线锤法非接触测量三维坐标的方法

摘要

本发明涉及距离测量技术领域，特别是一种线锤法非接触测量三维坐标的方法，该方法运用线锤和测角仪器，按照测量计算点与点的三角关系、测量计算点与线的关系的步骤，测量计算得出被测点的三维坐标。该方法有利于对被测点的各种距离参数进行非接触测量，测量简便，测量精度高。

主权项

1.一种线锤法非接触测量三维坐标的方法，其特征在于：运用线锤和测角仪器，按照测量计算点与点的三角关系、测量计算点与线的关系的步骤，测量计算得出三维坐标；测量点与点的关系的步骤是：步骤1：取一测量点A，并在测量点A设置一测角仪器，所述测角仪器的镜心A’与测量点A在同一铅垂线上，在被测点M的铅垂线上吊设一线锤，任取所述线锤上B、C两点，设点C在点B上方，从线锤量取点C与点B之间的距离a；步骤2：利用所述测角仪器分别测量镜心A’与点C的连线A’ C与水平面所成夹角α₂以及镜心A’与点B的连线A’B与水平面所成夹角α₁，点C高于镜心A’时夹角α₂为正值，否则为负值，点B高于镜心A’时夹角α₁为正值，否则为负值；计算得到连线A’C、A’B之间夹角(α₂－α₁)，并按公式（1）计算所述镜心A’与点C之间的距离b以及所述镜心A’与点B之间的距离c：（1）式中，α表示连线A’C、A’B之间夹角，其值为(α₂－α₁)，β表示连线A’B、BC之间夹角，其值为(90°＋α₁)，θ表示连线A’C、BC之间夹角，其值为(90°－α₂)；步骤3：测量计算所述镜心A’与被测点M之间的水平距离X_A’M和高差Y_A’M：按公式（2）或公式（3）计算所述镜心A’与被测点M之间的水平距离X_A’M：X_A’M=X_A’B=c×cosα₁  （2）式中，X_A’B表示所述镜心A’与点B之间的水平距离；X_A’M=X_A’C=b×cosα₂  （3）式中，X_A’C表示所述镜心A’与点C之间的水平距离；任取所述线锤上一点P，并按公式（4）或公式（5）计算所述镜心A’与被测点M之间的高差Y_A’M：Y_A’M=±|Y_A’B|±|Y_BP|± |Y_PM|  （4）式中，|Y_A’B|表示所述镜心A’与点B之间高差的绝对值，Y_A’B=c×sinα₁，点B高于镜心A’时|Y_A’B|前取正号，否则取负号；|Y_BP|表示点B与点P之间高差的绝对值，Y_BP的值从线锤量取，点P高于点B时|Y_BP|前取正号，否则取负号，点P与点B重合时，Y_BP=0；|Y_PM|表示点P与被测点M之间高差的绝对值，Y_PM的值从线锤量取，被测点M高于点P时|Y_PM|前取正号，否则取负号；Y_A’M=±|Y_A’C|±|Y_CP|±|Y_PM|  （5）式中，|Y_A’C|表示所述镜心A’与点C之间高差的绝对值，Y_A’C=b×sinα₂，点C高于镜心A’时|Y_A’C|前取正号，否则取负号；|Y_CP|表示点C与点P之间高差的绝对值，Y_CP的值从线锤量取，点P高于点C时|Y_CP|前取正号，否则取负号，点P与点C重合时，Y_CP=0；|Y_PM|表示点P与被测点M之间高差的绝对值，Y_PM的值从线锤量取，被测点M高于点P时|Y_PM|前取正号，否则取负号；步骤4：测量计算测量点A与被测点M之间的水平距离X_AM、高差Y_AM和直线距离L_AM：水平距离X_AM与水平距离X_A’M相等；按公式（6）计算高差Y_AM：    Y_AM=Y _A’M+Y _A’A  （6）上式中，Y _A’A表示镜心A’与测量点A之间的竖直距离；按公式（7）计算直线距离L_AM：L_AM = ( X_AM² + Y_AM² )^1/2  （7）步骤5：已知稳定点O的高程，测量计算测量点A、被测点M的高程：测量稳定点O与测量点A的高差，并按公式（8）计算测量点A、被测点M的高程：    H_M=H_A+Y_AM=H_O+Y_OA+Y_AM  （8）上式中，H_M表示被测点M的高程，H_A表示测量点A的高程，H_O表示稳定点O的高程，Y_OA表示稳定点O与测量点A的高差，稳定点O低于测量点A时Y_OA为正值，否则为负值；测量计算点与线的关系，得出三维坐标的步骤是：由两个稳定点O、O₁设立基线OO₁，测量两稳定点的距离、高程和坐标，或自设坐标系，测量计算未知点的三维坐标；将测角仪器设于O，线锤吊设于点M，根据上述测量点与点的关系的步骤，及直线OM与基线OO₁的夹角α₃进行计算，得出点M的三维坐标；同理，可测得任意点N的三维坐标。