专利名称：一种拉线定位仪及其测量方法
技术领域：
本发明涉及船体水下结构物安装定位监测测量领域，具体涉及一种拉线定位仪及其测量方法。
背景技术：
现有的水下定位技术，根据声学定位系统定位基线的长度，将定位系统分为3种类型长基线定位系统(LBL)、短基线定位系统(SBL)和超短基线定位系统(SSBL / USBL),此外，水声定位系统还和其他一些定位系统结合起来，形成组合定位系统。三种定位系统均需要在水下设置有应答器和在船体上设置换能器，系统复杂，操作繁琐；针对深水区的定位需要数量巨大的声基阵，费用昂贵，而且需要长时间布设和收回海底声基阵；需要详细对海底声基阵校推测量。而目前新兴的由GPS定位和水声定位相结合的联合定位系统，又称为水下GPS定位系统。它是利用水声相对定位技术将GPS水面高精度定位能力向水下延伸，使潜器在工作潜深就可以直接获得自身的大地经纬度坐标，且定位精度可以保证与GPS水面定位精度
在同一量级。但是同样需要将水下收发机装于水下载体上，费用昂贵，不利用大规模推广。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种拉线定位仪，不仅可以应用水下定位测量，可运用于陆上、常规测量仪器难于测量或企及的隐秘区域，结构简单，定位精度高的特点。为达到上述目的，本发明的技术方案如下一种拉线定位仪，包括固定外框支架上的角度测量装置，所述角度测量装置包括设置在测量装置底部，且与拉线连接的摆臂，以及安装于摆臂上方的水平角度编码器和摆臂一侧的垂直角度编码器，倾斜仪固定安装于角度测量装置上部或安装在定位仪本体上层隔舱内，一与拉线连接的防脱出装置，所述防脱出装置包括一测距轮，所述测距轮中部通孔与测距轮固定座的固定孔贯通连接，使得测距轮绕固定孔转动，一拉线传输结构，包括万向轮和转向轮，拉线通过万向轮，测距轮以及转向轮连接一绞盘，绞盘轴接于调速电机。优选的，所述摆臂包括一摆臂连接框，固定连接摆臂连接框一端，用于连接拉线的测杆，平衡块相对设置于摆臂连接框另一端，保证测量前定位仪的平衡状态，所述摆臂轴设在安装在角度测量装置底部的固定轴上，摆臂能绕固定轴自由转动。优选的，所述测距轮包括一将拉线紧贴测距轮的弹簧压件，弹簧压件的进口处和出口处均设置有导向轮，拉线通过导向轮连接测距轮。优选的，测距轮的一侧通过轴接装置连接一测量拉线长度的测距传感器。利用拉线定位仪进行水下定位的方法，包括以下步骤
I)测量前，利用定位定向GPS测定拉线定位仪自身的三维坐标，然后再进一步确定摆臂旋转中心位置；2)调速电机速度调至低速状态，操作人员将拉线一端穿过待测物的测量装置后，与定位仪的摆臂端相连接，拉线另一端依次通过万向轮，导向轮，测距轮以及转向轮，再与绞盘的拉线预留段相连，所述绞盘拉线和调速电机相连；3)待测物到达待测位置，调高调速电机转速，增加拉线的拉力，使拉线处于拉紧状态；4)测距角度传感器，水平角度编码器，垂直角度编码器以及倾斜仪开始采集数据，分别测定拉线长度(L)，水平方向角(b)，垂直角(a)和拉线定位仪的两维倾斜角度，经过数据传输与处理，算出被测点A的三维坐标，根据倾斜仪测定拉线定位仪的两维倾斜角度，并即时修正待测点A的三维坐标。优选的，所述待测点A的三维坐标x=LX sin (b) ；y=LXcon(b) X sin (a) ;Z=LX con (b) X con (a)。优选的，在步骤2)之前，检测定位仪的摆臂平衡系统，若不平衡，则通过微调平衡块整平。优选的，所述步骤4)中，倾斜仪用于测量拉线定位仪的两维倾斜角度，测距角度传感器用于测量拉线长度，水平角度编码器和垂直角度编码器用来测量摆臂空间角度，优选的，在待测物上安装有定位环，用于连接测量目标和拉线。优选的，测量结束后，调低调速电机转速，把拉线从定位仪摆臂端解开，由调速电机缓慢将拉线拉至初始位置，做好下一次定位准备。通过上述技术方案，本发明的有益效果是测量目标通过拉线连接定位仪，操作人员将拉线一端穿过定位环，并与定位仪摆臂端相连接，拉线另一端通过测量装置及与调速电机相连，通过定位仪测定测量目标水下实际坐标，从而确定测量目标位置，定位精度高。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的角度测量装置的左视图。图3为本发明的角度测量装置的主视图。图4为本发明的测距轮的主视图。图5为本发明的测距轮的左视图。图6为本发明的测量方法示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。参照图1-图5所示，一种拉线定位仪，包括固定外框支架I上的角度测量装置2，所述角度测量装置2包括设置在测量装置底部，且与拉线连接的摆臂3，以及安装于摆臂3上方的水平角度编码器4和摆臂3 —侧的垂直角度编码器5，倾斜仪6固定安装于角度测量装置2上部或安装在定位仪本体上层隔舱内，一与拉线连接的防脱出装置7，所述防脱出装置7包括一测距轮8，所述测距轮8中部通孔与测距轮固定座9的固定孔贯通连接，使得测距轮8绕固定孔10转动，一拉线传输结构，包括万向轮11和转向轮12，拉线通过万向轮11，测距轮8以及转向轮12连接一绞盘13，绞盘13轴接于调速电机14。所述摆臂3包括一摆臂连接框3a，固定连接摆臂连接框3a —端，用于连接拉线的测杆3b，平衡块3c相对设置于摆臂连接框3a另一端，保证测量前定位仪的平衡状态，摆臂3轴设在安装在角度测量装置2底部的固定轴15上，摆臂3能绕固定轴15自由转动。所述测距轮8包括一将拉线紧贴测距轮8的弹簧压件16，弹簧压件16的进口处和出口处均设置有导向轮17，拉线通过导向轮17连接测距轮8。测距轮8的一侧通过轴接装置19连接一测量拉线长度的测距传感器18。参照图6所示，利用拉线定位仪进行水下定位的方法，包括以下步骤I)测量前，利用定位定向GPS测定拉线定位仪自身的三维坐标，然后再进一步确定摆臂旋转中心位置；2)调速电机速度调至低速状态，操作人员将拉线一端穿过待测物的测量装置后，与定位仪的摆臂端相连接，拉线另一端依次通过万向轮，导向轮，测距轮以及转向轮，再与绞盘的拉线预留段相连，绞盘轴接于调速电机；3)待测物到达待测位置，调高调速电机转速，增加拉线的拉力，使拉线处于拉紧状态；4)测距角度传感器，水平角度编码器，垂直角度编码器以及倾斜仪开始采集数据，分别测定拉线长度(L)，水平方向角(b)，垂直角(a)和拉线定位仪的两维倾斜角度，经过数据传输与处理，算出被测点A的三维坐标，根据倾斜仪测定拉线定位仪的两维倾斜角度，并即时修正待测点A的三维坐标。优选的，所述待测点A的三维坐标x=LX sin (b) ；y=LXcon(b) X sin (a) ;Z=LX con (b) X con (a)。在步骤2)之前，检测定位仪的摆臂平衡系统，若不平衡，则通过微调平衡块整平。所述步骤4)中，倾斜仪用于测量拉线定位仪的两维倾斜角度，测距角度传感器用于测量拉线长度，水平角度编码器和垂直角度编码器用来测量摆臂空间角度，在待测物上安装有定位环，用于连接测量目标和拉线。测量结束后，调低调速电机转速，把拉线从定位仪摆臂端解开，由调速电机缓慢将拉线拉至初始位置，做好下一次定位准备。所述转向轮用来改变拉线方向；所述万向轮随着拉线转动。所述拉线选用无弹性，细钢丝绳。本发明水下定位的工作流程
I)每次系统测量前，测量人员检测测量装置的摆臂平衡系统，若不平衡，则通过微调平衡块整平；2)在待测重物上安装测量定位小环或滑轮；3)将调速电机速度调至低速(拉力较小，对拉线有适度的拉力)状态，操作人员将拉线一端穿过定位小环，并与定位仪的摆臂端相连接，拉线另一端依次通过万向轮，导向轮，测距轮以及转向轮，再与绞盘的拉线预留段相连，绞盘拉线和调速电机相连；4)待测点定位小环到达待测位置(河床底部)，调高力矩电机增加拉力，使拉线处于拉紧成一条直线；5 )电脑软件操作人员，发出指令，各测量单元传感器开始采集数据，经过数据传输与处理，算出被测点A的三维坐标，软件绘制位置图形等参数；7)定位小环A点测量结束后，测量人员调低力矩电机，把拉线从定位仪摆臂段解开连接搭扣，由调速电机缓慢将拉线拉至初始位置，做好下一次定位准备；8)数据处理根据定位数据显示和生成结果报表，操作软件自动记录保存定位数据。本发明不仅可以应用水上定位测量，可运用于陆上、常规测量仪器难于测量或企及的隐秘区域，结构简单，定位精度高的特点。本发明的定位精度介绍如下GPS定位精度水平精度8mm+lppm RMS,垂直精度15mm+lppmRMS。假设参考站最大距离不超过15km,则由GPS定位引起的平面误差为23mm。倾斜仪精度最小分辨率0. 001度，精度0. 01度。假设在整个定位过程中，定位装置到定位点的最大距离为30米，则倾斜仪误差引起的平面定位误差为Aq=30*0. 01/57. 3=0. 005m。高精度角度编码器角度编码器精度指标为0.01度。假设在整个定位过程中，定位装置到定位点的最大距离为30米，则角度编码器误差引起的平面定位误差为As=30*0. 01/57. 3=0. 005m。拉线长度误差拉线长度误差包括高分辨率多圈编码器测定误差、制作误差和拉伸变形误差引起。根据设备选型和经验，这项误差可以控制在10_以内。因此，假设在整个定位过程中，定位装置到排体定位点的最大距离为30米，上述各项误差总的影响为 A= (23*23+5*5+5*5+10*10) 1/2=26. 0mm。处于可控范围内，精度高的特点。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种拉线定位仪，其特征在于，包括 固定外框支架上的角度测量装置，所述角度测量装置包括设置在测量装置底部，且与拉线连接的摆臂，以及安装于摆臂上方的水平角度编码器和摆臂一侧的垂直角度编码器， 倾斜仪固定安装于角度测量装置上部或安装在定位仪本体上层隔舱内， 一与拉线连接的防脱出装置，所述防脱出装置包括一测距轮，所述测距轮中部通孔与测距轮固定座的固定孔贯通连接，使得测距轮绕固定孔转动， 一拉线传输结构，包括万向轮和转向轮，拉线通过万向轮，测距轮以及转向轮连接一绞盘，绞盘轴接于调速电机。
2.根据权利要求1所述的一种拉线定位仪，其特征在于所述摆臂包括一摆臂连接框，固定连接摆臂连接框一端，用于连接拉线的测杆，平衡块相对设置于摆臂连接框另一端，保证测量前定位仪的平衡状态，所述摆臂轴设在安装在角度测量装置底部的固定轴上，摆臂能绕固定轴自由转动。
3.根据权利要求1所述的一种拉线定位仪，其特征在于所述测距轮包括一将拉线紧贴 测距轮的弹簧压件，弹簧压件的进口处和出口处均设置有导向轮，拉线通过导向轮连接测距轮。
4.根据权利要求1所述的一种拉线定位仪，其特征在于测距轮的一侧通过轴接装置连接一测量拉线长度的测距传感器。
5.利用拉线定位仪进行水下定位的方法，其特征在于，包括以下步骤 1)测量前，利用定位定向GPS测定拉线定位仪自身的三维坐标，然后再进一步确定摆臂旋转中心位置； 2)调速电机速度调至低速状态，操作人员将拉线一端穿过待测物的测量装置后，与定位仪的摆臂端相连接，拉线另一端依次通过万向轮，导向轮，测距轮以及转向轮，再与绞盘的拉线预留段相连，绞盘轴接于调速电机； 3)待测物到达待测位置，调高调速电机转速，增加拉线的拉力，使拉线处于拉紧状态； 4)测距角度传感器，水平角度编码器，垂直角度编码器以及倾斜仪开始采集数据，分别测定拉线长度(L)，水平方向角(b)，垂直角(a)和拉线定位仪的两维倾斜角度，经过数据传输与处理，算出被测点A的三维坐标， 根据倾斜仪测定拉线定位仪的两维倾斜角度，并即时修正待测点A的三维坐标。
6.根据权利要求5所述的利用拉线定位仪进行水下定位的方法，其特征在于，所述待测点A的三维坐标x=LX sin (b) ；y=LXcon(b) X sin (a) ;Z=LX con (b) X con (a)。
7.根据权利要求5所述的利用拉线定位仪进行水下定位的方法，其特征在于，在步骤2)之前，检测定位仪的摆臂平衡系统，若不平衡，则通过微调平衡块整平。
8.根据权利要求5所述的利用拉线定位仪进行水下定位的方法，其特征在于，所述步骤4)中，倾斜仪用于测量拉线定位仪的两维倾斜角度，测距角度传感器用于测量拉线长度，水平角度编码器和垂直角度编码器用来测量摆臂空间角度。
9.根据权利要求5所述的利用拉线定位仪进行水下定位的方法，其特征在于，在待测物上安装有定位环，用于连接测量目标和拉线。
10.根据权利要求5所述的利用拉线定位仪进行水下定位的方法，其特征在于，测量结束后，调低调速电机转速，把拉线从定位仪摆臂端解开，由调速电机缓慢将拉线拉至初始位置，做 好下一次定位准备。
全文摘要
本发明公开了一种拉线定位仪，包括固定外框支架上的角度测量装置，所述角度测量装置包括设置在测量装置底部，且与拉线连接的摆臂，以及安装于摆臂上方的水平角度编码器和摆臂一侧的垂直角度编码器，倾斜仪固定安装于角度测量装置上部或安装在定位仪本体上层隔舱内,一与拉线连接的防脱出装置，所述防脱出装置包括一测距轮，所述测距轮中部通孔与测距轮固定座的固定孔贯通连接，使得测距轮绕固定孔转动，一拉线传输结构，包括万向轮和转向轮，拉线通过万向轮，测距轮以及转向轮连接一绞盘，绞盘轴接于调速电机。不仅可以应用水上定位测量，可运用于陆上、常规测量仪器难于测量或企及的隐秘区域，结构简单，定位精度高的特点。
文档编号G01C15/00GK103017743SQ20121050795
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者施冲, 孙伟明, 杨立文, 杨宇, 蒋方靖, 王辉, 刘国辉 申请人:中交第三航务工程局有限公司上海分公司