[发明专利]全站仪免置平的定位方法

说明书

本发明公开了一种全站仪免置平的定位方法，所述方法包括：以全站仪的光心作为坐标系原点，建立三个坐标系；其中，三个坐标系分别为全站仪坐标系、全站仪外框坐标系和全站仪内框坐标系；根据三个坐标系，利用全站仪测量N个基准点的斜距、水平角和垂直角；根据每个基准点的斜距、水平角和垂直角，转换得到每个基准点在全站仪坐标系下的坐标；选定一个全局坐标系，测量每个基准点在全局坐标系下的坐标；根据每个基准点在全局坐标系下的坐标和全站仪坐标系下的坐标，求解出全局坐标系与全站仪坐标系的转换矩阵，以定位任意全站仪坐标系下的待测点在全局坐标系下的坐标。本发明为多体机械系统的静力学动力学研究、各种工程测量提供了依据。

技术领域

本发明涉及一种全站仪定位方法，尤其是全站仪免置平的定位方法，属于工程测量技术领域。

背景技术

全站仪在工程测量领域已经得到广泛使用，但是目前全站仪多是在置平情况下进行测量，测量时往往需要精密地置平，这样时间花费多，且耗费人力。现有的全站仪的免置平情况下测量方法已经存在，但是由于对于全站仪坐标系的建立没有完整的表示出来，对于坐标转换矩阵的求解也多仅仅采用最小二乘法，导致计算结果误差较大，且缺乏对于全站仪坐标系与任意给定全局坐标系转换的方法。对于机械工程中，多体机械系统静、动力学研究各个体的质心等的定位，需要求得全站仪坐标系与各个体所在全局坐标系的转换关系。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术方案存在的缺陷，提供了一种全站仪免置平的定位方法，该方法实现了在全站仪免置平情况下将待测点在全站仪坐标系下的坐标转换为在全局坐标系下的坐标，为多体机械系统的静力学动力学研究、各种工程测量提供了依据。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

全站仪免置平的定位方法，所述方法包括：

以全站仪的光心作为坐标系原点，建立三个坐标系；其中，三个坐标系分别为全站仪坐标系、全站仪外框坐标系和全站仪内框坐标系；

根据三个坐标系，利用全站仪测量N个基准点的斜距、水平角和垂直角；其中，N≥3；

根据每个基准点的斜距、水平角和垂直角，转换得到每个基准点在全站仪坐标系下的坐标；

选定一个全局坐标系，测量每个基准点在全局坐标系下的坐标；

根据每个基准点在全局坐标系下的坐标和全站仪坐标系下的坐标，求解出全局坐标系与全站仪坐标系的转换矩阵，以定位任意全站仪坐标系下的待测点在全局坐标系下的坐标。

进一步的，所述以全站仪的光心作为坐标原点，建立三个坐标系，具体包括：

以全站仪的光心作为全站仪坐标系原点，全站仪坐标系的三个坐标轴分别为X轴、Y轴和Z轴，将水平角置零方向设置为Y轴，垂直角置零方向设置为Z轴，利用右手定则确定X轴，建立全站仪坐标系；

以全站仪的光心作为全站仪外框坐标系原点，全站仪外框坐标系的三个坐标轴分别为X₁轴、Y₁轴和Z₁轴，将垂直于外框主视平面的方向设置为Y₁轴，将全站仪坐标系的Z轴方向设置为Z₁轴，将仪器中心标志的方向设置为X₁轴，建立全站仪外框坐标系；

以全站仪的光心作为全站仪内框坐标系原点，全站仪内框坐标系三个坐标轴分别为X₂轴、Y₂轴和Z₂轴，将内框的物镜中心方向设置为Y₂轴，将垂直于内框主视平面的方向设置为Z₂轴，将全站仪外框坐标系的X₁轴方向设置为X₂轴，建立全站仪内框坐标系。

进一步的，所述根据每个基准点的斜距、水平角和垂直角，转换得到每个基准点在全站仪坐标系下的坐标，转换公式如下：