基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法及系统，该方法包括：确定进行设站所需的第一CPIII控制点以及第二CPIII控制点，分别进行照准与测量得到全站仪坐标系下对应的三维坐标值；将所述第一CPIII控制点以及所述第二CPIII控制点的三维测量坐标值进行空间变换，计算得到对应CPIII控制点到全站仪的平距以及垂距，并根据所述平距以及垂距计算得到所述全站仪在大地坐标系下对应的三维坐标值以及概略方向角。本发明专利技术提出的计算方法，提高了设站效率，满足了实际应用需求。

【技术实现步骤摘要】
基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法及系统
本专利技术涉及工程测量
，特别涉及一种基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法及系统。
技术介绍
全站仪免置平设站，是指全站仪在非水平状态下通过对多个控制点的测量，结合控制点已知坐标，计算全站仪位置和姿态。所谓位置是指全站仪站点在大地坐标系下三维坐标(XS,YS,ZS)，而姿态通常指全站仪x、y轴与大地水平面之间的夹角(全站仪倾斜角α和β)及全站仪坐标系正北方向与大地坐标体系正北方向的夹角(全站仪方向角θ)。全站仪的标准工作方式是在三角架上置平、设站(置平设站)和测量，为提高设站效率，也进行了设站自动化的设计。置平设站时，由于全站仪已处于基本水平状态(倾斜角α和β约等于零)，仅需要采用手动照准的方式对两个CPIII控制点进行人工观测，便能计算出全站仪的概略位置和姿态(坐标(XS,YS,ZS)和方向角θ)。因此，全站仪置平自动设站的最少观测点数是两个，设站自动化程序相对较高。根据CPIII控制网的精度要求(平面相对精度为±1mm，高程相对精度为±0.5mm)，综合考虑全站仪的测量精度指标(测角精度为0.5″，测距精度为0.6+1ppm)，仅通过观测4个基桩点进行自由设站，其测量不确定度无法满足轨道三维坐标测量对设站精度(通常应控制在±1.0mm范围内)的要求。因此，工程上常采用多余观测、多测回观测等措施，通过平差方法来提高设站精度，其代价是增加了设站观测的工作量，降低了设站的效率。若全站仪能以少量的观测数据计算其概略位置和姿态，并以此为基础推算出下一个CPIII待测点的大概位置(具有较大误差，但又具备一定的位置精度)，实现程序控制下的自动规划、自动换盘、自动旋转、自动照准及自动测量，即设站自动化，以此弥补由于多余观测和多测回观测带来的效率上的不足。然而，免置平设站，全站仪处于非水平状态(位置和姿态的6参数全部未知)，则至少需要4个CPIII观测数据，才能计算出全站仪的概略位置和姿态从而实现自动设站，设站自动化程度相对较低。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是为了解决现有技术中，免置平设站，全站仪处于非水平状态至少需要4个CPⅢ观测数据，才能计算出全站仪的概略位置和姿态从而实现自动设站，导致设站自动化程度相对较低的问题。本专利技术提出一种基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其中，所述方法包括如下步骤：确定进行设站所需的第一CPIII控制点以及第二CPIII控制点，分别进行照准与测量得到全站仪坐标系下对应的三维坐标值；将所述第一CPIII控制点以及所述第二CPIII控制点的三维测量坐标值进行空间变换，计算得到对应CPIII控制点到全站仪的平距以及垂距，并根据所述平距以及垂距计算得到所述全站仪在大地坐标系下对应的三维坐标值以及概略方向角。本专利技术提出的基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，首先确定设站需要的CPIII控制点，在对第一CPIII控制点以及第二CPIII控制点进行照准以及测量得到对应的三维坐标值之后，进行空间变换计算得到全站仪的概略位姿以及方向角，然后根据已有的两个CPIII控制点的数据，计算得到下一待测CPIII控制点的近似水平角以及近似垂直角，并与真实水平角以及真实垂直角进行比较观测，直至完成所有点的测量。本专利技术提出的基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，由于可在免置平状态下，只通过照准测量两个基准CPIII控制点的坐标位置，便可依次计算得到下一待测CPIII控制点的水平角以及垂直角，提高了设站效率，满足了实际应用需求。所述基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其中，在确定进行设站所需的第一CPIII控制点以及第二CPIII控制点，分别进行照准与测量得到全站仪坐标系下对应的三维坐标值的步骤之后，所述方法还包括：将所述全站仪的坐标设置为(0，0，0)，将全站仪坐标系x轴和y轴方向设置到双轴所在的位置，并测量获取所述全站仪的当前倾角信息，所述当前倾角信息包括当前α倾角值以及当前β倾角值。所述基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其中，第一CPIII控制点或第二CPIII控制点的三维坐标值可记为(x,y,z)，将所述第一CPIII控制点以及所述第二CPIII控制点的三维坐标值进行空间变换的方法包括如下步骤：将全站仪坐标系围绕x轴旋转α角度，对应的坐标变换公式为：将所述全站仪坐标系继续围绕y轴旋转β角度，对应的坐标变换公式为：其中Rx以及Ry为转置矩阵，(x”,y”,z”)为经x轴旋转α角度后坐标变换后的三维坐标，(x',y',z')为依次经x轴旋转α角度以及绕y轴旋转β角度后坐标变换后的三维坐标。所述基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其中，经空间转换后的所述第一CPIII控制点以及所述第二CPIII控制点的三维坐标可分别记为(x′1，y′1，z′1)以及(x'2，y'2，z'2)，所述计算得到对应的平距以及垂距的方法包括如下步骤：根据公式计算得到所述平距；根据公式h＝z'计算得到所述垂距；其中x′为x′1或x′2，y′为y′1或y′2，z′为z′1或z′2。所述基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其中，所述全站仪的三维坐标值包括全站仪站点的概略坐标以及全站仪站点的概略高程，所述根据所述平距以及垂距计算得到所述全站仪在大地坐标系下对应的三维坐标值以及概略方向角的方法包括如下步骤：根据所述平距以及所述垂距计算得到第一方向角σ1以及第二方向角ω1；根据所述第一方向角σ1、所述第二方向角ω1以及所述第一CPIII控制点的平距计算得到所述全站仪站点的概略坐标；根据所述第一CPIII控制点以及所述第二CPIII控制点的平距以及垂距计算得到所述全站仪站点的概略高程；根据所述第一方向角σ1以及所述第二方向角ω1计算得到所述全站仪站点的概略方向角。所述基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其中，所述第一方向角σ1对应的计算公式为：σ1＝arctan2(y2-y1,x2-x1)所述第二方向角ω1对应的计算公式为：其中所述第一方向角σ1以及所述第二方向角ω1为所述全站仪与所述第一CPIII控制点连线方向的方向角。所述基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其中，所述全站仪站点的概略坐标的计算公式为：其中，以及为全站仪站点的概略坐标，x1，y1为第一CPIII控制点的坐标；所述全站仪站点的概略高程的计算公式为：其中，k1,k2为权重值，z1,z2分别为第一CPIII控制点以及第二CPIII控制点的z向坐标；所述全站仪站点的概略方向角的计算公式为：所述基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其中，所述全站仪的免置平设站参数包括所述计算得到下一待测CPIII控制点在全站仪坐标系下对应的水平角以及垂直角的方法包括如下步骤：通过坐标变换得到下一待测CPIII控制点在全站仪坐标系下的坐标根据坐标计算得到下一待测CPIII控制点在全站仪坐标系下对应的水平角以及垂直角；其中，进行坐标变换的公式为：其中，所述基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其中，根据坐标计算得到下一待测CPIII控制点在全站仪坐标系下对应的水平角以及垂直角的公式如下所示：本专利技术还提出一种基于更少点的全站仪概略位姿的计算系统，其中，所述计算系统包括：数据采集模块，用于确定进行设站所需的第一CPIII控制点以及第二CP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：确定进行设站所需的第一CPIII控制点以及第二CPIII控制点，分别进行照准与测量得到全站仪坐标系下对应的三维坐标值；将所述第一CPIII控制点以及所述第二CPIII控制点的三维测量坐标值进行空间变换，计算得到对应CPIII控制点到全站仪的平距以及垂距，并根据所述平距以及垂距计算得到所述全站仪在大地坐标系下对应的三维坐标值以及概略方向角。

【技术特征摘要】
1.一种基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：确定进行设站所需的第一CPIII控制点以及第二CPIII控制点，分别进行照准与测量得到全站仪坐标系下对应的三维坐标值；将所述第一CPIII控制点以及所述第二CPIII控制点的三维测量坐标值进行空间变换，计算得到对应CPIII控制点到全站仪的平距以及垂距，并根据所述平距以及垂距计算得到所述全站仪在大地坐标系下对应的三维坐标值以及概略方向角。2.根据权利要求1所述的基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其特征在于，在确定进行设站所需的第一CPIII控制点以及第二CPIII控制点，分别进行照准与测量得到全站仪坐标系下对应的三维坐标值的步骤之后，所述方法还包括：将所述全站仪的坐标设置为(0，0，0)，将全站仪坐标系x轴和y轴方向设置到双轴所在的位置，并测量获取所述全站仪的当前倾角信息，所述当前倾角信息包括当前α倾角值以及当前β倾角值。3.根据权利要求2所述的基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，第一CPIII控制点或第二CPIII控制点的三维坐标值可记为(x,y,z)，其特征在于，将所述第一CPIII控制点以及所述第二CPIII控制点的三维坐标值进行空间变换的方法包括如下步骤：将全站仪坐标系围绕x轴旋转α角度，对应的坐标变换公式为：将所述全站仪坐标系继续围绕y轴旋转β角度，对应的坐标变换公式为：其中Rx以及Ry为转置矩阵，(x”,y”,z”)为经x轴旋转α角度后坐标变换后的三维坐标，(x',y',z')为依次经x轴旋转α角度以及绕y轴旋转β角度后坐标变换后的三维坐标。4.根据权利要求3所述的基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其特征在于，经空间转换后的所述第一CPIII控制点以及所述第二CPIII控制点的三维坐标可分别记为(x′1，y′1，z′1)以及(x'2，y'2，z'2)，所述计算得到对应的平距以及垂距的方法包括如下步骤：根据公式计算得到所述平距；根据公式h＝z'计算得到所述垂距；其中x为x′1或x′2，y为y′1或y′2，z为z′1或z′2。5.根据权利要求4所述的基于更少点的全站仪概略位姿的计算方法，其特征在于，所述全站仪的三维坐标值包括全站仪站点的概略坐标以及全站仪站点的概略高程，所述根据所述平距以及垂距计算得到所述全站仪在大地坐标系下对应的三...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶捷，朱洪涛，吴维军，
申请(专利权)人：江西日月明测控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36