一种测绘一体机补偿装置、补偿系统及补偿方法.pdf

本发明适用于测绘一体机领域，提供了一种测绘一体机补偿装置、补偿系统及补偿方法，外接测绘一体机，测绘一体机包括对中杆，接收卫星信号并完成定位及相应功能的本体，所述测绘一体机补偿装置，还包括：在对中杆上，测量对中杆的姿态角的传感器；连接测绘一体机，根据姿态角生成测绘补偿坐标，并向测绘一体机发送测绘补偿坐标，或者，连接关联的测绘模块，根据姿态角生成测绘补偿坐标，并向测绘模块发送测绘补偿坐标的补偿模块。本发明可以大幅降低测绘人员手部晃动引起的倾斜角度测量误差，提高测绘人员的使用体验，降低测绘人员的劳动强度，并进一步提升测绘效率，实现真正意义上的点到即测出测绘坐标。

1.  一种测绘一体机补偿装置，外接测绘一体机，所述测绘一体机包括对中 杆，接收卫星信号并完成定位及相应功能的本体，其特征在于，所述测绘一体 机补偿装置，包括：
在所述对中杆上，测量所述对中杆的姿态角的传感器；
连接所述测绘一体机，根据所述姿态角生成测绘补偿坐标，并向所述测绘 一体机发送所述测绘补偿坐标，或者，
连接关联的测绘模块，根据所述姿态角生成测绘补偿坐标，并向所述测绘 模块发送所述测绘补偿坐标的补偿模块，或者，
连接关联的测绘模块，根据所述姿态角指示测绘人员进行对中测量，完成 电子气泡功能的补偿模块。

2.  如权利要求1所述的测绘一体机补偿装置，其特征在于，所述传感器包 含加速度传感器、陀螺仪及地磁传感器中的至少一种。

3.  如权利要求1所述的测绘一体机补偿装置，其特征在于，所述传感器固 定在所述对中杆的中部，或者，所述传感器固定在所述对中杆的上方，或者， 所述传感器固定在所述对中杆的下方。

4.  如权利要求1所述的测绘一体机补偿装置，其特征在于，所述根据所述 姿态角指示测绘人员进行对中测量，完成电子气泡功能，具体为：
输出姿态角,并根据所述姿态角，在测绘显示装置上模拟生成一个电子气泡， 以取代物理水平气泡，指示所述测绘一体机的实时对中情况。

5.  如权利要求1所述的测绘方法，其特征在于，所述传感器采用螺丝紧固 的方式，固定安装在所述对中杆上。

6.  如权利要求1所述的测绘一体机补偿装置，其特征在于，所述补偿模块
根据所述姿态角以及预先配置的对中杆杆长，生成得出所述对中杆顶部的 天线中心位置相对于所述对中杆底部测量端的补偿坐标。

7.  如权利要求1所述的测绘一体机补偿装置，其特征在于，所述补偿模块 和所述测绘一体机之间，采用设定的网络模式建立连接，或者，所述补偿模块 和所述测绘模块之间，采用设定的网络模式建立连接。

8.  如权利要求7所述的测绘一体机补偿装置，其特征在于，所述设定的网 络模式包括蓝牙网络模式、ZigBee网络模式、WIFI网络模式、3G网络模式、 4G网络模式、5G网络模式中的至少一种。

9.  一种测绘一体机补偿装置测绘系统，包括权利要求1至8任意一项权利 要求所述的测绘一体机补偿装置，其特征在于，所述测绘一体机补偿装置测绘 系统还包括：
接收所述测绘一体机补偿装置发送的所述测绘补偿坐标，并接收所述测绘 一体机发送的定位坐标，根据所述测绘补偿坐标和所述定位坐标，生成测绘坐 标的测绘模块；
置于所述测绘模块外部，显示所述测绘坐标的显示模块。

10.  一种基于权利要求8所述的测绘一体机补偿装置测绘系统的测绘方法， 其特征在于，所述测绘方法包括：
所述传感器，测量所述对中杆的姿态角；
所述补偿模块，连接关联的测绘模块，根据所述姿态角生成测绘补偿坐标， 并向连接的测绘模块发送所述测绘补偿坐标；
所述测绘模块，接收所述测绘一体机补偿装置发送的所述测绘补偿坐标， 并接收所述测绘一体机发送的定位坐标，根据所述测绘补偿坐标和所述定位坐 标，生成所述测绘坐标；
显示模块，显示所述测绘坐标。

一种测绘一体机补偿装置、补偿系统及补偿方法
技术领域
本发明属于测绘一体机领域，尤其涉及一种测绘一体机补偿装置、补偿系 统及补偿方法。
背景技术
随着测绘一体机的发展，测绘一体机的体积也在不断减小，便携性成了用 户另一个亟待满足的功能需求。新一代采用卫星导航(GNSS，Global Navigation  Satellite System)的测绘一体机，简称“GNSS测绘一体机”，GNSS测绘一体 机应运而生并得到发展。与此同时，在测绘使用中，为保证被测点的位置精度， 要求测绘一体机依照物理水平气泡，指示进行对中操作，其中，物理水平气泡 为测绘对中杆的一个部分。
然而，现有的GNSS测绘一体机，在对中操作时，操作繁琐、技术难度大、 且极易造成误差，不利于提高测绘的效率和大范围推广。其原因在于，在测绘 一体机领域中，倾斜测量补偿功能均集成于新一代的GNSS测绘一体机内，新一 代的倾斜测量功能核心为一体机内部的倾斜补偿传感器，即倾斜补偿传感器不 可拆卸。且倾斜补偿传感器位于一体机内的位置并不合理，为保证测量点精度， 要求测绘人员保持静止一段时间，一般为3～5s后，才可以开始测量。这制约了 测绘的效率。此外，倾斜补偿功能是最近才在GNSS测绘一体机上得到广泛应用， 因此很多GNSS测绘一体机并不支持倾斜补偿功能，因此该应用具有局限性，不 利于大范围推广。因此，GNSS测绘一体机，在对中操作时，操作繁琐、技术 难度大、且极易造成误差，不利于提高测绘的效率和大范围推广。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种测绘一体机补偿装置，旨在现有的GNSS 测绘一体机，在对中操作时，操作繁琐、技术难度大、且极易造成误差，不利 于提高测绘的效率和大范围推广的问题。
本发明实施例是这样实现的，外接测绘一体机，所述测绘一体机包括对中 杆，接收卫星信号并完成定位及相应功能的本体，所述测绘一体机补偿装置， 包括：
在所述对中杆上，测量所述对中杆的姿态角的传感器；
连接所述测绘一体机，根据所述姿态角生成测绘补偿坐标，并向所述测绘 一体机发送所述测绘补偿坐标，或者，
连接关联的测绘模块，根据所述姿态角生成测绘补偿坐标，并向所述测绘 模块发送所述测绘补偿坐标的补偿模块，或者，
连接关联的测绘模块，根据所述姿态角指示测绘人员进行对中测量，完成 电子气泡功能的补偿模块。
本发明实施例的另一目的在于提供一种测绘一体机补偿装置测绘系统，包 括上述的测绘一体机补偿装置，所述测绘一体机补偿装置测绘系统还包括：
接收所述测绘一体机补偿装置发送的所述测绘补偿坐标，并接收所述测绘 一体机发送的定位坐标，根据所述测绘补偿坐标和所述定位坐标，生成测绘坐 标的测绘模块；
置于所述测绘模块外部，显示所述测绘坐标的显示模块。
本发明实施例的另一目的在于一种基于上述的测绘一体机补偿装置测绘系 统的测绘方法，所述测绘方法包括：
所述传感器，测量所述对中杆的姿态角；
所述补偿模块，连接关联的测绘模块，根据所述姿态角生成测绘补偿坐标， 并向连接的测绘模块发送所述测绘补偿坐标；
所述测绘模块，接收所述测绘一体机补偿装置发送的所述测绘补偿坐标， 并接收所述测绘一体机发送的定位坐标，根据所述测绘补偿坐标和所述定位坐 标，生成所述测绘坐标；
显示模块，显示所述测绘坐标。
在本发明实施例中，提供了在所述对中杆上，测量所述对中杆的姿态角的 传感器，以及向所述测绘一体机发送所述测绘补偿坐标，或者，向所述测绘模 块发送所述测绘补偿坐标的补偿模块。解决了现有的GNSS测绘一体机，在对中 操作时，操作繁琐、技术难度大、且极易造成误差，不利于提高测绘的效率和 大范围推广的问题。有益效果在于两方面，一方面，可以让现有不具备倾斜测 量功能的传统GNSS测绘一体机及后续一体机产品，通过本测绘一体机补偿装置， 实现测绘一体机的升级，使其实现倾斜测量功能，另一方面，可以大幅降低测 绘人员手部晃动引起的倾斜角度测量误差，提高测绘人员的使用体验，降低测 绘人员的劳动强度，并进一步提升测绘效率，实现真正意义上的“点到即测”。
附图说明
图1是本发明实施例提供的测绘一体机补偿装置的结构框图；
图2是本发明实施例提供的测绘一体机补偿装置测绘系统的结构框图；
图3是本发明实施例提供的测绘一体机补偿装置测绘系统的测绘方法的实 现流程图；
图4是本发明实施例提供的利用没有倾斜测量的测绘一体机测绘的情景示 意图；
图5是本发明实施例提供的测绘一体机补偿装置的应用方式示意图；
图6是本发明实施例提供的测绘一体机补偿装置快速测量的原理图；
图7是本发明实施例的测绘一体机补偿装置的较佳系统框图；
图8是本发明实施例的测绘一体机补偿装置应用模式较佳的样例图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
图1是本发明实施例提供的测绘一体机补偿装置的结构框图，详述如下：
一种测绘一体机补偿装置，外接测绘一体机，所述测绘一体机包括对中杆， 接收卫星信号并完成定位及相应功能的本体，其特征在于，所述测绘一体机补 偿装置，包括：
在所述对中杆上，测量所述对中杆的姿态角的传感器；
连接所述测绘一体机，根据所述姿态角生成测绘补偿坐标，并向所述测绘 一体机发送所述测绘补偿坐标，或者，
连接关联的测绘模块，根据所述姿态角生成测绘补偿坐标，并向所述测绘 模块发送所述测绘补偿坐标的补偿模块，或者，
连接关联的测绘模块，根据所述姿态角指示测绘人员进行对中测量，完成 电子气泡功能的补偿模块。
其中，所述根据所述姿态角指示测绘人员进行对中测量，完成电子气泡功 能，具体为：
输出姿态角,并根据所述姿态角，在测绘显示装置上模拟生成一个电子气泡， 以取代物理水平气泡，指示所述测绘一体机的实时对中情况。
其中，在测绘显示装置上每隔预设时间，模拟生成一个电子气泡。
预设时间采用用户自设，或者系统默认的方式。
其中，指示所述测绘一体机的实时对中情况，便于测绘人员进行对中测量。
其中，所述姿态角包括俯仰角、滚转角和航向角中的至少一种。
天线的位置中心位于测绘一体机的头部。
其中，测绘一体机补偿装置，可调节在所述对中杆上传感器的位置，以使 传感器处于优选的位置。
进一步地，在该测绘一体机补偿装置中，所述传感器包含加速度传感器、 陀螺仪及地磁传感器中的至少一种。
进一步地，在该测绘一体机补偿装置中，所述传感器固定在所述对中杆的 中部，或者，所述传感器固定在所述对中杆的上方，或者，所述传感器固定在 所述对中杆的下方。
进一步地，在该测绘一体机补偿装置中，所述传感器，采用物理固定的方 式，固定在所述对中杆上。
进一步地，在该测绘一体机补偿装置中，所述传感器采用螺丝紧固的方式， 固定安装在所述对中杆上。
进一步地，在该测绘一体机补偿装置中，所述补偿模块根据所述姿态角以 及预先配置的对中杆杆长，生成得出所述对中杆顶部的天线中心位置相对于所 述对中杆底部测量端的补偿坐标。
进一步地，在该测绘一体机补偿装置中，所述补偿模块和所述测绘一体机 之间，采用设定的网络模式建立连接，或者，所述补偿模块和所述测绘模块之 间，采用设定的网络模式建立连接。
进一步地，在该测绘一体机补偿装置中，所述设定的网络模式包括蓝牙网 络模式、ZigBee网络模式、WIFI网络模式、3G网络模式、4G网络模式、5G 网络模式中的至少一种。
在本实施例中，一方面，可以让现有不具备倾斜测量功能的传统GNSS测绘 一体机及后续一体机产品，通过本测绘一体机补偿装置，实现测绘一体机的升 级，使其实现倾斜测量功能，另一方面，可以大幅降低测绘人员手部晃动引起 的倾斜角度测量误差，提高测绘人员的使用体验，降低测绘人员的劳动强度， 并进一步提升测绘效率，实现真正意义上的“点到即测”。
实施例二
图2是本发明实施例提供的测绘一体机补偿装置测绘系统的结构框图，详 述如下：
一种测绘一体机补偿装置测绘系统，包括上述的测绘一体机补偿装置，所 述测绘一体机补偿装置测绘系统还包括:
接收所述测绘一体机补偿装置发送的所述测绘补偿坐标，并接收所述测绘 一体机发送的定位坐标，根据所述测绘补偿坐标和所述定位坐标，生成测绘坐 标的测绘模块；
置于所述测绘模块外部，显示所述测绘坐标的显示模块。
在本施例中，测绘模块根据所述测绘补偿坐标和所述定位坐标，生成所述 测绘坐标，使得测绘一体机实现真正意义上的点到即完成地理位置的测量。
实施例三
图3是本发明实施例提供的测绘一体机补偿装置测绘系统的测绘方法的实 现流程图，所述测绘方法包括：
S301，所述传感器，测量所述对中杆的姿态角；
S302，所述补偿模块，连接关联的测绘模块，根据所述姿态角生成测绘补 偿坐标，并向连接的测绘模块发送所述测绘补偿坐标；
S303，所述测绘模块，接收所述测绘一体机补偿装置发送的所述测绘补偿 坐标，并接收所述测绘一体机发送的定位坐标，根据所述测绘补偿坐标和所述 定位坐标，生成所述测绘坐标；
S304，显示模块，显示所述测绘坐标。
在本施例中，测绘模块根据所述测绘补偿坐标和所述定位坐标，生成所述 测绘坐标，使得测绘一体机实现真正意义上的点到即完成地理位置的测量。
实施例四
图4是本发明实施例提供的利用没有倾斜测量的测绘一体机测绘的情景 示意图，详述如下：
利用没有倾斜测量的测绘一体机测绘时，要求测绘人员根据对中杆的物理 气泡调整测绘对中杆竖直，此时测绘一体机测得的A点，如图4所示，水平坐 标与被测点B点相同，满足测绘要求。
如果对中杆没有竖直放置，此时测绘一体机测得的位置坐标为A’点，其 水平面投影为B’点，并不是被测点B。
此时需要利用测绘一体机补偿装置，精确测量倾斜测量时刻对中杆的倾斜 角度θ和倾斜方向ψ，并结合被测点A’的位置及对中杆的长度计算补偿得到 被测点B的坐标。
实施例五
图5是本发明实施例提供的测绘一体机补偿装置的应用方式示意图，详述 如下：
传统测绘一体机通过与本发明的测绘一体机补偿装置一同使用，使传统测 绘一体机具备倾角测量与补偿功能，提升测绘一体机的性能与使用感受。
传统测绘一体机为不具备倾斜测量补偿功能的测绘一体机。
使用方式为，将本装置固定安装在测绘一体机对中杆上，并通过无线的数 字通信方式对本装置进行相应的设置，使其完成倾角测量与补偿的功能。
实施例六
图6是本发明实施例提供的测绘一体机补偿装置快速测量的原理图，详述 如下：
在模块的硬件实现上，系统由电池、电源管理电路、惯性传感器、磁传感 器、处理器、接口芯片、接口连接器及无线通信模块等部分组成。处理器根据 采集到的传感器原始数据，包括3轴陀螺输出的3轴角速率、3轴加速度传感 器输出的3轴加速度、3轴磁传感器输出的3轴磁强信息，经过信号采集接口 中的软件算法计算得到姿态角，姿态角包括俯仰角、滚转角和航向角，结合输 入的定位信息和对中杆长度信息，经由模块的倾斜补偿算法处理得到被测点的 准确位置。
软件算法包括模态识别算法，惯性计算与滤波算法、倾斜补偿算法。
软件算法运行于MCU处理器中，通过用户接口与通信模块，连接无线通讯 模块。
根据姿态角显示水平气泡。
机械结构上，本发明具有独立的外壳，并通过螺丝紧固的方式，固定安装 在测绘一体机对中杆上。
本发明通过将传感器安放于测绘对中杆中部，或者安放于除对中杆头外的 对中杆上其它位置，实现了测绘人员手部晃动造成角度测量误差的大幅减小， 最终实现了“点到即测”。
实施例七
图7是本发明实施例的测绘一体机补偿装置的较佳系统框图，详述如下：
在模块的硬件实现上，测绘一体机补偿装置包括电池、电池芯片、倾斜测 量与补偿电路及通信模块等部分组成。
根据姿态角显示水平气泡。
由于测绘一体机补偿装置中的传感器，固定安装位置应该安放于对中杆中 部(包括下部)，此时测量的公式可以表示为：
a = g 0 · cos ( α ) + ω · · L ′ ; ]]>
其中，a代表用于倾斜测量的加速度计测量输出；g₀代表当地重力加速度； α为倾斜角度；为手部晃动引起的对中杆摇晃角加速度；L代表传感器与对中 杆底部的距离；
可见，由于手部晃动引起的误差变为由于L′《L，所以手部晃动引 起的测量误差被大幅的减小。由此带了的直接使用便利为，测绘人员在倾斜测 量时刻无须保持太长时间，在1～2s内完成测点，相对于需要3～5s时间的传统 测绘一体机，实现点到即测。
实施例八
图8是本发明实施例的测绘一体机补偿装置应用模式较佳的样例图，详述 如下：
测绘一体机补偿装置有两种应用模式，详述如下：
A模式为，测绘一体机补偿装置通过无线通讯方式，接受测绘一体机的位 置测量信息，结合自身测量得到的对中杆姿态角信息，对中杆杆长信息，通过 手动设置得到，通过内部软件集成的位置补偿算法，直接输出对中杆底部被测 点位置信息，该被测点位置通过无线通讯方式发送测绘模块。
B模式为，测绘一体机补偿装置不与测绘一体机进行通讯，在工作过程中， 测绘一体机补偿装置的通过自身传感器测量得到对中杆的姿态角，并结合对中 杆长度信息，直接输出对中杆姿态角、补偿坐标，并将补偿坐标通过无线通讯 方式发送测绘模块。测绘模块根据得到的测绘一体机提供的定位坐标及上艺术 品补偿坐标、补偿修正后，得到对中杆底部被测点的测绘坐标。
输入信息为对中杆的杆长L，对中杆的姿态角θ γ ψ，分别对应俯仰角、 滚转角和航向角，测绘一体机内接收机的定位坐标X_A′ Y_A′ Z_A′，由此补偿得到 对中杆底部被测绘坐标X_B Y_B Z_B)。其计算公式，如下：
X B = X A ′ + L * cos θ * cos γ * sin ψ ; Y B = Y A ′ + L * cos θ * cos γ * cos ψ ; Z B = Z A ′ - L + L * sin ( a cos ( cos θ * cos γ ) ) ]]>
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发 明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现。所述的程序可以存储于可读取 存储介质中，所述的存储介质，如随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只 读存储器、电可擦写可编程存储器、寄存器等。该存储介质位于存储器，处理 器读取存储器中的信息，结合其硬件执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围 应以权利要求的保护范围为准。