专利名称：全站仪扩大应用方法
技术领域：
本发明涉及工程建筑领域，具体涉及一种全站仪的使用方法，尤其涉及一种通过全站仪测量垂直度、平整度、垂直度偏差和垂直度综合偏差的方法。
背景技术：
建筑物在施工和使用过程中，内部会不可避免地产生变形。变形在一定程度之内是可以接受的，如果变形超出了一定范围，便会影响建筑物的正常使用，甚至危及建筑物的安全。建筑物的变形最主要体现在建筑物垂直度和平整度的变化上，因此，对建筑物垂直度和平整度的监测显得尤为必要，在施工过程中，更要保证建筑物的垂直度和平整度在规定范围之内。以往检测建筑物的平整度和垂直度时，都采用2m靠尺(检测平整度时还需用塞尺)。检测平整度时先将靠尺靠在墙或楼面上，用肉眼寻找靠尺与墙或楼面间的最大间隙处，然后将塞尺放进去，所读数值即为平整度。检测垂直度时先将靠尺靠在墙面，随即在靠尺上读数，靠尺上指针摆动的幅度即为垂直度。传统用靠尺检测墙面或楼面平整度和墙面垂直度的方法是在局部很小范围来检测的，不能在更大的范围上，甚至整个楼面或墙面进行测量，其测量结果无法从整体上反应建筑物的垂直度和平整度，而且测量精度低，同时测量耗时长，工作效率低。更为重要的是，对建筑物高处进行测量时，需要搭建操作平台，工作人员在操作平台上进行测量，大大增加了安全风险。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有检测建筑物的平整度和垂直度的方法存在测量范围小、测量精度低、耗时长、效率低以及安全风险大的缺陷，提供一种全站仪扩大应用方法，用全站仪对建筑物的平整度和垂直度进行测量。本发明的目的通过以下技术方案实现:
全站仪扩大应用方法，包括以下步骤:
A.全站仪在自由测点O’设站并建立自由坐标系VO’ Y’ ；
B.建立标准坐标系Χ0Υ，标准坐标系XOY的X轴平行于墙面，标准坐标系XOY的Y轴垂直于墙面；
C.用全站仪检测墙面上的受测点在自由坐标系中的坐标(xn’，Υη’);为了保证测量的准确性，受测点的数量为通常多个，η表示受测点的编号；
D.将受测点在自由坐标系中的坐标(xn’，Υη’)转换成标准坐标系中的坐标(xn,Υη)，转换方法如下:
用全站仪检测标准坐标系XOY的原点O在自由坐标系V O’ Y’中的坐标(X;, Yt;)；用全站仪检测标准坐标系XOY中X轴上任意一点P在自由坐标系V O’ Y’中的坐标(Xp’，Υρ’)，直线OP在标准坐标系XOY中的方位角为0° ；计算直线OP在自由坐标系V O’ Y’中的方位角α m，两坐标系间的旋转参数为直线OP在自由坐标系X’ O’Y’中的方位角减去直线OP在自由坐标系X’ O’Y’中的方位角，由于直线OP在标准坐标系XOY中的方位角为0°，则两坐标系间的旋转参数α = a QP ;
两坐标系间的平移参数a= X0' - X0, b= Y0' - Yo ;由于原点O在标准坐标系XOY中的坐标(X。, Y。)= (0,0),则 a= XQ’，b= Y。’ ；
自由坐标系中的坐标(χη’，γη’)至标准坐标系中的坐标(xn, Yn)的转换公式为:
Xn=cos a (Xn -a)-sin α (Yn -b)；
Yn=-sina (Xn -a) - cos a (Yn -b)；
E.计算垂直度、平整度、垂直度偏差和垂直度综合偏差。本发明通过全站仪测量的方式来获取受测点在自由坐标系中的坐标，由于通过受测点在自由坐标系中的坐标是无法直接得到墙面的垂直度、平整度、垂直度偏差和垂直度综合偏差的。因此，发明人还提供了一种将受测点在自由坐标系中的坐标转换成标准坐标系中的坐标的方法，最终通过受测点在标准坐标系中的坐标实现了墙面垂直度、平整度、垂直度偏差和垂直度综合偏差的测量。本发明的整个测量过程均是通过全站仪进行，避免了靠尺测量带来的安全风险，相对于靠尺测量，本发明的测量范围更大，能进行墙面的全范围测量。同时，本发明还提高了测量精度，减少了测量时间，提高了测量效率。进一步的，所述全站仪为红外线全站仪。进一步的，所述步骤D中，计算直线OP在自由坐标系X’ O’ Y’中的方位角ciQP的方法如下:
OP 的象限角 θ =arc tan ((Yp - Y0 ) / (Xp - X0 ));
当 Xp’ - X0’ ^ 0，YP’ - Υ0’ 彡 O 时，α ορ= θ ；
当 ΧΡ’ - X0’〈0，YP’ - Y0’ 彡 0 时，a op= Θ +180。；
当 XP’ - X。’〈0，YP’ - Y。’〈0 时，a op= Θ +180° ；
当 XP’ - X。’ ^ 0，YP’ - Y。’〈0 时，a op= Θ +360。。进一步的，所述步骤E中，计算垂直度的方法如下:
当Yn〈0时，所述垂直度=Yn+d ；
当Yn>0时，所述垂直度=Yn-d ；
d表示所述标准坐标系XOY的原点O在Y轴上离墙面的距离。进一步的，所述步骤E中，计算平整度的方法如下:
当Yn〈0时，所述平整度=Yn+d ；
当Yn>0时，所述平整度=Yn-d ；
d表示所述标准坐标系XOY的原点O在Y轴上离墙面的距离。进一步的，所述步骤E中，计算垂直度偏差的方法如下:
选取所述受测点中的一个受测点C,受测点C在标准坐标系XOY中的坐标为(X。，Yc)；选取所述受测点中位于受测点C下方的一个受测点D,受测点D在标准坐标系XOY中的坐标为(\, Yd);
受测点C和受测点D在标准坐标系XOY中沿X轴方向的坐标差值Ax= Xc- Xd ；
受测点C和受测点D在标准坐标系XOY中沿Y轴方向的坐标差值Ay= Yc- Yd ；
直线⑶在标准坐标系XOY中沿X轴方向的垂直度偏差Kx= Δ X/H ；直线⑶在标准坐标系XOY中沿Y轴方向的垂直度偏差Ky= Δ Y/H ；
直线CD的垂直度综合偏差^ +iir: H ；
H表不受:测点C和受:测点D的闻差，闻差指两点之间闻程之差。进一步的，所述全站仪的目镜为弯管目镜。发明人考虑到建筑物层高较高，作业距离有限的情况，采用弯管目镜，解决了仰角过大导致全站仪无法观测的问题。进一步的，所述步骤B中，标准坐标系XOY的原点O与墙面的一个角点重合，采用这种形式建立标准坐标系Χ0Υ，使得所述标准坐标系XOY的原点O在Y轴上离墙面的距离d=0，简化了垂直度和平整度的计算过程，通过读取受测点的坐标值即可直接得到垂直度和平整度，提高了测量效率。综上所述，本发明的优点和有益效果在于:
1.采用全站仪替代传统的靠尺进行墙面垂直度、平整度、垂直度偏差和垂直度综合偏差的测量，避免了靠尺测量带来的安全风险，相对于靠尺测量，本发明的测量范围更大，能进行墙面的全范围测量，同时，本发明还提高了测量精度，减少了测量时间，提高了测量效率；
2.在建立标准坐标系时，将标准坐标系XOY的原点O与墙面的一个角点重合，简化了垂直度和平整度的计算过程，通过读取受测点的坐标值即可直接得到垂直度和平整度，提高了测量效率；
3.采用弯管目镜，解决了仰角过大导致全站仪无法观测的问题。
为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。图1为本发明的测量原理图A ；
图2为本发明的测量原理图B;
其中，附图标记对应的零部件名称如下:
101-全站仪，102-墙面。
具体实施例方式为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。实施例1:
如图1所示，本实施例需测量墙面102的垂直度、平整度、垂直度偏差和垂直度综合偏差，墙面102高30m，现选取墙面102上的顶部角点A进行说明。全站仪扩大应用方法， 具体步骤如下:A.全站仪101在自由测点O’设站并建立自由坐标系X’O’Y’，全站仪101为红外线全站仪；
B.建立标准坐标系XOY，标准坐标系XOY的X轴平行于墙面102，标准坐标系XOY的Y轴垂直于墙面102，标准坐标系XOY的原点O在Y轴上离墙面102的距离为0.0lm ；
C.用全站仪101检测墙面102上的顶部角点A在自由坐标系中的坐标(0.005,0.018)；
D.将受测点在自由坐标系中的坐标(0.005,0.018)转换成标准坐标系中的坐标,转换方法如下:
用全站仪101检测标准坐标系XOY的原点O在自由坐标系V O’ Y’中的坐标(0.001，
0.002 )；
用全站仪101检测标准坐标系XOY中X轴上任意一点P在自由坐标系V O’ Y’中的坐标(0.101,0.175)；
计算直线OP在自由坐标系X’ O’ Y’中的方位角CItff，方法如下:
OP 的象限角 Θ =Brctan ((0.175-0.002) / (0.101-0.001)) =60。；
由于 XP’ - X。’ >0，YP’ - Y。’ >0 时，α ορ= θ =60° ；
由于直线OP在标准坐标系XOY中的方位角为0°，则两坐标系间的旋转参数
α = α ορ=60 ；两坐标系间的平移参数a= 0.001, b= 0.002 ；
顶部角点A在自由坐标系中的坐标(0.005,0.018)至标准坐标系中的坐标的转换公式
为:
cos60。* (0.005-0.001) -sin60° * (0.018-0.002) =-0.049m ；sin60° * (0.005-0.001) - cos60° * (0.018-0.002) =0.0llm ；
由此可得，顶部角点A在标准坐标系中的坐标为(-0.049，-0.011)；
E.计算垂直度、平整度、垂直度偏差和垂直度综合偏差；
顶部角点A的垂直度=-0.011+0.01=-0.0Olm ；
顶部角点A的平整度=-0.011+0.01=-0.0Olm ；
顶部角度A的垂直度偏差计算过程如下:
此处，选取顶部角度A下方的底部角点B为下点，底部角点B在标准坐标系中的坐标为(O, -0.01)；
沿X轴方向的垂直度偏差Kx= (-0.049-0) /30=-0.00163 ；
沿Y轴方向的垂直度偏差Ky= (-0.011+0.01)/30=0.00003 ；
直线OA的垂直度综合偏差
权利要求
1.全站仪扩大应用方法，其特征在于，包括以下步骤: A.全站仪在自由测点O’设站并建立自由坐标系VO’ Y’ ； B.建立标准坐标系XOY，标准坐标系XOY的X轴平行于墙面，标准坐标系XOY的Y轴垂直于墙面； C.用全站仪检测墙面上的受测点在自由坐标系中的坐标(xn’，Y；)； D.将受测点在自由坐标系中的坐标(xn’，Υη’)转换成标准坐标系中的坐标(xn,Υη)，转换方法如下: 用全站仪检测标准坐标系XOY的原点O在自由坐标系V O’ Y’中的坐标(X;, Yt;)；用全站仪检测标准坐标系XOY中X轴上任意一点P在自由坐标系V O’ Y’中的坐标(Xp’，YP’ )； 计算直线OP在自由坐标系X’O’Y’中的方位角a ^两坐标系间的旋转参数a=a()P; 两坐标系间的平移参数a= X0', b= Y。’ ； 自由坐标系中的坐标(χη’，γη’)至标准坐标系中的坐标(xn, Yn)的转换公式为: Xn=cos a (Xn -a)-sin α (Yn -b)；Yn=-sina (Xn -a) - cos a (Yn -b)； E.计算垂直度、平整度、垂直度偏差和垂直度综合偏差。
2.根据权利要求1所述的全站仪扩大应用方法，其特征在于:所述全站仪为红外线全站仪。
3.根据权利要求1所述的全站仪扩大应用方法，其特征在于:所述步骤D中，计算直线OP在自由坐标系V O’ Y’中的方位角α ορ的方法如下:OP 的象限角 Θ =arctan ((Yp - Y0 ) / (Xp - X0 ));当 Xp’ - X0’ ^ 0，YP’ - Υ0’ 彡 O 时，α ορ= θ ；当 ΧΡ’ - X0’〈0，YP’ - Y0’ 彡 0 时，a op= Θ +180。；当 XP’ - X。’〈0，YP’ - Y。’〈0 时，a op= Θ +180° ；当 XP’ - X。’ ^ 0，YP’ - Y。’〈0 时，a op= Θ +360。。
4.根据权利要求1所述的全站仪扩大应用方法，其特征在于:所述步骤E中，计算垂直度的方法如下: 当Yn〈0时，所述垂直度=Yn+d ； 当Yn>0时，所述垂直度=Yn-d ； d表示所述标准坐标系XOY的原点O在Y轴上离墙面的距离。
5.根据权利要求1所述的全站仪扩大应用方法，其特征在于:所述步骤E中，计算平整度的方法如下: 当Yn〈0时，所述平整度=Yn+d ； 当Yn>0时，所述平整度=Yn-d ； d表示所述标准坐标系XOY的原点O在Y轴上离墙面的距离。
6.根据权利要求1所述的全站仪扩大应用方法，其特征在于:所述步骤E中，计算垂直度偏差的方法如下: 选取所述受测点中的一个受测点C,受测点C在标准坐标系XOY中的坐标为(X。，Yc)； 选取所述受测点中位于受测点C下方的一个受测点D,受测点D在标准坐标系XOY中的坐标为(\, YD); 受测点C和受测点D在标准坐标系XOY中沿X轴方向的坐标差值Ax= Xc- Xd ； 受测点C和受测点D在标准坐标系XOY中沿Y轴方向的坐标差值Ay= Yc- Yd ； 直线⑶在标准坐标系XOY中沿X轴方向的垂直度偏差Kx= Δ Χ/Η ； 直线⑶在标准坐标系XOY中沿Y轴方向的垂直度偏差Ky= Δ Υ/Η ； 直线CD的垂直度综合偏差
7.根据权利要求1所述的全站仪扩大应用方法，其特征在于:所述全站仪的目镜为弯管目镜。
8.根据权利要求Γ7中任意一项所述的全站仪扩大应用方法，其特征在于:所述步骤B中，标准坐标系XOY的 原点O与墙面的一个角点重合。
全文摘要
本发明公开了一种全站仪扩大应用方法，包括以下步骤A．全站仪在自由测点O’设站并建立自由坐标系X’O’Y’；B．建立标准坐标系XOY，标准坐标系XOY的X轴平行于墙面，标准坐标系XOY的Y轴垂直于墙面；C．用全站仪检测墙面上的受测点在自由坐标系中的坐标(Xn’，Yn’)；D．将受测点在自由坐标系中的坐标(Xn’，Yn’)转换成标准坐标系中的坐标(Xn，Yn)；E．计算垂直度、平整度、垂直度偏差和垂直度综合偏差。本发明的优点和有益效果在于，避免了靠尺测量带来的安全风险，相对于靠尺测量，本发明的测量范围更大，能进行墙面的全范围测量，还提高了测量精度，减少了测量时间，提高了测量效率。
文档编号G01B11/26GK103175487SQ201310085818
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者肖体昌 申请人:四川省第十一建筑有限公司