一种高程测量装置及高程测量方法

摘要

本申请实施例提供一种高程测量装置及高程测量方法，其中，该装置包括：数据采集箱；真空管道，设置在数据采集箱内；电磁铁吸盘，设置在真空管道上方；铁磁金属小球，在电磁铁吸盘上电时吸附在电磁铁吸盘上，在电磁铁吸盘断电时沿真空管道下落；起始计时单元，设置在数据采集箱上方，用于获取铁磁金属小球开始下落的时刻；结束计时单元，设置在数据采集箱下方，用于获取铁磁金属小球下落到真空管道底部的时刻；激光测距单元，设置在数据采集箱上方，用于获取目标点到高程测量装置的中轴原点的高度差值；自动安平单元，设置在数据采集箱下方，用于调整高程测量装置，使高程测量装置处于水平状态。利用上述装置进行高程测量能提高测量效率。

说明书

技术领域

本申请涉及测距技术领域，具体而言，涉及一种高程测量装置及高程测量方法。

背景技术

高程测量(height determination)是指确定地面点高程的测量工作。一点的高程一般是指这点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，又称海拔或绝对高程。

测量高程通常采用的方法有：水准测量、三角高程测量和气压高程测量。传统的水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程。

传统的水准测量主要缺点是，测量工作一般需要多人配合协同作业，不能直观快速推算未知点的高程,当两点相距较远或高差太大时，需转点测站特别当预测的高程点距水准点较远或高差很大时，需要连续多次安置仪器以测出两点的高差。为测A、B两点的高差，需在AB线路上增加多个中间点，将AB高差分成若干个水准测站、转点，连续分段进行测量；水准测量外业式作结束后，不能直接输出测量成果，还需内业人员检查手簿，再计算各点间的高差。经检核无误后，才能进行计算和调整高差闭合差。最后计算各点的高程。这种测量方式效率较低下。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种高程测量装置及高程测量方法，可快速测到任意单点位置高程数据，并实现采集数据实时记录，无需后期加工修正，提高测量效率。

第一方面，本申请实施例提供了一种高程测量装置，该装置包括：

数据采集箱；

真空管道，设置在所述数据采集箱内；

电磁铁吸盘，设置在所述真空管道上方；

铁磁金属小球，在所述电磁铁吸盘上电时吸附在所述电磁铁吸盘上，在所述电磁铁吸盘断电时沿所述真空管道下落；

起始计时单元，设置在所述数据采集箱内部的上方，用于获取所述铁磁金属小球开始下落的时刻；

结束计时单元，设置在所述数据采集箱内部的下方，用于获取所述铁磁金属小球下落到所述真空管道底部的时刻；

激光测距单元，设置在所述数据采集箱外部的上方，用于获取目标点到所述高程测量装置的中轴原点的高度差值；

自动安平单元，设置在所述数据采集箱外部的下方，用于调整所述高程测量装置，使所述高程测量装置处于水平状态。

在上述实现过程中，首先，通过自动安平单元将高程测量装置进行安平，使高程测量装置处于水平状态上，获取该高程测量装置的补偿系数值。接着，通过激光测距单元获取测量的目标点到该高程测量装置的中轴原点的距离。最后，使所述激光测距单元断电，铁磁金属小球开始下落，此时起始计时单元记录当前的时刻，当小球下落到真空管道的底部时，结束计时单元记录当前的时刻，根据起始计时单元以及结束计时单元记录的时间计算当前高程测量装置的中轴原点的海拔高度；根据补偿系数，目标点到高程测量装置的中轴原点的高度差值，高程测量装置的中轴原点的海拔高度计算出目标点的高度差值。基于上述的装置，可以一次性计算出目标点的高程，相比于现有技术，测量效率得到大幅度提升。

进一步地，所述高程测量装置还包括：控制单元，设置在所述高程测量装置的上盖的上方，分别与所述电磁铁吸盘、所述起始计时单元、所述结束计时单元、所述激光测距单元电性和所述自动安平单元连接。

在上述实现过程中，控制单元控制自动安平单元进行自动安平，获取补偿参数。控制激光测距单元获取目标点到高程测量装置的中轴原点的高度差值，控制激光测距单元断电，控制起始计时单元和结束计时单元记录铁磁金属小球开始掉落以及位于真空管道底部的时间，并根据上述时间计算出高程测量装置的中轴原点的海拔高度，最后根据补偿参数、目标点到高程测量装置的中轴原点的高度差值以及高程测量装置的中轴原点的海拔高度计算出目标点的高程。基于上述实施方式，能够实现高程测量装置的自动化测量。

进一步地，所述高程测量装置还包括：

竖轴旋转云台，第一端与所述数据采集箱的上盖固定连接，第二端穿过所述控制单元，与所述控制单元转动连接；

横轴旋转云台，穿过所述控制单元和位于所述控制单元侧面的激光测距单元，与所述控制单元固定连接，与所述激光测距单元转动连接。

在上述实现过程中，通过竖轴旋转云台以及横轴旋转云台可以将激光测距单元移动，使激光测距单元对准目标点。基于上述实施方式，可加快获取目标点的高程。

进一步地，所述高程测量装置还包括控制按键面板和显示面板，所述控制按键面板和所述显示面板设置在所述上盖的上方。

在上述实现过程中，控制按键面板以及显示面板可以与预先输入控制指令，使控制单元控制其他单元做相应的动作，例如使激光测距单元断电，旋转竖轴旋转云台以及横轴旋转云台等。基于上述实施方式，高程测量装置的人机交互能力得到提升。

进一步地，所述高程测量装置还包括：

控制天线，设置在所述控制单元的上方，并与所述控制单元电性连接，用于接收控制指令以及获取当前所述高程测量装置的纬度信息。

在上述实现过程中，控制天线一方面可以接收远程终端发送的控制指令并传送到控制单元，进一步使控制单元执行相应的动作，另一方面可以实时获取当前的纬度信息，纬度信息用于获取计算高程装置的中轴原点的海拔高度。基于上述实施方式，通过实时获取的纬度信息代替估计的纬度信息，可以使最终获取的目标点的高程更加精准。

进一步地，所述真空管道的内壁设置有感应单元，所述感应单元与控制单元电性连接。

在上述实现过程中，如果铁磁金属小球在真空管道中掉落时碰到管壁，则结束计时单元记录的时间差会有延迟，当控制单元记录到感应单元被触发时，则重新开始测量。基于上述实施方式，能提高高程测量装置的测量精度。

进一步地，所述高程测量装置还包括：

固定支架台，通过所述自动安平单元与所述数据采集箱的底部托盘连接。

在上述实现过程中，高程测量装置的稳定性得到提升。

在一种可能的实施方式中，所述数据采集箱内设置有多个所述真空管道、多个所述起始计时单元和多个所述结束计时单元，所述多个真空管道上方设置有所述电磁铁吸盘，下方设置有接收单元。

在上述实现过程中，利用单一真空管道获取的时间值可能因环境因素存在误差，采用多个真空管道、多个铁磁金属小球进行测量能提高测量精度。

第二方面，本申请提供一种高程测量方法，应用于第一方面所述的高程测量装置，方法包括：

通过自动安平单元进行安平，使所述高程测量装置位于水平状态；

获取所述高程测量装置的补偿系数；

将所述激光测距单元的目镜对准目标点，计算所述目标点到高程测量装置的中轴原点的高度差值；

使电磁铁吸盘断电，根据初始计时单元的时间数据、结束计时单元的时间数据获取所述高程测量装置的中轴原点的海拔高度；

根据所述补偿系数、所述目标点到高程测量装置的中轴原点的高度差值、所述高程测量装置的中轴原点的海拔高度获取目标点的高程。

在上述实现过程中，高程测量装置的所在地面不是水平面，如果此时进行测量会因为高程测量装置的倾斜而导致测量结果存在较大误差，因此，利用自动安平单元将整个高程测量装置进行安平，减少误差，并且自动安平单元获取高程测量装置的补偿参数，接着，通过获取高程测量高程装置中轴原点的海拔高度，再获取中轴原点到目标点的高度差值，最终根据上述获取到的三个数据，可以一次计算出目标点的高程数据，准确性较高。其中，中轴原点的海拔高度利用铁磁金属小球的自由落体时间进行计算，自由落体的时间通过起始计时单元以及结束计时单元获得，数据准确。基于上述实施方式，能够一次性获取目标点的高程数据，并且获得的高程数据结果相比于现有技术的测量手段更加精确。

进一步地，所述计算所述高程测量装置的中轴原点到目标点的高度差值的步骤，包括：

获取所述目标点到所述激光测距单元的激光距离；

获取所述激光测距单元的转动角度；

根据所述目标点到所述激光测距单元的激光距离、所述激光测距单元的转动角度计算所述高程测量装置的中轴原点到目标点的高度差值。

在上述实现过程中，通过目标点到激光测距单元的激光距离，激光测距单元的转动角度，通过简单的几何计算即可得出目标点到高程测量装置的中轴原点的距离。基于上述实施方式，能够加快获取目标点的高程数据。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的高程测量装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的数据采集箱上盖的示意图；

图3为本申请实施例提供的真空管道的示意图；

图4为本申请实施例提供的数据采集箱底部托盘的示意图；

图5为本申请实施例提供的高程测距方法的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的获取激光测距仪到目标点高程差值的示意图。

图标：1-数据采集箱；11-真空管道；111-感应单元；12-电磁铁吸盘；13-铁磁金属小球；14-起始计时单元；15-结束计时单元；16-接收单元；17-上盖；18-底部托盘；19-密封装置；2-控制单元；3-激光测距单元；4-自动安平单元；5-竖轴旋转云台；6-横轴旋转云台；7-控制按键面板；8-显示面板；9-控制天线；10-固定支架台。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

传统的水准测量一般需要多人配合协同作业，不能直观快速推算未知点的高程,当两点相距较远或高差太大时，需转点测站特别当预测的高程点距水准点较远或高差很大时，需要连续多次安置仪器以测出两点的高差。水准测量外业式作结束后，不能直接输出测量成果，还需内业人员检查手簿，再计算各点间的高差。经检核无误后，才能进行计算和调整高差闭合差。最后计算各点的高程。这种测量方式效率较低下。

有鉴于此，本申请提供一种高程测量装置以及高程测量方法。能够提高测量效率。

实施例1

本申请提供一种高程测量装置，参见图1、图2、图3，图4，该装置包括：

数据采集箱1；

真空管道11，设置在所述数据采集箱1内；

电磁铁吸盘12，设置在所述真空管道11内上方；

铁磁金属小球13，在所述电磁铁吸盘12上电时吸附在所述电磁铁吸盘12上，在电磁铁吸盘12断电时沿所述真空管道11下落；

起始计时单元14，设置在所述数据采集箱1内上方，用于获取所述铁磁金属小球13开始下落的时刻；

结束计时单元15，设置在所述数据采集箱1内下方，用于获取所述铁磁金属小球13下落到所述真空管道11底部的时刻；

激光测距单元3，设置在所述数据采集箱1外上方，用于获取目标点到所述高程测量装置的中轴原点的高度差值；

自动安平单元4，设置在所述数据采集箱1外下方；3个自动安平单元呈三角形，顶部与数据采集箱1的底部托盘18相贴合，用于调整所述高程测量装置，使所述高程测量装置处于水平状态。

首先，通过自动安平单元4将高程测量装置进行安平，使高程测量装置处于水平状态上，获取该高程测量装置的补偿系数值。接着，通过激光测距单元3获取测量的目标点到该高程测量装置的中轴原点的距离。最后，使所述激光测距单元3断电，铁磁金属小球13开始下落，此时起始计时单元14记录当前的时间，当小球下落到真空管道11的底部时，结束计时单元15记录当前的时间，根据起始计时单元14以及结束计时单元15记录的时间计算当前高程测量装置的中轴原点的海拔高度，最后根据补偿系数，目标点到高程测量装置的中轴原点的高度差值，高程测量装置的中轴原点的海拔高度计算出目标点的高度差值。基于上述的装置，可以一次就计算出目标点的高程，相比于现有技术，效率得到大幅度提升。

在一种可能的实施方式中，自动安平单元4包括：加速度倾角传感器与光电双轴电子补偿器，通过速度倾角传感器与光电双轴电子补偿器分别调整三角位置的液压水平提升单元，从而实现自动安平可以实现自动安平。

在一种可能的实施方式中，真空管道11下方还设置有接收单元16，接收单元16可以接收金属小球。

在一种可能的实施方式中，所述高程测量装置还包括：控制单元2，设置在所述高程测量装置的上盖17的上方，分别与所述电磁铁吸盘12、所述起始计时单元14、所述结束计时单元15、所述激光测距单元3和所述自动安平单元4电性连接。

上述实施例中，控制单元2控制自动安平单元4进行自动安平，并获取补偿参数。控制激光测距单元3获取目标点到高程测量装置的中轴原点的高度差值，控制激光测距单元3断电，控制起始计时单元14和结束计时单元15记录铁磁金属小球13开始掉落以及位于真空管道11底部的时间，并根据上述时间计算出高程测量装置的中轴原点的海拔高度，最后根据补偿参数、目标点到高程测量装置的中轴原点的高度差值以及高程测量装置的中轴原点的海拔高度计算出目标点的高程。基于上述实施方式，能够实现高程测量装置的自动化测量。

在一种可能的实施方式中，所述高程测量装置还包括：

竖轴旋转云台5，第一端与所述数据采集箱1的上盖17固定连接，第二端穿过所述控制单元2，与所述控制单元2转动连接；

横轴旋转云台6，穿过所述控制单元2和位于所述控制单元2侧面的激光测距单元3，与所述控制单元2固定连接，与所述激光测距单元3转动连接。

通过竖轴旋转云台5以及横轴旋转云台6可以将激光测距单元3移动，使激光测距单元3对准目标点。基于上述实施方式，可加快获取目标点的高程。

在一种可能的实施方式中，竖轴旋转云台5以及横轴旋转云台6上安装有带角度的光栅。

所述高程测量装置还包括控制按键面板7和显示面板8，所述控制按键面板7和所述显示面板8设置在所述上盖17的上方。

控制按键面板7以及显示面板8可以与预先输入控制指令，使控制单元2控制其他单元做相应的动作，例如使激光测距单元3断电，旋转竖轴旋转云台5以及横轴旋转云台6等。基于上述实施方式，高程测量装置的人机交互能力得到提升。

在一种可能的实施方式中，所述高程测量装置还包括：

控制天线9，设置在所述控制单元2的上方，并与所述控制单元2电性连接，用于接收控制指令以及获取当前所述高程测量装置的纬度信息。

控制天线9一方面可以接收远程终端发送的控制指令并传送到控制单元2，进一步使控制单元2执行相应的动作，另一方面可以实时获取当前的纬度信息，纬度信息用于获取计算高程装置的中轴原点的海拔高度。基于上述实施方式，通过实时获取的纬度信息代替估计的纬度信息，可以使最终获取的目标点的高程更加精准。

所述真空管道11的内壁设置有感应单元111，所述感应单元111与控制单元2电性连接。

在上述实现过程中，如果铁磁金属小球13在真空管道11中掉落时碰到管壁，则结束计时单元15记录的时间差会有延迟，当控制单元2记录到感应单元111被触发时，则提示操作人员重新开始测量。基于上述实施方式，能提高高程测量装置的测量精度。

在一种可能的实施方式中，所述高程测量装置还包括：

固定支架台10，通过所述自动安平单元4与所述数据采集箱1的底部托盘18连接。

在上述实现过程中，高程测量装置的稳定性得到提升。

在一种可能的实施方式中，数据采集箱1的底部托盘18四周设置有密封装置19，密封装置19将数据采集箱1的箱体以及底部托盘18连接。基于上述实施方式，提高了数据采集箱1的密封性，铁磁金属小球13的下降过程中受空气阻力的影响变小。

在一种可能的实施方式中，所述数据采集箱1内设置有多个所述真空管道11、多个所述起始计时单元14和多个所述结束计时单元15，所述多个真空管道11上方设置有所述电磁铁吸盘12，下方设置有接收单元16。

在上述实现过程中，利用单一真空管道11获取的时间值可能因环境因素存在误差，采用多个真空管道11、多个铁磁金属小球13进行测量能提高测量精度。

示例性地，参见图2，图3，图4，多个真空管道11呈蜂巢状排列在数据采集箱1中，数据采集箱1的上盖17设置有多个初始计时单元14，底部托盘18设置有多个结束计时单元。一个初始计时单元14和一个结束计时单元15能同时计算多个小球的开始掉落时刻以及结束掉落时刻。

实施例2

本申请提供一种高程测量方法，应用于第一方面所述的高程测量装置，方法包括：

S1：通过自动安平单元4进行安平，使所述高程测量装置位于水平状态；

S2：获取所述高程测量装置的补偿系数；

S3：将所述激光测距单元3的目镜对准目标点，计算所述目标点到高程测量装置的中轴原点的高度差值；

S4：使电磁铁吸盘12断电，根据初始计时单元的时间数据、结束计时单元15的时间数据获取所述高程测量装置的中轴原点的海拔高度；

S5：根据所述补偿系数、所述目标点到高程测量装置的中轴原点的高度差值、所述高程测量装置的中轴原点的海拔高度获取目标点的高程。

在一种可能的实施方式中，获取所述高程测量装置的补偿系数的步骤如下：

将激光测距单元3对准已知高程基准点，获取激光测距单元3到基准点的激光距离；

通过天线获取当前标定位置的坐标；

通过控制单元2中的预设模块，根据激光测距单元3到基准点的激光距离和当前标定位置的坐标获取本装置中轴原点的高程与基准点换算高程的差值，将差值作为补偿系数h

在一种可能的实施方式中，S3，包括：

S31：获取所述目标点到所述激光测距单元3的激光距离；

S32：获取所述激光测距单元3的转动角度；

S33：根据所述激光距离、所述激光测距单元3的转动角度计算所述高程测量装置的中轴原点到目标点的高度差值。

通过目标点到激光测距单元3的激光距离，激光测距单元3的转动角度，通过简单的几何计算即可得出目标点到高程测量装置的中轴原点的距离。基于上述实施方式，能够加快获取目标点的高程数据。

在一种可能的实施方式中，根据所述激光距离、所述激光测距单元3的转动角度计算所述高程测量装置的中轴原点到目标点的高度差值，可以通过以下公式实现：

z＝r*cosθ；

h

其中，x，y，z为目标点在以高程测量装置的中轴原点为原点的坐标系下的坐标，r为激光测距单元到目标点激光距离，h

在一种可能的实施方式中，为了减少误差，获取所述高程测量装置的中轴原点的海拔高度h

其中，g为高程测量装置的自由落体加速度，通过真空管道11获得，具体步骤如下：

为电磁铁吸盘12通电，将铁磁金属小球13吸附在电磁铁吸盘12上，根据真空管道11的长度、起始计时单元14以及结束计时单元15记录的时刻的时间差，通过自由落体公式计算出当前高程测量装置所在的自由落体加速度g。

若有多个真空管道11，则可以获取多个真空管道11测得的自由落体加速度，通过最小二乘法获取处理过的自由落体加速度，减少误差。

基于以补偿系数h

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。