一种三角GPS测量杆及测量方法

技术领域

本发明属于工程GPS测量技术领域,具体涉及一种用于工程测量的三角GPS测量杆及测量方法。

背景技术

工程测量中经常采用GPS进行点测量或者施工放样。传统的工程GPS测量装置包括一对中杆，对中杆上端固定一GPS定位仪，将对中杆下端支撑在待测点上，并保持对中杆与水平面垂直，通过GPS定位仪的接受数据和对中杆长度，可计算出待测点的空间坐标。对中杆上设有水准泡，测量时通过观测和调整水准泡居中控制对中杆的垂直度，存在的问题是通过目测判断水准泡是否居中会产生人为误差，导致测量精度下降，且测量时需反复调整，施工效率较低。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种三角GPS移动测量杆及测量方法，测量杆上不设水准泡，测量时测量杆不用对中，使GPS测量杆在任意角都可进行工程测量与施工放样，简化GPS工程测量杆的操作，提高GPS测量效率。

本发明提供的一种三角GPS移动测量杆，其特征在于：包括一支撑杆，所述支撑杆的上端固定连接一圆盘，支撑杆与圆盘的底面垂直，支撑杆的轴心过圆盘的圆心；所述圆盘上设3个GPS测量点，每个GPS测量点用于连接一GPS测量仪，3个GPS测量点呈等边三角形设置，且等边三角形的中心与圆盘的圆心重合。

采用上述三角GPS测量杆进行工程测量的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将支撑杆的下端支撑在待测点上，保持支撑杆固定；

(2)通过GPS测量仪测得3个测量点的坐标；

(3)根据3个测量点的数据及支撑杆的长度，通过几何运算计算出待测点的位置数据。

本发明在测量杆上取消了水准泡，测量时不用刻意调整测量杆的垂直度，采用空间三角算法，通过3个点的GPS测量值直接推导待测点的坐标值，可避免人为立杆误差，增加测量精度，并提高测量效率。

附图说明

图1是本发明的GPS测量杆结构示意图；

图2是本发明的平面结构示意图；

图3是三角GPS测量杆的结构简化图；

图4是三角GPS测量杆测量时的状态简化图；

图5、图6、图7是待测点坐标的推导过程辅助图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明提供的一种三角GPS测量杆，包括一支撑杆1，所述支撑杆1的上端固定连接一圆盘2，支撑杆1与圆盘2的底面垂直，支撑杆1的轴心过圆盘2的圆心；所述圆盘顶面设3个GPS测量点3，每个GPS测量点设一螺杆或螺孔，用于连接一GPS测量仪，3个GPS测量点所在的平面与支撑杆的轴心垂直，3个GPS测量点3呈等边三角形设置，且等边三角形的中心与圆盘的圆心重合。

采用上述三角GPS测量杆进行工程测量，包括以下步骤：

(1)将支撑杆的下端支撑在待测点上，保持支撑杆固定；

(2)通过GPS测量仪测得3个测量点的空间坐标；

(3)根据3个测量点的数据及支撑杆的长度，通过几何运算计算出待测点的空间坐标数据。具体推导及运算过程如下：

将三角GPS测量杆的结构简化为如图3所示，点A、B、C为3个测量点，DE为支撑杆,点D为圆盘的圆心，点E为支撑杆下端。面ABC垂直直线OE且相交与点D。

测量杆实际测量时的状态结构简化为图4所示，在空间坐标系中，支撑杆下端E支撑在待测点上，即点E也代表待测点。ABC三点形成的三角形位于直径为R的圆D圆弧上，且三角形ABC为正三角形。

通过GPS测量仪测得A、B、C的坐标分别为(x

∵点D为ΔABC外切圆圆心，且ΔABC为全等三角形

∴由空间几何关系得:

当支撑杆与水平面垂直时，z′

点E的坐标为

当不考虑支撑杆与水平面垂直时，可推导待测点E的坐标值(x

如图5所示，在空间坐标系中，对ABC三点Z轴线坐标值排序。设z′

过D点做平行于

∵I

∴

又∵ab直线在

∴I

又∵已知直线

∴ED⊥直线ab

又I

∴直线

又∵ID位于

∴直线ab⊥直线DI

又∵

∴∠I

又∵

∴∠I

又∵做

∴设a(x′,y′,z

又∵当z′

图6(1)中，A

由几何关系得:

图6(2)中，A

由几何关系得:

当z′

图7(1)中C

由几何关系得:

图7(2)中C

由几何关系得:

同理得点b坐标为

由空间坐标系两点距离公式可得:

又

又

又

又

又

∴带入公式可得z

按上述步骤同理分别做