基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法及其測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法及其測量方法，包括如下步驟：（1）測量測站點的大地坐標(biāo)；（2）對監(jiān)測范圍內(nèi)的地形表面采樣；使用采集軟件在電子地圖上對監(jiān)測區(qū)域的地形表面采樣，得到采樣點的大地坐標(biāo)，并將采樣點存儲作為標(biāo)定點；（3）標(biāo)定點地形劃分；對得到的標(biāo)定點進(jìn)行地形劃分，將得到的所有區(qū)域編號并記為GC，表示對應(yīng)標(biāo)定點的地形屬性；（4）坐標(biāo)變換；（5）鄰域點搜索；（6）目標(biāo)距離計算。該方法和系統(tǒng)通過對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的地形表面采樣，將采樣結(jié)果結(jié)合光電探測系統(tǒng)測量到的目標(biāo)角度，快速其且準(zhǔn)確地得到目標(biāo)距離。
【專利說明】基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法及其測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法及其測量系統(tǒng)，用于系統(tǒng)的目標(biāo)定位、軌跡生成，為情報數(shù)據(jù)的加工處理提供支持。
【背景技術(shù)】
[0002]常見的光電地面監(jiān)測系統(tǒng)由前端探測系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和指揮控制中心三部分組成，其系統(tǒng)框圖見圖1。其中，前端探測系統(tǒng)負(fù)責(zé)運動目標(biāo)的探測和數(shù)據(jù)上報；通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)前端探測系統(tǒng)和指揮控制中心之間的數(shù)據(jù)傳輸；指揮控制中心負(fù)責(zé)前端數(shù)據(jù)融合、三維視景顯示及指揮決策。其中，對目標(biāo)的定位是數(shù)據(jù)融合和三維視景顯示的基礎(chǔ)。普通的光電地面監(jiān)測系統(tǒng)單站只能測量目標(biāo)的角度，包括方位角度和俯仰角度，而不能測量目標(biāo)距離，所以單站無法定位目標(biāo)。因此通常利用配置激光測距機(jī)實現(xiàn)測距，但是這種方式會增加光電地面監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電氣、軟件等系統(tǒng)的設(shè)計難度，提高系統(tǒng)成本和使用者的操作復(fù)雜性，另外測量過程易受氣象條件制約。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法及其測量系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)通過對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的地形表面采樣，將采樣結(jié)果結(jié)合光電探測系統(tǒng)測量到的目標(biāo)角度，快速且準(zhǔn)確地得到目標(biāo)距離。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以解決:
[0005]一種基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法，包括如下步驟:
[0006]( I)測量測站點的大地坐標(biāo)
[0007](2)對監(jiān)測范圍內(nèi)的地形表面采樣
[0008]使用采集軟件在電子地圖上對監(jiān)測區(qū)域的地形表面采樣，得到M(M ^ 3)個采樣點的大地坐標(biāo)，并將采樣點存儲作為標(biāo)定點；
[0009](3)標(biāo)定點地形劃分
[0010]對得到的標(biāo)定點進(jìn)行地形劃分，將得到的所有區(qū)域編號并記為G。，表示對應(yīng)標(biāo)定點的地形屬性；
[0011](4)坐標(biāo)變換
[0012]步驟一:將測站點和標(biāo)定點的大地坐標(biāo)分別轉(zhuǎn)化為大地直角坐標(biāo)；
[0013]步驟二:得到所有標(biāo)定點的站心直角坐標(biāo):
[0014]步驟三:將所有標(biāo)定點的站心直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為站心極坐標(biāo):
[0015](5)鄰域點搜索
[0016]實時測量目標(biāo)點的方位角％和俯仰角β p，在所有標(biāo)定點中進(jìn)行鄰域點搜索，得到
點集Pnb;
[0017](6)目標(biāo)距離計算
[0018]使用點集pnb擬合平面，將平面直角坐標(biāo)方程和測站點指向目標(biāo)點的視線的直線方程聯(lián)立求解，得到目標(biāo)點距測站點的距離LP。
[0019]進(jìn)一步的，所述步驟(3)中使用基于分水嶺的圖像分割方法對得到的標(biāo)定點進(jìn)行地形劃分，具體步驟如下:
[0020]將標(biāo)定點映射到一幅二維圖像上，即將標(biāo)定點的大地坐標(biāo)中的經(jīng)度、緯度對應(yīng)二維圖像的像素坐標(biāo)，將標(biāo)定點的高程對應(yīng)像素點的灰度；計算每個標(biāo)定點的坡度，將坡度數(shù)據(jù)作為初始輸入，將標(biāo)定點分割成不同的區(qū)域。
[0021]進(jìn)一步的，所述步驟(4)中步驟一的轉(zhuǎn)化公式為:
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法，其特征在于，包括如下步驟: (I)測量測站點的大地坐標(biāo) (2 )對監(jiān)測范圍內(nèi)的地形表面采樣 使用采集軟件在電子地圖上對監(jiān)測區(qū)域的地形表面采樣，得到M(M> 3)個采樣點的大地坐標(biāo)，并將采樣點存儲作為標(biāo)定點； (3)標(biāo)定點地形劃分 對得到的標(biāo)定點進(jìn)行地形劃分，將得到的所有區(qū)域編號并記為G。，表示對應(yīng)標(biāo)定點的地形屬性； (4)坐標(biāo)變換 步驟一:將測站點和標(biāo)定點的大地坐標(biāo)分別轉(zhuǎn)化為大地直角坐標(biāo)； 步驟二:得到所有標(biāo)定點的站心直角坐標(biāo)； 步驟三:將所有標(biāo)定點的站心直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為站心極坐標(biāo)。 (5)鄰域點搜索 實時測量目標(biāo)點的方位角Θ P和俯仰角β P，在所有標(biāo)定點中進(jìn)行鄰域點搜索，得到點集 Pnb ; (6)目標(biāo)距離計算 使用點集Pnb擬合平面，將平面直角坐標(biāo)方程和測站點指向目標(biāo)點的視線的直線方程聯(lián)立求解，得到目標(biāo)點距測站點的距離LP。
2.如權(quán)利要求1所述的基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法，其特征在于，所述步驟(3)中使用基于分水嶺的圖像分割方法對得到的標(biāo)定點進(jìn)行地形劃分，具體步驟如下: 將標(biāo)定點映射到一幅二維圖像上，即將標(biāo)定點的大地坐標(biāo)中的經(jīng)度、緯度對應(yīng)二維圖像的像素坐標(biāo)，將標(biāo)定點的高程對應(yīng)像素點的灰度；計算每個標(biāo)定點的坡度，將坡度數(shù)據(jù)作為初始輸入，將標(biāo)定點分割成不同的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1的基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法，其特征在于，所述步驟(4)中步驟一的轉(zhuǎn)化公式為:
4.如權(quán)利要求1的基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法，其特征在于，所述步驟(4)中步驟二的標(biāo)定點中，第i個標(biāo)定點的站心直角坐標(biāo)
^EPi 一 (XEPi) JfEPi) 2EPi) 根據(jù)式3求得:
XEPi — AE(bCi_bE) (式3)
其中，
5.如權(quán)利要求1的基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法，其特征在于，所述步驟(4)中步驟三的所有標(biāo)定點中，第i個標(biāo)定點的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式為式4-式6:
θ Ci = atan (ygpi/xEpi)(式 4)
6.如權(quán)利要求1的基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法，其特征在于，所述步驟(5)中所述的在所有標(biāo)定點中進(jìn)行鄰域點搜索采用最近鄰法，具體步驟如下: 步驟一:計算每個標(biāo)定點視線和目標(biāo)點視線的夾角a c ； 步驟二:查找夾角％最小的標(biāo)定點Pmin ； 步驟三:在Pmin的鄰域點中查找與點Pmin的地形屬性Gc相等的標(biāo)定點，得到點集Pnb。
7.如權(quán)利要求1的基于地理信息的地面目標(biāo)距離單站測量方法，其特征在于，所述步驟(6)的具體步驟如下: 設(shè)平面的直角坐標(biāo)方程為: Αχ+By+Cz+l = O (式 7) 設(shè)點集Pnb中的點共有K個，將Pnb中所有點的極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到直角坐標(biāo):
8.使用權(quán)利要求1所述的基于地理信息的地面目標(biāo)距離測量方法的測量系統(tǒng)，包括光電探測系統(tǒng)、GPS、采集軟件、電子地圖、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其中: 所述光電探測系統(tǒng)用于測量目標(biāo)的方位角和俯仰角，并實時發(fā)送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)； 所述GPS用于測量測站點的大地坐標(biāo)； 所述采集軟件用于在電子地圖上對監(jiān)測區(qū)域的地形表面采樣，得到采樣點的大地坐標(biāo)，并將采樣點存儲作為標(biāo)定點； 所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于接收光電探測系統(tǒng)發(fā)送的測量目標(biāo)的方位角和俯仰角，接收GPS測量得到的測站點的大地坐標(biāo)，存儲采集軟件得到的標(biāo)定點；用于對標(biāo)定點地形劃分、坐標(biāo)變換、鄰域點搜索和目標(biāo)距離計算； 所述光電探測系統(tǒng)、GPS、采集軟件分別連接所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，采集軟件連接電子地圖。
【文檔編號】G01B21/04GK103777196SQ201410003455
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】張濤, 李漢玉 申請人:西安天和防務(wù)技術(shù)股份有限公司