[发明专利]相对于地面标志来定位勘测仪器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在坐标系——例如地基(ground-based)坐标系——中定位(localize)勘测仪器(surveying instrument)——诸如全站仪(total station)——的方法。具体而言，本发明涉及一种用于确定勘测仪器——其具有包含至少一个摄影机的壳体——相对于位于地平面(ground level)的标志(mark)的高度的方法，以及一种用于相对于该标志来定位该勘测仪器的方法。

背景技术

勘测技术涉及通过对角度和距离的测量来确定目标的未知位置、表面或体积。为了进行这些测量，勘测仪器常常包括电子测距单元(EDM单元)——其可以集成在经纬仪中，由此形成所谓的全站仪。全站仪结合了电子、光学及计算机技术，并且还设有带有可写信息的计算机或控制单元，该可写信息用于控制待执行的测量以及用于存储在测量期间获得的数据。典型的全站仪包括：基座，其带有安装在三脚架(tripod)上的三脚台(tribrach)；照准仪(alidade)，其安装在该基座上，用于绕竖直轴线旋转；以及中央单元，其安装在该照准仪上，用于绕水平轴线旋转。该全站仪的中央单元包括用于瞄准觇标(target)的望远镜和光学元件。特别地，该中央单元设有EDM单元，该EDM单元通常在该中央单元的光学轴线方向上——即沿着视线——运行。在例如同一申请人的WO 2004/057269中，更加详细地描述了这种全站仪。优选地，该全站仪计算觇标在坐标系——例如固定的地基坐标系——中的位置。然而，由于该全站仪测量该觇标相对于该全站仪自身位置的位置，所以需要知道该全站仪在该固定的地基坐标系中的位置(或地点(location))。

根据第一个替代方案，可以通过被称为“自由设站(free stationing)”的方法来确定该全站仪在固定的地基坐标系中的位置。在这个方法中，该勘测仪器被放置在该坐标系(例如在工地)中的任选地点。首先，执行校平程序(leveling procedure)，使得该全站仪在安装到该三脚架上时不倾斜。特别地，确定该全站仪的竖直旋转轴线(最低点(nadir))是否与铅垂(vertically plumbed)轴线对准，即该仪器的最低点是否竖直地延伸。然后，测量到两个(或更多)觇标——其放置在该地基坐标系的两个(或更多)已知点——的方向(即竖直角和水平角)以及可选地距离。这些已知点也可以被称为控制点。该地基坐标系的控制点对应于位于地平面的参考点或参考标志，并且这些控制点在该地基坐标系中的坐标是已知的。一俟获得这两个(或更多)控制点的方向，就可以确定该全站仪在该地基坐标系中的地点——即该全站仪的地点坐标。自由设站的一个缺点在于：如果该全站仪需要被移至另一个位置然后移回初始位置以用于例如获取进一步的测量，那么就很难重新获得该全站仪的初始位置。难以高精确度地在地面上对全站仪的位置作标记。

根据另一个替代方案，该全站仪可以直接被置于该地基坐标系的某控制点上方。然而，将该全站仪精确放置在这种控制点上方是十分冗长的程序。然后，将该全站仪安装在该三脚架上，并通过透过光学对中器(optical plummet)的目镜(eye piece)观察来使该全站仪对中(center)到该控制点上方。该目镜提供了带有中央标志的视野(view)，该中央标志允许将该全站仪直接对中到该控制点上方。最终的对中是根据迭代程序(iterative procedure)来执行的，在该迭代程序期间，勘测者使该全站仪在该三脚架上方滑动(例如通过移动该三脚台)，直至该全站仪被对中到该控制点上方，即，从目镜中看到该中央标志覆盖该控制点。一俟该全站仪被对中并校平，该全站仪就被稳固地附接至该三脚架。在这个阶段，该全站仪在该地基坐标系中的坐标(x，y)是已知的，并且对应于该控制点的坐标。然而，完全定位该全站仪还需要确定该全站仪所处的高度以及该全站仪所指方向的倾向(orientation)。该高度一般是使用卷尺(measuring tape)或类似装置来确定的；然而，这种测量的精确度通常是有限的，由此降低了该勘测仪器此后进行的测量的精确度。该全站仪的倾向是通过这样的方式达成的：使该勘测仪器的中央单元指向远离于该全站仪的另一个控制点(其具有已知位置)，并确定该全站仪到这个控制点的水平角。

总之，上述现有技术方法精确度有限、耗时、且不是使用者友好的。

因此，需要提供克服这些问题的新的方法和系统。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术的上述劣势和缺点，并提供相比于上述技术和现有技术更高效的替代方案。