專利名稱：大地測量系統和操作大地測量系統的方法
技術領域：
本發明涉及一種大地測量系統，和一種操作大地測量系統的方法。特別地，本發明涉及一種大地測量系統，其包括地面測量儀器，以及用于全球導航衛星系統的天線和接收器。
背景技術：
目前，使用全球導航衛星系統的大地測量方法可達到亞厘米級定位精度。該精度尤其通過使用如差分測量(differential measurement)方法或多通道接收器的技術來實現。在差分測量方法中，同時進行使用兩個裝置的測量。多通道接收器可接收多個衛星的信號。使用全球導航衛星系統以進行大地測量的另一個好處是不需要個別測量儀器之間的視線連接。而且，與相似精度的地面測量相比，天氣和一天的時間狀況對于這種測量不
太重要。然而，在障礙物的近鄰位置，全球導航衛星系統的信號接收可能會比較差。所述障礙物例如可以是葉子或磚砌結構。因此，應用不同測量技術的結合(例如地面測量技術和使用全球導航衛星系統的測量系統的結合)是有利地。
發明內容
本發明提供了一種用于高效執行大地測量的大地測量系統。本發明進一步提供了一種用于操作這種大地測量系統的方法。實施例提供了一種大地測量系統，包括第一測量單元和第二測量單元；其中第一和第二測量單元中的每一個被構造為執行測量以獲取各自測量單元的定位數據。該大地測量系統進一步包括第一傾角儀，用于獲取第一傾角儀的傾角數據，該傾角數據表示在第一測量單元測量的垂直傾角；以及第二傾角儀，用于獲取第二傾角儀的傾角數據，該傾角數據表示在第二測量單元測量的垂直傾角。該大地測量系統構造為，根據第一傾角儀和第二傾角儀的傾角數據，確定在相對于大地測量系統的垂直調整(verticaladjustment)的水平面中第一傾角儀和第二傾角儀之間的相對方向角(orientation angle)。因此，提供了一種大地測量系統，其允許獲取有關第一測量單元相對于第二測量單元的方向的信息。該大地測量系統例如可由多個大地測量單元組成，多個大地測量單元彼此可拆卸地連接。在測量單元被分開并且重新連接之后，該大地測量系統可在相對于大地測量系統垂直調整的水平面中確定測量單元之間的相對方向角。大地測量系統可包括耦合系統，其被構造為使得第二測量單元可拆卸地耦合到第一測量單元。該耦合系統可包括螺紋連接、鎖定連接和/或夾緊連接。該第一和/或第二測量單元可被構造為手提式單元，其可拆卸地連接到剩余的大地測量系統上。該第一和/或第二測量單元可被構造為使得它們的位置可適應于單個用戶的需要，如身體大小。當用戶改變至少一個測量單元的位置之后，該大地測量系統可以確定在水平面中第一傾角儀相對于第二傾角儀的相對方向角。第一測量單元可包括衛星測量系統，其被構造為通過接收全球導航衛星系統的信號來進行定位。第二測量單元可以是地面測量儀器，例如距離測量系統、經緯儀和/或全站儀。該距離測量系統可以是光電距離測量系統，尤其是激光距離測量儀器。根據定位數據可以確定大地坐標。定位數據例如是通過衛星測量系統獲得的距離測量系統與目標的距離，目標的水平角度，目標的垂直角度，測點的位置和/或高度數據。通過確定第一傾角儀和第二傾角儀之間的相對方向角，可以將第一測量單元的定位數據和第二測量單元的定位數據與共同的坐標系關聯起來。舉例來說，第一測量單元是衛星測量系統，以及第二測量單元是地面測量系統。因此，基于相對方向角，可確定本地坐標系相對于全球坐標系的位置和方向。而且，通過使用兩個傾角儀的傾角數據，可能提高一個測量單元的定位精度。舉例來說，第一傾角儀測量大地測量系統的桿或三腳架的垂直傾角，而第二傾角儀測量距離測量系統的距離測量軸的垂直傾角，該距離測量系統連接到桿或三腳架。基于確定的相對方向角，可以根據測得的三腳架或桿的傾角，校正距離測量單元的測得的距離。因此，可以獲得準確的距離測量，即使桿或三腳架處于不完善的垂直調整中。該第一和/或第二傾角儀可以是雙軸傾角儀。第一和第二測量軸可定義一測量平面。該第一和第二測量軸可彼此垂直地定向。第一和/第二傾角儀可以是電子加速度計。特別地，該傾角儀可以是微機電(MEMS)加速度計。該微機電加速度計可以是彈簧質量系統，其包括一個或多個表示“彈簧”的二氧化硅網(silica web)，每一個二氧化硅網都是幾微米寬。該質量也可以由二氧化硅組成。第一和/或第二傾角儀可構造為液位傾斜傳感器。該液位傾斜傳感器可被構造使得相對于其余的傾斜傳感器，測量液面(如液-氣表面)的傾斜。液位傾斜傳感器可包括電的或電子的探測器。液位傾斜傳感器可被構造使得激光束在液面反射以及由位置靈敏探測器檢測該反射的激光束。該位置靈敏探測器可包括CMOS傳感器和CCD傳感器。美國專利7，388，658 B2中公開了液位傾斜傳感器的示例性實施例，該專利的全部內容在此以引用方式并入本文。傾角數據可表示傾角儀的測量平面的傾斜角和/或傾斜方向。該傾斜角可定義為傾角儀的測量平面相對于重力水平面(即垂直于重力向量定向的平面)的傾斜角度。該傾斜方向可定義為在重力水平面中的單位向量，其中傾斜方向定向在相對于重力水平面的測量平面的梯度方向上。第一和第二傾角儀的傾角數據表示各自測量單元的垂直傾角的測量。測量單元的垂直傾角例如可以根據傾角數據的校準而獲得。該校準建立了傾角儀的傾角與傾斜方向以及測量單元傾角與的傾斜方向之間的關系。第一和第二傾角儀可為相同的設計。因此，可以直接將第一傾角儀的傾角數據與第二傾角儀的傾角數據進行比較。或者，在將第一傾角儀的傾角數據與第二傾角儀的傾角數據進行比較之前，對傾角數據應用函數，使得轉換后的傾角數據是可比較的。舉例來說，第一傾角儀的測量范圍可以不同于第二傾角儀的測量范圍，并且該函數針對不同測量范圍進行校正。剛體具有六個運動自由度。該六個運動自由度，例如，由三個平移的坐標值和三個旋轉角度值來表示。在平移中，剛體的所有點都移動相同平移向量。該三個平移的坐標值一起定義了剛體的位置。在旋轉中，剛體的所有點關于旋轉軸轉動一個角度。該三個旋轉角度定義了剛體的方向。剛體的方向可由偏擺(yaw)、俯仰(pitch)和滾轉(roll)表示,或由歐拉角表示。相對方向角位于水平面中。相對于大地測量系統的垂直調整定義該水平面。也就是說，在與大地測量系統的垂直調整處的水平面相對應的平面中測量相對方向角。該垂直調整可以是標準方向或參考方向，在該方向執行大地測量。該相對方向角例如可以是第一傾角儀的第一測量軸在水平面上的投影與第二傾角儀的第一測量軸在水平面上的投影之間的角度。根據進一步的實施例，該大地測量系統構造為根據第一和第二傾角儀的傾角數據，確定在水平面中第一傾角儀和第二傾角儀之間的相對方向角，其中在大地測量系統的至少兩個不同方向上獲得傾角數據。大地測量系統的該至少兩個不同方向可以是相對于重力方向的兩個不同方向。該至少兩個方向可以被選擇為使得通過大地測量系統關于平行于重力方向的軸旋轉，它們不能被相互轉換。根據進一步的實施例，該大地測量系統進一步被構造為根據在該至少兩個不同方向上第一傾角儀的傾角數據和/或第二傾角儀的傾角數據，在相對于大地測量系統的垂直調整的水平面中確定參考方向。該大地測量系統可以進一步被構造為在水平面中確定相對于參考方向的第一傾角儀的方向角。而且，該大地測量系統可被構造為在水平面中確定相對于參考方向的第二傾角儀的方向角。根據一個實施例，大地測量系統進一步構造為在大地測量系統的第一和第二方向上，獲取第一傾角儀的傾角數據和第二傾角儀的傾角數據。在第一方向中第一傾角儀相對于第二傾角儀的方向，可以與在第二方向中第一傾角儀相對于第二傾角儀的方向相等。該大地測量系統可進一步構造為，根據第一和第二傾角儀在第一方向上和第二方向上的傾角數據來確定相對方向角。因此，提供一種大地測量系統，其允許簡單且快速地確定相對方向角。該大地測量系統可隨著大地測量系統從第一方向到第二方向的方向變化同時進行平移運動。相對于第一方向的第二方向可以是這樣，使得對于第一和/或第二傾角儀的第一和/或第二測量軸，在第一和在第二方向上的測量軸垂直傾角之間的絕對差值超過最小角度。該最小角度例如可以是5度，或10度，或15度。或者，相對于第一方向的第二方向可以是這樣，使得對于第一和/或第二傾角儀的測量平面，在第一和在第二方向上的測量平面的垂直傾斜角之間的絕對差值大于5度，大于10度，或大于15度。
根據進一步的實施例，大地測量系統被構造為在大地測量系統的多個方向上獲取第一傾角儀和第二傾角儀的傾角數據，以及從在多個方向上獲取的已獲取傾角數據中，選擇在第一和第二方向上的第一傾角儀和第二傾角儀的傾角數據。因此，提供一種大地測量系統，其例如允許在測量過程中，確定第一方向和第二方向的傾角數據。該大地測量系統可被構造為選擇第一和第二方向，使得確定相對方向角時的誤差盡可能小。根據進一步的實施例，確定相對方向角進一步包括為第一和第二傾角儀中的每一個，確定在第一和第二方向之間的各自傾角儀的傾角數據的變化或差值。確定該變化可包括將函數應用到第一方向的傾角數據和第二方向的傾角數據。因此，可以確定函數值，其代表方向的變化。例如，傾角數據的變化可包括確定第一方向的傾角數據值和第二方向的相應傾角數據值之間的差值。該傾角數據值例如可以是傾角儀的第一或第二測量軸的傾角。該大地測量系統可被構造為使得根據傾角數據的變化，可確定在相對于大地測量系統的垂直調整的水平面中的參考方向。根據進一步的實施例，為了確定相對方向角，該大地測量系統進一步構造為，根據第一方向上第一傾角儀的傾角數據和第二方向上第一傾角儀的傾角數據之間的變化，確定在相對于大地測量系統的垂直調整的水平面中第一傾角儀的方向角。該大地測量系統進一步構造為，根據第一方向上第二傾角儀的傾角數據和第二方向上第二傾角儀的傾角數據之間的變化，確定在相對于大地測量系統的垂直調整的水平面中第二傾角儀的方向角。在第一方向上的傾角數據和在第二方向上的傾角數據之間的變化，可以是在第一方向上的傾角數據和在第二方向上的傾角數據之間的差值。第一傾角儀和/或第二傾角儀的方向角可以是相對于參考方向的方向角。該大地測量系統可構造為根據第一和/或第二傾角儀的傾角數據可確定參考方向。根據進一步的實施例，該大地測量系統進一步構造為，根據第一傾角儀在水平面中確定的方向角和第二傾角儀在水平面中確定的方向角之間的比較或差值，確定相對方向角。根據進一步的實施例，該大地測量系統進一步構造為，根據相對方向角，以及進一步根據第一測量單元的定位數據和/第二測量單元的定位數據，確定大地坐標。因此，例如可以將第一測量單元的定位數據合并和/或補充到第二測量單元的定位數據。因此，可實現確定大地坐標時的更高精度。所述大地坐標可以是測點的大地坐標。測點可以是大地測量系統的一個位置或大地測量系統的一個目標點。在該目標點，可設置目標。根據進一步的實施例，該大地測量系統構造為，根據相對方向角，確定相對于第二測量單元的定位數據的坐標系的、第一測量單元定位數據的坐標系的位置和方向。根據進一步的實施例，該第一測量單元包括用于全球導航衛星系統的天線和接收器。附加地或可替代地，該第二測量單元包括地面測量儀器。因此，例如可以將通過使用導航衛星的信號獲取的定位數據匹配或補充到由地面測量儀器獲取的定位數據。因此，可以根據相對方向角確定相對于全球坐標系的本地坐標系的位置和方向。該地面測量儀器可包括距離測量系統、經緯儀、視距儀和/或全站儀。
實施例提供了一種操作大地測量系統的方法，其中該大地測量系統包括第一傾角儀，用于獲取針對第一傾角儀的兩個測量軸的第一傾角儀的傾角數據；以及其中，該大地測量系統包括第二傾角儀，用于獲取針對第二傾角儀的兩個測量軸的傾角數據。該方法可包括在第一方向上設置大地測量系統；獲取在第一方向上的第一和第二傾角儀的傾角數據；在第二方向上設置大地測量系統；獲取在第二方向上的第一和第二傾角儀的傾角數據。第一傾角儀相對于第二傾角儀的方向在第一方向上與在第二方向上可以相同。該方法可進一步包括，根據在第一和第二方向上的第一和第二傾角儀的傾角數據，在相對于大地測量系統的垂直調整的水平面中確定第一傾角儀和第二傾角儀之間的相對方向角。該方法進一步包括，根據相對方向角，由大地測量系統確定大地坐標。已描述的關于大地測量系統特點和優點，如果適用的話，將被應用到操作大地測量系統的方法中，并且反之亦然。根據進一步的實施例，確定相對方向角包括，在大地測量系統的至少兩個相互不同的方向上，獲取第一和第二傾角儀的傾角數據。根據進一步的實施例，確定相對方向角進一步包括在水平面中確定參考方向，該水平面相對于大地測量系統的垂直調整；其中，根據第一和/或第二傾角儀的傾角數據進行參考方向的確定。根據進一步的實施例，確定相對方向角進一步包括，在水平面中確定第一傾角儀的方向角，該水平面相對于大地測量系統的垂直調整，并且方向角相對于參考方向。該實施例進一步包括，在水平面中確定第二傾角儀的方向角，該水平面相對于大地測量系統的垂直調整，并且方向角相對于參考方向。根據一個實施例，該方法進一步包括確定第一傾角儀的測量平面相對于第二傾角儀的測量平面的傾斜角；附加地或可替代地，該方法進一步包括，確定第一傾角儀的測量平面相對于第二傾角儀的測量平面的傾斜方向。根據第一和第二傾角儀在第一和/或第二方向上的傾角數據，和/或根據相對方向角，可以確定傾斜角和傾斜方向中的每一個。根據進一步的實施例，該方法進一步包括，根據相對方向角，相對于第二測量單元調整第一測量單元。實施例提供了一種大地測量系統，包括距離測量系統，用于在距離測量系統的測量位置處沿著距離測量系統到位于大地測量系統一定距離處的目標的距離測量軸進行距離測量。大地測量系統可進一步包括基體組件，其通過大地測量系統的鉸接連接件連接到距離測量系統。該基體組件可包括可設置在測點處的參考點；以及被構造為用于距離測量系統的目標區域的表面區域。該鉸接連接件可被構造為，如此設置距離測量系統使得距離測量軸沿著直線連接距離測量系統與表面區域。根據距離測量系統測得的到表面區域的距離的測量值，可確定距離測量系統相對于參考點的測量位置。因此，提供一種大地測量系統，其允許高精度地確定距離測量系統相對于參考點的位置。該測量位置可定義為相對于基體組件的位置，其中距離測量系統對目標進行距離測量，該目標設置在距離大地測量系統的一定距離處。該基體組件可包括三腳架、桿、天線外殼和/或扁平頭。該鉸接連接件可包括一個或多個接頭。例如，鉸接連接件可包括球形接頭和/或旋轉軸。鉸接連接件可構造為使得通過操作該鉸接連接件，距離測量系統可如此設置使得距離測量軸沿著直線連接距離測量系統與表面區域。鉸接連接件可被構造使得距離測量軸的垂直角度是可變的。鉸接連接件可被構造使得距離測量軸關于某一點旋轉。距離測量軸沿著直線連接距離測量系統與表面區域。該直線可以是單條直線，即，不是彎曲的或有角的。短語“在距離測量系統和表面區域之間”可定義為在距離測量系統的光學組件與表面區域之間，在該光學組件處，激光束離開距離測量系統。在對位于大地測量系統一定距離處的目標進行距離測量期間，激光束也在該光學組件處離開距離測量系統。該距離測量系統可以是光電距離測量系統，特別是激光距離測量裝置。該距離測量軸可以是激光束的軸。該距離測量系統可以是大地測量系統的視距儀或全站儀的一部分。該基體組件可包括桿，三腳架和/或天線外殼。該大地測量系統可包括耦合系統，其構造為使得距離測量系統可拆卸地連接到大地測量系統的基體組件上。該耦合系統可包括螺紋連接、鎖定連接和/或夾緊連接。大地測量系統可構造為，使得距離測量系統可在相對于參考點的不同位置連接到基體組件上。因此，該距離測量系統可適應于用戶的需要，如身體大小。該大地測量系統可包括導軌系統，其構造為使得距離測量系統沿著導軌系統的導軌可滑動地位移。該參考點可以是大地測量系統的一部分，其可布置在測點處。例如，該參考點可以是桿的尖端。或者，該參考點可以是空間區域，其相對于基體組件有恒定的位置。該基體組件可調整或可定位使得參考點與測點重合。舉例來說，基體組件可包括三腳架和扁平頭，其中扁平頭相對于測點可調整。該表面區域包括反射區域和/或目標標記。該反射區域可包括反射器和/或反射器箔。該表面區域可構造為使得距離測量系統的激光束的沖擊位置在表面區域上是可見的。舉例來說，用戶調整距離測量系統的方向使得距離測量系統的光斑位于目標標記的中心處。根據一個實施例，大地測量系統構造為，根據距離測量系統和表面區域之間已經確定的距離，可以確定距離測量系統相對于參考點的測量位置。根據一個實施例，大地測量系統構造為，使得距離測量系統與基體組件的參考點和/或表面區域連接。舉例來說，該參考點是大地測量系統的一部分，如桿的尖端，并且經由桿將距離測量系統連接到參考點。大地測量系統可構造為，使得距離測量系統可拆卸地連接到基體組件。該大地測量系統可包括將距離測量系統連接到基體組件上的耦合系統。根據進一步的實施例，鉸接連接件包括至少一個旋轉接頭，其如此構造使得距離測量系統的旋轉運動引導距離測量軸離開與大地測量系統一定距離處的目標，并且到達表面區域上。舉例來說，該旋轉接頭可包括一個或多個旋轉軸。根據進一步的實施例，基體組件包括天線外殼，其中天線外殼包括表面區域。因此，提供一種大地測量系統，其中天線外殼用于確定距離測量系統相對于參考點的位置。在天線外殼中，可設置衛星大地測量系統的天線和/或衛星大地測量系統的接收器。根據進一步的實施例，基體組件包括桿；其中參考點布置在桿的第一端；和/或其中基體組件包括天線外殼，其設置在桿的第二端；其中該天線外殼包括表面區域或該表面區域位于天線外殼上。舉例來說，桿的長度在1. 70m到2. 20m之間。表面區域可位于面向距離測量系統的天線外殼表面的一部分上。上述的實施例結構無需按照它們作為單獨實施例描述的那樣嚴格地實施，而是不同實施例的特征可自由組合在一起。
根據接下來參照附圖對示例性實施例的詳細描述，前述以及其它有利特征將更加明顯。應注意的是，不是所有可能的實施例都必須展示每一個或任何的這里確定的優勢。圖1示出了根據第一示例性實施例的大地測量系統的示意圖；圖2為操作大地測量系統的示例性方法的流程圖；圖3為示出了如何根據第一傾角儀的傾角數據和第二傾角儀的傾角數據確定水平面中的相對方向角的示意圖；圖4A示意性示出了根據第二示例性實施例的大地測量系統；以及圖4B示意性示出了當距離測量系統的測量位置被確定時，根據第二實施例的大地測量系統。
具體實施例方式圖1示出了根據第一示例性實施例的大地測量系統I。該大地測量系統I包括作為第一測量單元的衛星測量系統10。該衛星測量系統構造成接收來自全球導航衛星系統(GNSS)的衛星的信號，并且根據這些信號產生定位數據。基于該定位數據，可確定測點的大地坐標。該測點可以是位置32，在此處設置大地測量系統I的參考點31。或者，該測點可以是目標點，其設置在距離大地測量系統I 一定距離處。該衛星測量系統10包括天線12和接收器13。衛星測量系統10設置在桿30的第一端，以使得衛星測量系統10和桿30具有相對于彼此的固定位置和方向。舉例來說，桿30的長度在1. 70m和2. 20m之間。在桿的第二端，設置大地測量系統I的參考點31。該參考點31可接觸到測點32以進行測量。為了進行測量，用戶40必須保持大地測量系統I在一個方向上，該方向以小于10度或小于5度或小于I度或小于O. 5度的偏離垂直調整。該垂直調整可定義為大地測量系統的、用于進行測量以確定定位數據的標準方向。該垂直調整可以是第一和/或第二測量單元的垂直調整。在圖1所示的大地測量系統I中，大地測量系統的垂直調整由桿30的軸A的垂直方向(即，沿著天頂向量V或沿著重力向量)限定。在垂直方向，由天線12測量的點的水平位置與參考點31的水平位置向對應。因此，可以根據衛星測量系統10的定位數據，來確定測點32的大地坐標。大地測量系統I包括第一傾角儀11，其構造為測量桿30的傾斜角和傾斜方向。根據確定的傾斜角和已知的從參考點31到天線12的距離LI，可確定在重力水平面中的、天線12的水平位置和參考點32的水平位置之間的距離的絕對值。大地測量系統I進一步包括方位角傳感器14，其構造為確定地理北方向和/或網格北方向。因此，可以確定相對于地理北方向或相對于網格北方向的、天線12的水平位置和參考點32的水平位置之間的方向。或者，天線12和接收器可構造為根據接收的衛星信號可確定網格北方向和/或地理北方向。衛星大地測量系統10構造成獲取定位數據并且根據定位數據可確定大地坐標。大地測量系統I的計算和存儲單元50可進行大地坐標的計算。附加地或可替代地，定位數據可被傳送到計算大地坐標的中央處理單元(未示出)。根據方位角方向、方位角傳感器14的數據以及第一傾角儀11的傾角數據，可計算大地坐標，其中大地坐標針對桿30與垂直方向的方向偏離進行校正，該垂直方向為大地測量系統的標準方向。因此，由于桿30不需要位于精確垂直方向上以便測量，可以更準確地確定大地坐標，和/或可在很短的時間內執行測量。大地測量系統I進一步包括作為第二測量單元的地面測量儀器。在圖1所示的示例性實施例中，地面測量儀器為距離測量系統20，例如光電距離測量系統，其構造成確定沿著距離測量軸DMA到目標(未示出)的距離，該目標設置在距離大地測量系統I的一定距離處。在該目標處，沿著距離測量軸傳播的光被反射。距離測量系統20可構造為不采用反射器執行距離測量。或者，該目標包括反射器。該距離測量系統20設置在參考點31和衛星測量系統10之間的桿30上。距離測量系統20可構造為手提式單元，其可由用戶40從桿30上拆卸。舉例來說，在那些可由衛星測量系統10無干擾地接收導航衛星信號的區域中，可進行測量而不需要使用距離測量系統20。大地測量系統I包括第二傾角儀21，其構造為測量距離測量軸的垂直傾斜。舉例來說，根據距離測量軸DMA的垂直傾斜，可確定目標物體與距離測量系統20之間的高度差。大地測量系統I構造為，確定在相對于大地測量系統I的垂直調整的水平面中第一傾角儀11和第二傾角儀21之間的相對方向角。該相對方向角可由一個角度給出。該相對方向角可以是圍繞相對于大地測量系統I的垂直調整的縱軸的轉角。通過確定水平面中第一傾角儀11相對于第二傾角儀21的相對方向角，可以確定本地坐標系相對于全球坐標系的位置和方向。該距離測量系統20的定位數據與本地坐標系有關。衛星大地測量系統10的定位數據與全球坐標系有關。計算和存儲單元50與衛星大地測量系統10、方位角傳感器14和距離測量系統20進行信號通信。計算和存儲單元50從這些部件接收數據并將該數據存儲在計算和存儲單元50的存儲器(未示出)中。計算和存儲單元50進一步構造為計算接收到的數據，以及在顯示器51上向用戶顯示相應結果。經由鍵盤52，用戶可輸入命令和/或數據，例如用于配置大地測量系統I。圖2為用于操作圖1所示的大地測量系統I的示例性方法的流程圖。用戶在第一方向上設置101大地測量系統I。第一方向例如可以在第一和第二傾角儀11、21 (圖1所示)的測量范圍內自由選擇。或者，可選擇第一方向以使得第一傾角儀11在該第一方向上測量傾斜角絕對值，該傾斜角絕對值低于預定閾值，例如15度、10度或5度或2度或I度。用戶通過鍵盤輸入開始命令后，大地測量系統獲取102第一方向上的第一和第二傾角儀的傾角數據。然后，用戶在第二方向上設置103大地測量系統I。該第二方向不同于第一方向。同樣，第二方向可在第一和第二傾角儀11、21的測量范圍內自由選擇。或者，可選擇第二方向以使得，對于第一和/或第二傾角儀11、21的第一和/或第二測量軸，第一方向與第二方向的傾角之間的絕對差值大于最小角度。該最小角度可以例如是15度、10度或5度。由于這樣的最小角度的緣故，確定水平面中的相對方向角時的誤差可保持很小。在第二方向上，獲取104第一和第二傾角儀11、21的傾角數據。然后，確定105第一方向與第二方向之間的第一傾角儀11的傾角數據的變化。然后，確定106第一方向與第二方向之間的第二傾角儀21的傾角數據的變化。由計算單元確定每一個所述變化。根據該確定的變化，由計算單元執行在相對大地測量系統I的垂直調整的水平面中的第一傾角儀11與第二傾角儀21之間的相對方向角。大地測量系統I可構造為使得在多個方向上獲取第一傾角儀11和第二傾角儀21的傾角數據。根據在多個方向上獲取的傾角數據，從多個方向中選擇第一和第二方向。因此，大地測量系統I可構造為在測量期間執行水平面中相對方向角的確定。圖3示意地示出，根據第一傾角儀11 (圖1所示)的傾角數據和第二傾角儀21 (圖1所示)的傾角數據，如何確定相對于大地測量系統I的垂直調整的水平面中的水平方向角。如圖3所示，第一坐標系80表示第一傾角儀11的傾角數據，以及第二坐標系統81表示第二傾角儀21的傾角數據。該傾角數據例如可以是電子加速度計的數據值。每一個坐標軸表示各自傾角儀的測量軸。因此，相對于坐標系統的點的坐標代表由該坐標系統表示的傾角儀的傾斜角和傾斜方向。通過校準第一傾角儀11，可以確定第一坐標系80的一點，該點對應于桿30的垂直方向，即，桿30的軸A垂直定向時的桿30的方向。該點可位于離第一坐標系80的原點一定距離處。通過確定表示大地測量系統I的垂直調整的該點，可根據第一傾角儀11的傾角數據確定桿30的垂直傾角。大地測量系統I的垂直調整對應于桿30的軸A的垂直對齊。圖3的紙平面對應于相對于大地測量系統I的垂直調整的水平面。圖3所示的坐標系80、81的每一個表示各自傾角儀的測量平面在水平面上的投影。由傾角儀的第一和第二測量軸定義傾角儀的測量平面。第一和第二傾角儀11、21在相對于大地測量系統的垂直調整的水平面中彼此相互偏斜。因此，例如，第一坐標系80的Y坐標軸和第二坐標系81的Y坐標軸形成一個角度，該角度對應于水平面中的第一和第二傾角儀之間的相對方向角。而且，第一傾角儀11的測量平面相對于第二傾角儀21的測量平面具有傾角。因此，第一坐標系80的原點位于離第二坐標系81的原點的一定距離處。在每一個坐標系中，一點表示相對于垂直方向的、傾角儀的方向的傾角數據值。到該點的向量的絕對值表示傾角儀的傾斜角。該向量的方向表示傾角儀的傾斜方向。在大地測量系統的第一方向上由第一和第二傾角儀獲取的傾角數據值(參照圖2所述)，在圖3中由用附圖標記01表示的圓圈標記。在大地測量系統的第二方向上獲取的傾角數據值由用附圖標記02表示的圓圈標記。
在第二傾角儀的坐標系81中，可定義相對于連接線的角度^，該連接線連接第一方向的傾角數據值與第二方向的傾角數據值
權利要求
1.一種大地測量系統，包括 第一測量單元和第二測量單元；其中第一和第二測量單元中的每一個構造為執行用于獲取各自測量單元的定位數據的測量； 第一傾角儀，用于獲取第一傾角儀的傾角數據，該傾角數據表示在第一測量單元測量的垂直傾角；以及 第二傾角儀，用于獲取第二傾角儀的傾角數據，該傾角數據表示在第二測量單元測量的垂直傾角； 其中大地測量系統構造為，根據第一傾角儀和第二傾角儀的傾角數據，確定在相對于大地測量系統的垂直調整的水平面中第一傾角儀與第二傾角儀之間的相對方向角。
2.根據權利要求1的大地測量系統，其中大地測量系統進一步構造為在大地測量系統的第一和第二方向上，獲取第一傾角儀的傾角數據和第二傾角儀的傾角數據； 其中，在第一方向中第一傾角儀相對于第二傾角儀的方向，與在第二方向中第一傾角儀相對于第二傾角儀的方向相同；以及 其中，大地測量系統進一步構造為，根據第一和第二傾角儀在第一方向上和第二方向上的傾角數據確定相對方向角。
3.根據權利要求2的大地測量系統，其中，為了確定相對方向角，大地測量系統進一步構造為 根據第一方向上第一傾角儀的傾角數據與第二方向上第一傾角儀的傾角數據之間的差值，確定在相對于大地測量系統的垂直調整的水平面中第一傾角儀的方向角；以及 根據第一方向上第二傾角儀的傾角數據和第二方向上第二傾角儀的傾角數據之間的差值，確定在相對于大地測量系統的垂直調整的水平面中第二傾角儀的方向角。
4.根據前述權利要求中任意一項的大地測量系統，其中，大地測量系統進一步構造為，根據相對方向角，以及進一步根據第一測量單元的定位數據和/或第二測量單元的定位數據，確定大地坐標。
5.根據前述權利要求中任意一項的大地測量系統， 其中，第一測量單元包括用于全球導航衛星系統的天線和接收器；和/或 其中，第二測量單元包括地面測量儀器。
6.一種大地測量系統，包括 第一傾角儀，具有兩個測量軸；以及 第二傾角儀，具有兩個測量軸； 其中大地測量系統構造為在大地測量系統的第一和第二方向上，獲取第一傾角儀的傾角數據和第二傾角儀的傾角數據； 其中在第一方向上第一傾角儀相對于第二傾角儀的方向，與在第二方向上第一傾角儀相對于第二傾角儀的方向相同； 其中大地測量系統進一步構造為，根據在第一和第二方向上第一和第二傾角儀的傾角數據，確定在相對于大地測量系統垂直調整的平面中第一傾角儀和第二傾角儀之間的相對方向角。
7.根據權利要求6的大地測量系統，其中，為了確定相對方向角，大地測量系統進一步構造為根據第一傾角儀在第一方向上的傾角數據與第一傾角儀在第二方向上的傾角數據之間的差值，確定在相對于大地測量系統的垂直調整的平面中第一傾角儀的方向角； 根據第二傾角儀在第一方向上的傾角數據與第二傾角儀在第二方向上傾角數據之間的差值，確定在相對于大地測量系統的垂直調整的平面中第二傾角儀的方向角。
8.一種操作大地測量系統的方法，其中，大地測量系統包括第一傾角儀，用于獲取第一傾角儀針對第一傾角儀的兩個測量軸的傾角數據； 其中，大地測量系統包括第二傾角儀，用于獲取針對第二傾角儀的兩個測量軸的傾角數據； 其中，該方法包括 在第一方向上定位大地測量系統； 獲取在第一方向上第一和第二傾角儀的傾角數據； 在第二方向上定位大地測量系統； 獲取在第二方向上第一和第二傾角儀的傾角數據； 其中，在第一方向上，第一傾角儀相對于第二傾角儀的方向與在第二方向上相同；根據第一和第二傾角儀在第一和第二方向上的傾角數據，確定在相對于大地測量系統的垂直調整的水平面中第一傾角儀和第二傾角儀之間的相對方向角；以及根據相對方向角，由大地測量系統確定大地坐標。
9.根據權利要求8的方法，進一步包括 確定相對于第二傾角儀的測量平面的、第一傾角儀的測量平面的傾斜角，和/或相對于第二傾角儀的測量平面的、第一傾角儀的測量平面的傾斜方向； 其中，根據第一和第二傾角儀在第一和/或第二方向上的傾角數據，和/或根據相對方向角，確定傾斜角和傾斜方向中的每一個。
10.根據權利要求8或9的方法，其中確定相對方向角進一步包括 根據第一傾角儀在第一方向上的傾角數據與第一傾角儀在第二方向上傾角數據之間的差值，確定在相對于大地測量系統的垂直調整的平面中第一傾角儀的方向角； 根據第二傾角儀在第一方向上的傾角數據與第二傾角儀在第二方向上的傾角數據之間的差值，確定在相對于大地測量系統的垂直調整的平面中第二傾角儀的方向角。
11.一種計算機程序產品，包括計算機可讀命令，其中所述命令，當加載到計算機存儲器和/或計算機網絡中并且被計算機和/或計算機網絡執行時，使計算機和/或計算機網絡執行權利要求8-10中任意一項的方法。
12.根據權利要求1-5中任意一項的大地測量系統，其中第二測量單元包括 距離測量系統，用于在距離測量系統的測量位置處沿著距離測量系統到設置在離大地測量系統的一定距離處的目標的距離測量軸進行距離測量；以及 基體組件，其通過大地測量系統的鉸接連接件連接到距離測量系統； 其中，該基體組件包括 參考點，其與測點可接觸；以及 表面區域，其構造為用于距離測量系統的目標區域； 其中，鉸接連接件構造為，可如此設置距離測量系統使得距離測量軸沿著直線連接距離測量系統與表面區域；其中，通過由距離測量系統進行的到表面區域的距離的測量，可確定距離測量系統相對于參考點的測量位置。
13.一種大地測量系統，包括 距離測量系統，用于在距離測量系統的測量位置處沿著距離測量系統到設置在離大地測量系統的一定距離處的目標的距離測量軸進行距離測量； 基體組件，其通過大地測量系統的鉸接連接件連接到距離測量系統， 其中，該基體組件包括 參考點，其設置在測點處；以及 表面區域，其構造為用于距離測量系統的目標區域； 其中，鉸接連接件構造為，可如此設置距離測量系統使得距離測量軸沿著直線連接距離測量系統與表面區域； 其中，通過由距離測量系統進行的到表面區域的距離的測量，可確定距離測量系統相對于參考點的測量位置。
14.根據權利要求12或13的大地測量系統，其中基體組件包括天線外殼，其中天線外殼包括表面區域。
15.根據權利要求12-14中任意一項的大地測量系統，其中基體組件包括桿； 其中參考點布置在桿的第一端；和/或 其中基體組件包括天線外殼，其設置在桿的第二端；其中天線外殼包括表面區域。
16.根據權利要求12-15中任意一項的大地測量系統，其中距離測量系統設置在距離參考點一定高度處，該高度低于在大地測量系統的垂直調整中測量的表面區域的高度。
全文摘要
一種大地測量系統，包括第一測量單元和第二測量單元。第一和第二測量單元的每一個被構造為執行測量以獲取各自測量單元的定位數據。該系統進一步包括第一傾角儀，用于獲取第一傾角儀的傾角數據，該傾角數據表示在第一測量單元測量的垂直傾角；以及第二傾角儀，用于獲取第二傾角儀的傾角數據，該傾角數據表示在第二測量單元測量的垂直傾角。該大地測量系統被構造為，根據第一傾角儀和第二傾角儀的傾角數據，確定在相對于大地測量系統的垂直調整的水平面中第一傾角儀和第二傾角儀之間的相對方向角。
文檔編號G01C15/00GK103063203SQ20121050971
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者S·拉布斯, M·弗格爾 申請人:特里伯耶拿有限公司