一种高程测量系统和方法

技术领域

本发明涉及高程测量技术领域，具体涉及一种道路、桥梁等工程施工完成面的高程坐标快速精准测量系统和测量方法。

背景技术

在道路、桥梁工程的施工过程中，往往需要频繁的对路面高程进行测量，以便对完成面施工质量的监控，或指导后续施工作业。传统的高程坐标测量主要采用人工测量的方式，通过人工架设调平测量仪器，然后进行逐点接触式测量。这种测量方法效率低、周期长、劳动强度大，需要施工人员掌握必要的测量技能。因此，传统高程坐标测量方式极大地制约了项目施工进度。

现有一些方案中，采用了RTK测量高程的方式，可以借助RTK设备快速对待测点位进行高程测量。但是由于RTK固有的特性，其测量误差一般在1厘米以上，对于高程测量精度要求较高的场合，RTK测量方式也难以满足。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于自动全站仪和导航机器人的高程测量系统及高程测量方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种高程测量系统，包括自动全站仪平台、360°棱镜和智能导航机器人平台，所述360°棱镜安装在所述智能导航机器人平台上，所述自动全站仪平台用于测量计算所述360°棱镜的位置坐标，所述智能导航机器人平台用于测量计算被测点相对于360°棱镜的相对坐标，并结合所述360°棱镜的位置坐标计算被测点的位置坐标，得到被测点的高程信息。

进一步的，所述自动全站仪平台和所述智能导航机器人平台均包含通信模块，用于所述自动全站仪平台和所述智能导航机器人平台间的数据传输。

进一步的，所述智能导航机器人平台包括机器人、自主导航控制器、姿态传感器、高程测量仪，所述机器人由所述自主导航控制器控制，移动至被测点，所述姿态传感器安装在所述机器人上，用于获取机器人位姿；所述高程测量仪安装在所述机器人上，用于对地采集被测点相对机器人的高程。

另一方面，本发明提供一种高程测量方法，该方法基于上述的高程测量实现，包括以下步骤：

对自动全站仪平台调平并获取自动全站仪的位置坐标；

对所述智能导航机器人平台进行标定，获取360°棱镜与所述智能导航机器人平台相对位置关系；

所述智能导航机器人平台移动至被测点位，测量并和计算被测点相对于智能导航机器人平台的高程；

自动全站仪平台锁定智能导航机器人平台上的360°棱镜位置，并测量计算360°棱镜点的坐标；

智能导航机器人平台获取360°棱镜点的坐标，并根据360°棱镜与所述智能导航机器人平台相对位置关系以及被测点相对于智能导航机器人平台的高程计算被测点坐标，获得被测点的高程。

进一步的，该方法还包括：

通过高程测量仪测量所述智能导航机器人平台的对地高度，并通过姿态传感器获取所述智能导航机器人平台的倾斜角度；

根据所述智能导航机器人平台的对地高度及其倾斜角度被测点相对于360°棱镜的相对坐标；

智能导航机器人平台根据360°棱镜点的坐标及被测点相对于360°棱镜的相对坐标，计算被测点坐标，获得被测点的高程。

本发明的有益效果是：本发明通过利用导航机器人的自主循迹功能，和自动全站仪的精准测量功能，实现对施工完成面高程坐标的自动精准测量，减少了施工测量过程中的人力投入，提高了测量效率和测量精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高程测量系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的被测点相对于360°棱镜点的相对坐标的测量示意图；

图3为本发明实施例提供的测量智能导航机器人平台坐标的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、自动全站仪平台，2、智能导航机器人平台，3、第一电源，4、第一通信模块，5、自主导航控制器，6、姿态传感器，7、高程测量仪，8、360°棱镜，9、机器人，10、操控平板，11、调平支架，12、第二电源，13、自动全站仪，14、第二通信模块

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种高程测量系统，包括自动全站平台1和智能导航机器人平台2两部分。

其中自动全站仪平台1包括：调平支架11、自动全站仪13、第二通信模块14、第二电源12。自动全站仪平台与第二通信模块通过有线或无线连接，用于实现与智能导航机器人平台的数据传输。

调平支架11用于支撑固定自动全站仪13，并可手动调平，在实施自动化测量前，手动调平支架。自动全站仪安装于调平支架上固定，在实施自动化测量前，手动调平自动全站仪，并设定自身坐标，自动全站仪具备自动搜索360°棱镜位置的功能。第二电源为自动全站仪平台和第二通信模块提供电能。

智能导航机器人平台2包括：机器人9、自主导航控制器5、姿态传感器6、360°棱镜8、高程测量仪7、操控平板10、第一通信模块4、第一电源3。智能导航机器人平台2通过有线或无线连接第一通信模块4，用于实现与自动全站仪平台1的数据传输。

机器人9可以是轮式、履带式机器人，机器人9可以根据自主导航控制器5的指令实施受控行驶。自主导航控制器5安装于机器人9上，通过有线方式分别连接机器人9、姿态传感器6、高程测量仪7，自主导航控制器5通过有线或无线方式连接第一通信模块4，自主导航控制器5通过无线方式连接操控平板。姿态传感器6固定安装于机器人9上，安装方向与机器人9方向一致。高程测量仪7固定安装于机器人9上，可以位于不同位置，安装方向与机器人9水平方向垂直，并指向地面。操控平板10可由操作人员手持，也可以置于智能导航机器人平台2。第一电源为机器人9、自主导航控制器5、姿态传感器6、高程测量仪7、第一通信模块4提供电能。

在利用上述高程测量系统进行高程测量时，包括以下步骤：

1、通过智能导航机器人平台，搭载测量仪器自动到达被测点位，测量和计算被测点相对于智能导航机器人平台的高程。

1.1、智能导航机器人平台通过自主导航控制器操控机器人，实现智能导航机器人平台自动行驶。

1.2、操作人员通过操控平板导入设计图，可以是CAD文件，也可以是BIM文件，解析后得到待测量的路线，或者人工输入待测量的路线，操控平板将待测量的路线通过无线方式下发至自主导航控制器。

1.3、自主导航控制器根据操控平板下发的待测量路线，自动规划行驶路线及道路的待测点位，计算行驶速度和方向盘指令，发送至机器人执行，使得智能导航机器人平台按照规划路线行驶至待测点停车。当完成当前待测点的高程坐标测量后，自主导航控制器计算发送行驶速度和方向盘指令至机器人执行，自动开展下一个待测点的高程坐标测量，直至完成所有待测点的高程测量。

1.4、在每一个待测点处，通过高程测量仪，测量对地高度，通过姿态传感器测量机器人倾斜角度，最后通过自主导航控制器计算被测点相对于360°棱镜的坐标。

测量和计算方法如下：

(1)自主导航控制器获取高程测量仪器相对于360°棱镜的坐标(a,b,c)，自主导航控制器获取高程测量仪器测量的对地高度H，自主导航控制器获取姿态传感器测量的机器人倾斜角度为roll、pitch、yaw，分别代表横滚角、俯仰角、航向角。图2所示为被测点相对于棱镜点的相对坐标的测量示意图。

(2)自主导航控制器计算被测点相对于360°棱镜的坐标为：

2、通过自动全站仪平台，精确测量计算智能导航机器人平台的坐标.

2.1、自主导航控制器通过第二通信模块，向自动全站仪平台发送测量指令。

2.2、自动全站仪接收到测量指令后，自动锁定智能导航机器人平台的棱镜点位置，并测量计算棱镜点的坐标。图3所示为测量智能导航机器人平台坐标的示意图。

测量计算方法如下：

(1)自动全站仪获取自身的坐标为(x0,y0,z0)。

(2)自动全站仪测量360°棱镜相对于自动全站仪的相对坐标(Δx0,Δy0,Δz0)。

(3)自动全站仪计算棱镜点的坐标为：

(x2,y2,z2)＝(x0+Δx0,y0+Δy0,z0+Δz0)

2.3、自动全站仪平台通过通信模块，将测量计算结果发送至智能导航机器人平台。

3、智能导航机器人平台通过通信模块，从自动全站仪平台获取智能导航机器人平台的坐标，计算被测点的高程坐标。

被测点的坐标计算方法为：

(x,y,z)＝(x1+x2,y1+y2,z1+z2)

则被测点的高程坐标为：z＝z1+z2。

本发明通过利用导航机器人的自主循迹功能，和自动全站仪的精准测量功能，实现对施工完成面高程坐标的自动精准测量。通过本发明，能够解决传统施工测量中普遍存在的外业测量效率低、劳动强度大等问题，同时极大地提升高程坐标测量的效率和质量。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。