[发明专利]一种激光跟踪仪构建地理坐标系的方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业数字测量领域，是一种构建地理坐标系的方法，特别是一种激光跟踪仪构建地理坐标系的方法。

背景技术

地理坐标系，也可称为真实世界的坐标系，是用于确定物体在地球上位置的坐标系。最常用的地理坐标系是经纬度坐标系：以地球的经度和纬度为坐标轴，经度为东西方向，纬度为南北方向。这种坐标系也广泛用于工业数字测量领域。

地理坐标系包含六个基本要素，可由经纬度及右手坐标系原则确定的法矢方向为三个坐标轴，这样确定了坐标系的方向，可满足角度测量的任务。如需测量距离，则需确定具体的坐标系位置，即需要得到确定的坐标原点，通常坐标原点根据五四坐标系原则用GPS等相关设备确定。

工业数字测量中，坐标系的建立有很多方法，包括3-2-1方法、一面两销方法、空间最佳拟合方法等，这些方法虽然具体建系过程不同，但都需要以直接或间接的点、线、面这些基本要素为基础。工业测量中要建立地理坐标系，必须得到以这些基本元素表示的地理坐标系的经纬度方向及坐标原点，但是大多工业数字测量用高精度测量仪器并不具备得到经纬度方向的能力。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提出一种激光跟踪仪构建地理坐标系的方法，本方法是一种通过结合使用激光跟踪仪（自带水平仪）和经纬仪，快速高精度地建立地理坐标系的方法，满足高精度工业测量需求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种激光跟踪仪构建地理坐标系的方法，采用一台激光跟踪仪和一台经纬仪建立地理坐标系，步骤为：

1）首先调节所述经纬仪的水平方向和竖直方向，找到正北方向，并将所述经纬仪置零；

2）调节所述激光跟踪仪，通过其自带的水平仪，使其找正水平面，通过所述激光跟踪仪软件可得到此时所述激光跟踪仪所在水平面及其相对于地心的法矢方向，即所述激光跟踪仪所在点与地心连线方向，找正后得到的水平面作为基准水平面P；

3）在所述经纬仪所在空间任意布置2个所述激光跟踪仪的靶球A和靶球B，并分别在靶球A、B与所述经纬仪原点所在大致方向放置两个靶球C和D，对靶球C和D的具体位置没有严格要求；

4) 调节所述经纬仪对准所述靶球A的中心，测量其对应的水平角                                                ，固定此时水平角，转动所述经纬仪的竖直角到一定位置，移动靶球C及微调所述经纬仪的竖直角，使所述经纬仪对准靶球C的中心，以确保所述靶球A和C投影到水平面P后处于同一直线上；

5）调节所述经纬仪对准所述靶球B的中心，测量其对应的水平角，固定此时水平角，转动所述经纬仪的竖直角到一定位置，移动靶球D及微调所述经纬仪的竖直角，使所述经纬仪对准靶球D的中心，以确保所述靶球B和D投影到水平面P后处于同一直线上；

6）运用所述激光跟踪仪测量所述四个靶球A、B、C和D，并将其投影到水平面P内，得到四个投影点A、B、C和D的坐标值，投影后得到的四个点的水平角与对应的四个靶球的水平角没有发生变化；通过所述激光跟踪仪软件计算出点A、C连线和点B、D连线在水平面P内的交点， 与A、B构成三角形，若以为X轴建立坐标系，需求出与正北方向夹角；AB连线与正北方向交于点E，AB连线与正北方向夹角为角；为求出角，由所述激光跟踪仪软件计算得到内、、的长度、、，； 

内，由余弦定理得：

于是，在中，，

因此，；

7）通过所述激光跟踪仪软件建立地理坐标系，以水平仪所得的法矢方向为Z轴，所在直线为X轴，原点可按实际需要，根据GPS等相关设备提供的坐标点确定，建立完成后将所建坐标系绕Z轴旋转角，即可得最后需要的地理坐标系。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点：

通过使用一台经纬仪定出正北方向，然后运用激光跟踪仪测量软件建立地理坐标系的方法克服了激光跟踪仪不具备找北功能的缺点，同时，结构相对简单，计算容易，精确高；本方法中靶球的安放没有严格的要求，可根据现场实际情况来确定靶球安放的具体位置；本方法对于其他不具备高精度建立地理坐标系的测量仪器有一定的借鉴作用。

附图说明

图1是本方法建立地理坐标系的步骤流程图。

图2是本方法建立地理坐标系的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作进一步详细描述，