申请/专利权人：河南省水利勘测设计研究有限公司

申请日：2018-01-17

公开（公告）日：2024-03-12

公开（公告）号：CN108050990B

主分类号：G01C7/02

分类号：G01C7/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.12#授权;2018.06.12#实质审查的生效;2018.05.18#公开

摘要：本发明公开了一种用于地形测量的锁链式电子测量装置，包括多个测量单元，多个所述的测量单元首尾依次通过锁环相铰接；各个测量单元结构相同，均由密封结构的杆状壳体、设置在所述杆状壳体内的多轴角度测量传感器、供电单元和数据传输单元组成。本发明与现有地形测量技术相比，采用本发明装置配合专业的测量仪器进行地形测量，每个断面的地形测量只需测量一个点（起点）即可得到整个被测量地形断面的测量结果数据，测量效率成倍提高，且在水下、杂草覆盖等各种复杂地形条件下同样适用，解决了工程地形测量效率低、复杂地形条件下难以测量的难题。

主权项：1.一种锁链式电子测量装置的测量方法，其特征在于：所述锁链式电子测量装置包括多个测量单元，多个所述的测量单元首尾依次通过锁环相铰接；各个测量单元结构相同，均由密封结构的杆状壳体、设置在所述杆状壳体内的多轴角度测量传感器、供电单元和数据传输单元组成，所述多轴角度测量传感器为三维电子罗盘；所述测量方法是将锁链式电子测量装置放置在被测量地形断面所在地面上，并保持第一个测量单元无翻转角；各测量单元在重力作用下与地面贴合，各测量单元的坐标高程即代表了所在位置地形的坐标高程，上位机通过各测量单元的数据传输单元获取各测量单元在仰俯、航向两个方向上的角度，在各测量单元长度已知的情况下，通过几何算法计算各测量单元终点相对于第一个测量单元起点的水平距离和高度差，再采用专业测量设备测量第一个测量单元起点的高程，由此计算出各测量单元终点相对于第一个测量单元起点的水平距离和高程，从而得到工程中需要的被测量地形断面数据；其中，所述几何算法为：沿地形横断面测量时，假设测量起点坐标为P0x0,z0，位于第一个测量单元起点锁环外侧内径中心位置，其平距和高程分别为x0=0,z0=z，假设各测量单元的终点锁环1位置分别为：P1x1,z1，p2x2,z2,P3x3,z3，……，Pixi,zi；假设各测量单元在仰俯方向上的倾角分别为a1、a2、a3，……，ai，其中以水平方向为0，相对该方向仰角为负，俯角为正，则第i个测量单元的终点Pi位置处的平距和高程分别为：xi=xi-1+Licosai；zi=zi-1-Lisinai；其中，1≤i≤N，N为测量单元的总数，i为奇数时Li=L-d；i为偶数时Li=L-D；D为锁环外径，d为锁环直径，L为对应测量单元的总长度；当需要测量从装置起点到终点所连直线的地形横断面时，但由于各测量单元在航向上有偏移角，假设测量单元在航向上的偏移角bi，且起点至终点方向为0，相对该方向逆时针偏移角为正，顺时针偏移角为负，采用各测量单元航向角对结果作进一步修正，修正后的第i个测量单元的终点Pi位置处的平距和高程分别为：xi=xi-1+Licosaicosbi；zi=zi-1-Lisinaicosbi其中，1≤i≤N，i为奇数时Li=L-d；i为偶数时Li=L-D；D为锁环外径，d为锁环直径，L为对应测量单元的总长度。

全文数据：用于地形测量的锁链式电子测量装置及测量方法技术领域[0001]本发明涉及工程地形的测量，尤其是涉及用于地形测量的锁链式电子测量装置及测量方法。背景技术[0002]作为水利、土木工程设计所必须的基本资料，各种地形纵、横断面的测量必不可少，如水利工程中常用的河道纵、横断面测量等。然而，目前在野外进行纵、横断面测量时，一方面需要用到多种专业的测量仪器，如全站仪、经炜仪等，另一方面，在水下、杂草覆盖等复杂地形环境下，测量受到诸多限制，需要分别采取不同的测量方式，这就导致测量效率低、费用高。随着传感器技术的飞速发展，各种用于测量角度的姿态传感器、倾角传感器、电子罗盘越来越精密，测量精度越来越高，体积越来越小，如何将这些高精度传感器用于水利工程中对地形进行高精度测量，是本领域技术人员研究的课题。发明内容[0003]本发明目的在于提供一种用于地形测量的锁链式电子测量装置，本发明另一目的在于提供该锁链式电子测量装置的测量方法。[0004]为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：本发明所述用于地形测量的锁链式电子测量装置，包括多个测量单元，多个所述的测量单元首尾依次通过锁环相铰接;各个测量单元结构相同，均由密封结构的杆状壳体、设置在所述杆状壳体内的多轴角度测量传感器、供电单元和数据传输单元组成。所述数据传输单元为无线发送模块，所述多轴角度测量传感器为三维电子罗盘，所述供电单元为蓄电池;所述无线发送模块数据输入端与所述三维电子罗盘数据输出端连接，所述蓄电池输出端分别与无线发送模块和三维电子罗盘的电源输入端连接，无线发送模块与上位机算计实现无线通信连接。[0005]所述多轴角度测量传感器为三维电子罗盘，所述供电单元为输电线缆;所述数据传输单元为数据信号线缆;所述三维电子罗盘电源输入端通过所述输电线缆与外部电源连接，三维电子罗盘数据输出端通过所述数据信号线缆与上位机算计实现通信连接。[0006]所述锁链式电子测量装置的测量方法为:将所述锁链式电子测量装置放置在被测量地形断面所在地面上，并保持第一个测量单元无翻转角；各测量单元在重力作用下与地面贴合，各测量单元的坐标高程即代表了所在位置地形的坐标高程，所述上位计算机通过各测量单元的数据传输单元获取各测量单元在仰俯、航向两个方向上的角度，在各测量单元长度已知的情况下，通过几何算法计算各测量单元终点相对于第一个测量单元起点的水平距离和高度差，再采用专业测量设备测量第一个测量单元起点（也为被测量地形断面的测量起点、基点）的高程，由此计算出各测量单元终点相对于第一个测量单元起点的水平距离和高程，从而得到工程中需要的被测量地形断面数据。[0007]本发明与现有地形测量技术相比，采用本发明装置配合专业的测量仪器进行地形测量，每个断面的地形测量只需测量一个点（起点）即可得到整个被测量地形断面的测量结果数据，测量效率成倍提高，且在水下、杂草覆盖等各种复杂地形条件下同样适用，解决了工程地形测量效率低、复杂地形条件下难以测量的难题。附图说明[0008]图1是本发明所述锁链式电子测量装置的结构示意图。[0009]图2.1是本发明所述锁链式电子测量装置应用于被测量地形断面的原理图。[0010]图2.2是图2.1的A部放大示意图。[0011]图3.1、图3.2是本发明所述几何算法的原理图。具体实施方式[0012]下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。[0013]如图1所示，本发明所述用于地形测量的锁链式电子测量装置，包括多个测量单元，多个的测量单元首尾依次通过锁环1相铰接;各个测量单元结构相同，均由密封结构的杆状壳体2、设置在杆状壳体2内的三维电子罗盘3当然，也可为姿态传感器、倾角传感器等可测量航向和仰俯两方向角度的各类传感器）、蓄电池4和无线发送模块5组成;无线发送模块5数据输入端与三维电子罗盘3数据输出端连接，蓄电池4输出端分别与无线发送模块5和三维电子罗盘3的电源输入端连接，无线发送模块5用于与上位机算计实现无线通信连接。[0014]如图2.1、2.2所示，锁链式电子测量装置的测量方法为:将锁链式电子测量装置放置在被测量地形断面6所在地面7上，并保持第一个测量单元8.1无翻转角;各测量单元在重力作用下与地面7贴合，各测量单元的坐标高程即代表了所在位置地形的坐标高程，上位计算机通过各测量单元的无线发送模块5获取各测量单元在仰俯、航向两个方向上的角度，在各测量单元长度已知的情况下，通过几何算法计算各测量单元终点Pii为自然数相对于第一个测量单元8.1起点9的水平距离和高度差，再采用专业测量设备10如全站仪、水准仪、便携式GPS等测量第一个测量单元8.1的起点10他为被测量地形断面6的测量起点、基点）的高程，由此计算出各测量单元终点Pi相对于第一个测量单元8.1起点9的水平距离和高程，从而得到工程中需要的被测量地形断面数据。[0015]如图3.1、图3.2所示，所述几何算法为:沿地形横断面测量时，假设测量起点坐标为POxO，zO，位于第一个测量单元8.1起点锁环1外侧内径中心位置，其平距水平距离和高程分别为x〇=〇，zO=z通过专业设备10测量），假设各测量单元的终点锁环1位置仰、俯向转动轴心位置分别为：Plxl，zl，p2x2，z2，P3x3，z3，……，则:各测量单元仰、俯向杆状壳体2有效长度分别为:Ll=L-d，L2=L-D,L3=L-d,......，其中L为对应测量单元的总长度，D为锁环外径，d为锁环直径，杆状壳体2有效长度以单双数在L-d和L-D之间交替变化。[0016]假设各测量单元在仰俯方向上的测量角度（即倾角分别为al、a2、a3,……，（以水平方向为〇，相对该方向仰角为负，俯角为正），则：第1个测量单元8.1的终点Pl位置处的平距和高程分别为：第2个测量单元8.2的终点P2位置处的平距和高程分别为：第3个测量单元8.3的终点P3位置处的平距和高程分别为：此外，当需要测量从装置起点到终点所连直线的地形横断面时，但由于各测量单元在航向上有偏移角，如附图3.2中的bI，b2，b3，……（起点至终点方向为O，相对该方向逆时针偏移角为正，顺时针偏移角为负），则需要采用各测量单元航向角对结果作进一步修正，即：第1个测量单元8.1终点Pl位置处的平距和高程分别为：第2个测量单元8.2终点P2位置处的平距和高程分别为：第3个测量单元8.3终点P3位置处的平距和高程分别为：需要说明的是:测量单元长度越短，则与地面贴合度越好，测量精度也越高，但在测量同样断面长度地形情况下，测量单元数量变多，累计误差变大；因此，在实际测量中需根据测量精度、效率综合考虑，制作不同长度的测量单元，以满足各种地形测量需求。

权利要求：1.一种用于地形测量的锁链式电子测量装置，其特征在于:包括多个测量单元，多个所述的测量单元首尾依次通过锁环相铰接;各个测量单元结构相同，均由密封结构的杆状壳体、设置在所述杆状壳体内的多轴角度测量传感器、供电单元和数据传输单元组成。2.根据权利要求1所述用于地形测量的锁链式电子测量装置，其特征在于:所述数据传输单元为无线发送模块，所述多轴角度测量传感器为三维电子罗盘，所述供电单元为蓄电池;所述无线发送模块数据输入端与所述三维电子罗盘数据输出端连接，所述蓄电池输出端分别与无线发送模块和三维电子罗盘的电源输入端连接，无线发送模块与上位机算计实现无线通信连接。3.根据权利要求1所述用于地形测量的锁链式电子测量装置，其特征在于:所述多轴角度测量传感器为三维电子罗盘，所述供电单元为输电线缆;所述数据传输单元为数据信号线缆;所述三维电子罗盘电源输入端通过所述输电线缆与外部电源连接，三维电子罗盘数据输出端通过所述数据信号线缆与上位机算计实现通信连接。4.根据权利要求1所述锁链式电子测量装置的测量方法，其特征在于:将所述锁链式电子测量装置放置在被测量地形断面所在地面上，并保持第一个测量单元无翻转角；各测量单元在重力作用下与地面贴合，各测量单元的坐标高程即代表了所在位置地形的坐标高程，所述上位计算机通过各测量单元的数据传输单元获取各测量单元在仰俯、航向两个方向上的角度，在各测量单元长度已知的情况下，通过几何算法计算各测量单元终点相对于第一个测量单元起点的水平距离和高度差，再采用专业测量设备测量第一个测量单元起点的高程，由此计算出各测量单元终点相对于第一个测量单元起点的水平距离和高程，从而得到工程中需要的被测量地形断面数据。

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