[发明专利]全站仪免置平自由设站及其工程测量方法

说明书

技术领域

本发明属于工程测量技术领域，涉及全站仪设站方法。

背景技术

现代全站仪，不仅能够自动测距、测角，而且还能完成相关信息的处理，如平距、高差、高程、坐标等的计算及设站、放样等相关应用，是工程测量中不可或缺的高效、高精度测量仪器。目前，全站仪自由设站的方法主要有一边一角后方交会法、两边距离交会、双边单角后方交会法。这些自由设站方法，大量应用于工程实践当中。但是，目前工程上自由设站及其测量方法都是基于全站仪在置平状态下进行的，不能在非置平状态下完成。若全站仪在非置平的状态下就能进行设站及其测量，将大大节约人力成本、时间成本和设备成本，大大提高野外作业效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全站仪免置平自由设站方法，以克服现有全站仪在实际工程应用中只能先进行精确置平，然后再设站的技术问题。

本发明所述的技术方案，可以通过对三个大地基准点或四个以上大地基准点的测量实现。

1、一种全站仪免置平自由设站及其工程测量方法（基于三个已知大地基准点）。

（1）全站仪以非置平的工作姿态，操作全站仪测量三个大地基准点的斜距、水平角与天顶距。

（2）根据测量得到的大地基准点的测量信息，利用全站仪免置平自由设站方法，获取全站仪站点的三维大地坐标及姿态信息。

（3）全站仪以该非置平的工作姿态，对待测点进行测量，通过全站仪免置平工程测量方法，获取待测点的三维大地坐标。

全站仪非置平的工作姿态就是任意非特定的工作姿态，即架设全站仪后只需目视简单置平甚至不置平。相对应地，按现有测量规范的要求，全站仪设站及测量之前，必须对全站仪进行精确置平。

斜距、水平角及天顶距是指全站仪按现有技术思路设计和测量时所获得的被测物在全站仪坐标系中的极坐标参数。

本发明所述的全站仪免置平自由设站方法，是本发明提出的通过三个已知的大地基准点的测量信息进行，计算全站仪站点三维大地坐标及姿态信息的方法。具体内容为：对已知的大地基准点P₁、P₂、 P₃进行边边交会或边角交会，设P₁、P₂、 P₃的大地坐标分别为（x₁，y₁，z₁）、（x₂，y₂，z₂）、（x₃，y₃，z₃），并已知全站仪站点P与各基准点的斜距s₁、s₂、s₃，设全站仪站点P的大地坐标为（x₀，y₀，z₀），则边边交会有：

             （1）

求解方程组（1），得到两个关于大地坐标系X'O'Y'平面对称的解，代入下列方程式：

                   （2）

式（2）表示的是基于方向余弦的三维坐标系转换模型，即将待测点在全站仪内部坐标系中的坐标变换到大地坐标系中。[X' Y' Z']^T为大地坐标系统中的坐标；[X Y Z]^T为全站仪坐标系统中的坐标；[ΔX ΔY ΔZ]^T 为平移量；μ为尺度比；R为方向余弦矩阵。