上部装置的基座上设有开孔，用于放置在三脚架上；

并且／或者，所述底部装置的基座上设有开孔，用于放置在三脚架上。

7.一种多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递方法，其特征在于，

所述联系测量包括以下步骤：

步骤1，将激光测距准直仪固定在水平杆上，将水平杆推至井口上方，打开激光测距准直仪的激光测距开关；

步骤2，在井口附近已知点架设全站仪，瞄准激光测距准直仪上的360°棱镜，激光测距准直仪与其上的360°棱镜同轴并且同心，测出激光测距准直仪中心坐标；

步骤3，将激光接收标靶安置在井口下方较为平整的地面上，将激光测距准直仪激光中心对准激光接收标靶的中心；

步骤4，将全站仪安置在巷道里的未知点，对准激光接收标靶下部的360°棱镜，激光接收标靶与其下部360°棱镜同轴并且同心，使用后方交会方法测得全站仪安置点坐标；

步骤5，在井口附近已知水准点上利用三角高程测量的方法，测出激光测距准直仪上360°棱镜的高程，读取激光测距准直仪的测距读数，再加上激光接收标靶下部的360°棱镜的棱镜厚度，得出井下的360°棱镜的高程；

所述竖向测量包括以下步骤：

步骤1，将激光测距准直仪布设在高层建筑物在施层预留孔附近，将激光测距准直仪固定在水平杆上，将水平杆推至预留孔上方，打开激光测距准直仪的激光测距开关；

步骤2，将激光接收标靶安置在预留孔下方较为平整的地面上，将激光测距准直仪激光中心对准激光接收标靶的中心；

步骤3，在激光接收标靶附近已知点架设全站仪，对准激光接收标靶下部的360°棱镜，激光接收标靶与其下部360°棱镜同轴并且同心，测得激光接收标靶上的360°棱镜中心坐标，利用在施层架设的全站仪使用后方交会的方法瞄准激光测距准直仪上的360°棱镜，激光测距准直仪与其上的360°棱镜同轴并且同心，进行坐标的传递；

步骤4，在激光接收标靶中心位置放置水准尺，测得激光接收标靶的地面高程；

步骤5，读取激光测距准直仪的测距读数，加上地面高程就是激光测距准直仪中心高程，再利用水准仪或全站仪三角高程测量方法将高程传递到在施层。

8.如权利要求7所述的多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递方法，其特征在于，其还包括检核步骤：

将带有刻度的铟瓦合金尺设置在水平杆上，将两组激光测距准直仪和所述激光测距准直仪上的360°棱镜都设置在所述铟瓦合金尺上，设置两组激光接收标靶和激光接收标靶下部的360°棱镜；

通过全站仪瞄准两个激光测距准直仪上的360°棱镜，测出水平杆上的两个激光测距准直仪中心坐标，反算出两个激光测距准直仪之间的水平距离；

通过全站仪瞄准两个激光接收标靶下部的360°棱镜，测出两个激光接收标靶中心坐标，反算出两个激光接收标靶之间的水平距离；

读取两个激光测距准直仪在铟瓦合金尺上的读数对两个激光测距准直仪的水平距离进行检核，对两个激光接收标靶之间的水平距离进行检核。

9.如权利要求7所述的多功能竖向测量联系测量一体化三维坐标传递方法，其特征在于，使用如下步骤测出激光测距准直仪中心坐标：

在激光测距准直仪上架设GNSS接收机，并通过GNSS基线向量解算求出GNSS接收机的相位中心坐标，GNSS接收机相位中心坐标与激光测距准直仪相位中心坐标同轴，从而得到激光测距准直仪中心坐标。