一种地面水平度及方位角测绘装置的制作方法

1.本发明属于测绘设备、城建规划测绘技术领域，具体涉及一种地面水平度及方位角测绘装置。


背景技术：

2.随着经济发展，城市规模迅速扩张，在如今的城建规划中已经不可避免的需要借助测绘技术获得城市地形信息，测绘仪器包括罗盘仪、经纬仪、水平尺、全站仪等多种多样，用于测量磁方位角、倾斜度、高度等数据信息。
3.但是现有的测绘仪器中在测量水平度及倾斜方位角时依然需要借助多种设备测量多次，或者需要用到陀螺仪、卫星定位等结构复杂、价格昂贵的电子设备，电子设备在环境复杂多变、地形因素多种多样的测绘现场的便携性及易损性显然不容易得到充分的满足。而城建规划中需求的地形信息也越来越精确，例如全站仪在架设时借助陀螺仪的方位角定位，或者规划建筑物时，不仅要求获知某个小区域的地面水平度，而且还需要获知该小区域地面是相对于哪个方向的倾斜。而且在陀螺全站仪多点测绘时，每一个测绘点均借助陀螺仪重新定位及确定相对于前一个测绘点的方位角，由于陀螺仪的时漂、温漂等因素影响，多个测绘点多次定位时，陀螺仪的误差累积增大，产生不利影响。


技术实现要素：

4.基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种地面水平度及方位角测绘装置，其借助重心下垂原理，可以通过锁定和释放锁定的简单操作，方便快捷的测得当前位置的地面倾斜度及倾斜方位角，制造成本低廉、操作方便，而且可适用于极小面积的地块数据测绘。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种地面水平度及方位角测绘装置，其特征在于，包括支架和测绘仪，所述支架用于固定支撑测绘仪；
7.所述测绘仪包括外壳和内部测量球，所述外壳由筒壳结构及盖体组成，所述测量球通过定位支座安装在筒壳结构内部；所述定位支座包括定位支座架和滚珠，所述定位支架座为四边形框架结构，其中心开设有圆形通孔，在四边形框架结构内对应四个角的位置处分别设置有一个滚珠，所述滚珠的最内侧微幅凸出于所述圆形通孔的内壁面；所述测量球安装在定位支架座的圆形通孔内，且测量球的表面通过四个滚珠进行定位支撑；
8.所述测量球的球体上设置有锥形渐缩的缺口，位于锥形渐缩的缺口的最底部还设置有沿测量球轴线延伸且朝向测量球球心的定位盲孔，且所述测量球以定位盲孔轴心所在的轴线呈轴对称结构，所述测量球位于其对称轴线与球表面交点位置处设置有位置传感器；
9.所述定位支座的定位支座架外形轮廓为四边形框架，其通过四个角焊接或粘结的方式水平固定在筒壳结构内壁面上，同时使得四边形框架与筒壳结构之间形成四部分呈环
形对称的空间，在该四部分空间的每一部分的中间位置处均设置有位置传感器；所述筒壳结构的底面中心也设置有位置传感器。
10.所述测绘仪还包括锁放销，所述盖体的中心设置有穿透盖体的导向通孔，所述锁放销可穿过所述导向通孔并插入到所述定位盲孔内，且所述锁放销的直径与所述定位盲孔的内径相配合以在插入定位盲孔时锁定测量球的转动。
11.本发明的测绘仪还包括控制器，所述控制器位于筒壳结构内壁面或者盖体上，所述盖体上表面镶嵌有显示屏，所述控制器与显示屏电性连接，且测量球底部与筒壳结构内壁面的位置传感器均与控制器以无线或有线的方式电性连接，以将测得的距离输出传送至所述控制器；所述控制器根据既定的设定数值和测量的变化的数值计算测绘仪所处区域相对于水平面的倾斜度及方位角，然后通过显示屏显示相应数据。
12.所述支架为三角式支撑结构，支架的顶端为安装测绘仪的安装台，所述安装台的底部铰接有三根支腿，每一根支腿的下端均设置有导向筒，所述导向筒为轴向沿支腿轴向的套筒结构，其内壁面上沿轴向设置有条形凹槽；所述支架还包括伸缩杆，所述伸缩杆插装在导向筒内，且伸缩杆表面设置有条形凸起，通过条形凹槽和条形凸起配合，限制伸缩杆仅能够沿导向筒上下轴向滑动，所述伸缩杆的底端连接有底板，所述底板球铰接在伸缩杆底端，所述底板用于将支架稳定支撑在地面上；所述伸缩杆上还套设有限位凸节，所述限位凸节的外径大于所述导向筒的内径，且限位凸节可沿伸缩杆上下滑动或锁定。
13.所述安装台的底面中心位置处设置有同心轴，所述同心轴的轴线与安装台的中心轴线重合，且所述同心轴上套设有可沿其轴向滑动的铰链，三根支腿上在相同高度位置处均设置有铰接点，所述支腿的铰接点通过同步连杆与铰链铰接连接，从而保持整个支架在收拢和撑开时其中心轴线均保持不变。
14.本发明的技术方案具有如下优点：
15.1、结构简单，不需要陀螺仪等高成本的设备，降低了造价和维护成本，而且更不易损坏；
16.2、测绘操作极为方便，支好设备后仅仅需要插入和拔出限位杆的简单操作，即可迅速测出当前支架位置处地面水平度及其倾斜方位角，对人员专业水平无要求；
17.3、对地面开阔度无要求，可适用于道路施工、广场等小面积区域的地形数据测绘；而且可辅助用于全站仪的定向；
18.4、可用于辅助陀螺仪的定位，克服陀螺全站仪在多点测绘时多个测绘点重复定位导致的陀螺仪漂移误差累计。
附图说明
19.图1是本发明测绘装置的外部轮廓结构示意图；
20.图2是本发明测绘装置的同轴展合组件结构示意图；
21.图3是本发明测绘装置的测绘仪纵剖面结构示意图；
22.图4是本发明测绘装置的测绘仪横剖面结构示意图；
23.图5是本发明测绘装置的锁放组件结构示意图；
24.图6是本发明测绘装置的原理简易示图；
25.图中：1、安装台，2、支腿，3、伸缩杆，4、底板，5、测绘仪，6、导向筒，7、限位凸节，8、
同心轴，9、铰链，10、同步连杆，11、盖体，12、定位支座，12-1、定位支座架，12-2、滚珠，13、测量球，14、渐缩槽口，15、定位盲孔，16、锁放销，17、第一位置传感器，18、第二位置传感器，19、第三位置传感器，20、第四位置传感器，21、第五位置传感器。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.如图1-2所示，图1是本发明测绘装置的外部轮廓结构示意图，图2是本发明测绘装置的同轴展合组件结构示意图，本发明的地面水平度及方位角测绘装置包括支架和测绘仪5，所述支架为三角式支撑结构，支架的顶端为安装测绘仪的安装台1，所述安装台1的底部铰接有三根支腿2，且安装台的底面中心位置处设置有同心轴8，所述同心轴8与安装台1中心轴线重合，且所述同心轴8上套设有可沿其轴向滑动的铰链9，三根支腿2上均设置有铰接点，所述支腿2的铰接点通过同步连杆10与铰链9铰接连接，从而保持整个支架在收拢和撑开时其中心轴线均保持不变。
30.所述支腿2的下端设置有导向筒6，所述导向筒6为轴向沿支腿轴向的套筒结构，其内壁面上沿轴向设置有条形凹槽；所述支架还包括伸缩杆3，所述伸缩杆插装在导向筒6内，且伸缩杆表面设置有条形凸起，通过条形凹槽和条形凸起配合，限制伸缩杆3仅能够沿导向筒6上下轴向滑动，所述伸缩杆3的底端球铰接有底板4，所述底板4用于将支架稳定支撑在地面上；优选的，所述伸缩杆3上还套设有限位凸节7，所述限位凸节7的外径大于所述导向筒6的内径，且限位凸节7可沿伸缩杆3上下滑动或锁定，当架设支架时，将限位凸节7移动到伸缩杆3的上部以与导向筒6抵接配合锁定伸缩杆的位置，当收拢支架时，松开限位凸节7，伸缩杆3可沿导向筒6滑动缩进支腿2内，从而减小整个支架的体积，方便携带。
31.图3是本发明测绘装置的测绘仪纵剖面结构示意图，图4是本发明测绘装置的测绘仪横剖面结构示意图，图5是本发明测绘装置的锁放组件结构示意图；结合图3-5，测绘仪5的外壳由筒壳结构及盖体11组成，所述筒壳结构内部通过定位支座12安装有测量球13，参见图4，所述定位支座12包括定位支座架12-1和滚珠12-2，所述定位支架座12-1为四边形框
架结构，其中心开设有圆形通孔，在四边形框架结构内对应四个角的位置处分别设置有一个滚珠12-2，所述滚珠12-2的最内侧微幅凸出于所述圆形通孔的内壁面；所述测量球13安装在定位支架座12-1的圆形通孔内，且测量球13的表面通过四个滚珠12-2进行定位支撑，即四个滚珠12-2最内侧限定的内圆直径略小于所述测量球13的直径，以保持测量球13悬空安装在筒壳结构内，并在滚珠12-2的作用下，测量球13可在定位支座12上自由转动。
32.所述测量球13上构造有渐缩槽口14，所述渐缩槽口14为测量球13的球体上的锥形切除体，其底部中心开设有柱形的定位盲孔15，优选的，所述定位盲孔15的深度不超过测量球13的半径的尺寸，所述定位盲孔15的轴心与渐缩槽口14及测量球13共轴线；所述测量球13上与所述定位盲孔15的中心轴线相交的球体表面上粘结有第一位置传感器17。由于测量器13的球体上切除有渐缩槽口14和定位盲孔15，使得测量球13的重心在完整的那一半球体位置处，在重力效应作用下，测量球13在四个滚珠12-2支撑中会自由转动使得其几何轴心垂直于水平面，即，所述第一位置传感器17会在测量球13的重力作用下自动调整至位于测量球13的几何最下方，使得所述测量球13的垂直于水平面的中轴线穿过所述第一位置传感器17。
33.参见图4，所述定位支座12的定位支座架12-1外形轮廓为四边形框架，其通过四个角焊接或粘结的方式水平固定在筒壳结构内壁面上，同时使得四边形框架与筒壳结构之间形成四部分呈环形对称的空间，在该四部分空间的每一部分的中间位置处均设置有位置传感器，所述位置传感器与测量球15的中部直径位于同一水平面上；图4中分别标记为了第二位置传感器18、第三位置传感器19、第四位置传感器20和第五位置传感器21；所述筒壳结构的底面中心还设置有第六位置传感器。第一至第六位置传感器均通过无线信号或有线的电性地连接控制板，以将所测得的传感器之间的距离数据传送至控制板，所述控制板根据相应数据获得该区域的地面水平度及方位角，所述控制板连接有显示屏，通过显示屏示出所获得的数据。
34.所述测绘仪5还包括锁放销16，如图5所示，所述锁放销16为带有限位端盖的销轴，所述盖体11的中心设置有穿透盖体11的导向通孔，优选地，所述盖体11的中心位置厚度大于边缘位置，从而使得所述导向通孔具备一定长度，所述锁放销16的销轴的直径与所述导向通孔的内径以及所述测量球13上定位盲孔15的内径相同。所述锁放销16穿过盖体11的导向通孔，所述导向通孔限制锁放销16仅能够沿测绘仪5的中心轴线上下移动，当锁放销16继续下移至伸入所述定位盲孔15内部时，在锁放销16的限位作用下，测量球13、盖体11、筒体结构的几何轴心共线，测量球13无法随意转动，而当锁放销16脱离定位盲孔15后，所述测量球13可在滚珠12-2作用下自由转动从而保持其中心轴线垂直于水平面。
35.图6是本发明测绘装置的原理简易示图，结合图6对本发明的测量原理简介如下：在待测量区域(如倾斜的道路、广场、待建筑的地皮区域等)放置好支架，根据盖体11上的标示线及指南针等定向装置调整测绘仪5的朝向，使与标示线设定好的位置传感器(如第五位置传感器21)朝向正北或其他正方向，此时锁放销16锁定测量球15，使得测量球15轴线不变，第一至第五位置传感器处于初始位置；测量时，取出锁放销16，测量球15在自身重力效应作用下，发生相对转动，使得测量球15的中轴线垂直于水平面，从而带动第一位置传感器17发生摆动，待测量球15再次稳定后，第一位置传感器17与测量球15球心的连线相对于初始位置时的中轴线的夹角α即测绘装置所处区域相对于水平面的倾斜度，而该区域相对于
第二位置传感器18所在方向的方位角记为β，如图6所示，设定第一位置传感器17与第二位置传感器18之间的距离为l(图中未示出)，第一位置传感器17与第六位置传感器的距离为s，测量球15的半径为r，第二位置传感器18和第三位置传感器19与测量球球心的距离均为h(图中未示出)，第六位置传感器与测量球球心的距离为d(图中未示出)，其中r、d和h为既定不可变距离，l和s可由传感器识别，那么倾斜度α为arccos[(d2 s
2-r2)/(2d
·
s)]，而方位角β＝arccos[(r2sin2αcos2α h2cos2α r2cos2α (lsinα-rsin2α)
2-l2)/(2rsinαcosα
·
hcosα)]。
[0036]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。