一種動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)定位方法，系統(tǒng)包括：脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備、衛(wèi)星定位設(shè)備、姿態(tài)測(cè)量設(shè)備、同步控制機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及主控機(jī)；同步控制機(jī)構(gòu)分別與脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備和衛(wèi)星定位設(shè)備連接；脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備、衛(wèi)星定位設(shè)備和姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的輸出端均與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸出端與主控機(jī)的輸入端連接?；趧?dòng)態(tài)觀測(cè)站的空間位置信息、脈沖激光測(cè)距設(shè)備的測(cè)距信息、發(fā)射激光脈沖信號(hào)時(shí)刻的時(shí)間信息、目標(biāo)區(qū)影像信息、影像曝光時(shí)刻的時(shí)間信息，以及動(dòng)態(tài)觀測(cè)站和攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息，綜合計(jì)算目標(biāo)區(qū)特征點(diǎn)的空間位置信息，提高了移動(dòng)動(dòng)態(tài)定位的精度和效率。
【專利說(shuō)明】一種動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于主動(dòng)定位【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在移動(dòng)式主動(dòng)定位研究【技術(shù)領(lǐng)域】，主要研究對(duì)象為基于GPS與三維激光掃描儀的集成應(yīng)用研究。美國(guó)，加拿大，瑞典，日本，荷蘭等國(guó)家均陸續(xù)研發(fā)出相關(guān)陸地移動(dòng)測(cè)試產(chǎn)品，例如美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的GPS Van系統(tǒng)，卡爾加里大學(xué)的VISATTM系統(tǒng)，慕尼黑聯(lián)邦軍事大學(xué)的KISSTM系統(tǒng)，瑞典的Top Eye機(jī)載系統(tǒng)，美國(guó)的Cyra系統(tǒng)，法國(guó)Riegl公司的小型地面系統(tǒng)等。我國(guó)也研發(fā)出了同類產(chǎn)品，例如武漢測(cè)繪科技大學(xué)地球空間信息技術(shù)開(kāi)發(fā)組開(kāi)發(fā)的激光掃描測(cè)量系統(tǒng)，中國(guó)測(cè)繪科學(xué)開(kāi)發(fā)院四維公司研發(fā)的三維影像掃描測(cè)量系統(tǒng)等。
[0003]然而，現(xiàn)有的移動(dòng)式主動(dòng)定位設(shè)備普遍存在固定投資大、靈活性差、目標(biāo)針對(duì)性不強(qiáng)、數(shù)據(jù)采集量大、目標(biāo)區(qū)控制點(diǎn)需要已知、生產(chǎn)工藝復(fù)雜的缺陷。同時(shí)，現(xiàn)有產(chǎn)品對(duì)目標(biāo)區(qū)控制點(diǎn)的位置精度和移動(dòng)載體的運(yùn)動(dòng)速度及其平臺(tái)穩(wěn)定性等均具有較高要求，使得在高動(dòng)態(tài)移動(dòng)載體平臺(tái)條件下獲取不可到達(dá)目標(biāo)區(qū)控制點(diǎn)空間位置信息時(shí)，例如，基于船載平臺(tái)獲取海島礁位置信息時(shí)，其應(yīng)用受到很大程度的限制。
[0004]另外，現(xiàn)有技術(shù)中還出現(xiàn)使用攝影測(cè)量系統(tǒng)或超站儀進(jìn)行移動(dòng)式主動(dòng)定位。其中，攝影測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用前提是目標(biāo)區(qū)控制點(diǎn)已知，但對(duì)于存在困難或不宜到達(dá)的目標(biāo)區(qū)，控制點(diǎn)位置信息的獲取十分困難甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致攝影測(cè)量系統(tǒng)無(wú)法開(kāi)展工作，限制了攝影測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用。雖然攝影測(cè)量系統(tǒng)附加位置姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)后，可以擺脫對(duì)目標(biāo)區(qū)控制點(diǎn)的依賴，但是，因造價(jià)太高限制了其采用范圍。
[0005]超站儀是GPS和全站儀結(jié)合的新型測(cè)繪儀器，集成了全站儀與GPS的大部分功能，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)地面控制的地面測(cè)量，具有定位精度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在很多測(cè)量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但該設(shè)備僅是針對(duì)當(dāng)前作業(yè)目標(biāo)點(diǎn)的定位，不能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)的信息采集和事后任意點(diǎn)定位，對(duì)大量特征點(diǎn)定位效率低，從而限制了該設(shè)備的適用范圍和作業(yè)效率；且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)定位，尚需要棱鏡輔助才能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離量程，從而在很大程度上使得該設(shè)備無(wú)法在動(dòng)態(tài)平臺(tái)上滿足各種目標(biāo)動(dòng)態(tài)定位需求。
[0006]此外，超站儀本身無(wú)法適應(yīng)移動(dòng)載體移動(dòng)過(guò)程中基座不置平的問(wèn)題，無(wú)法在移動(dòng)載體上實(shí)施測(cè)量功能，不能實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)測(cè)量功能。尤其對(duì)于一些無(wú)法確立站標(biāo)的地段，例如不能登陸的島嶼，火山口，塌陷區(qū)域、危險(xiǎn)禁區(qū)等，無(wú)棱鏡反射測(cè)量的量程顯得過(guò)短，不能滿足危險(xiǎn)地段與軍事目標(biāo)的測(cè)設(shè)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)定位方法，能夠?qū)Σ灰嘶虿灰椎竭_(dá)的目標(biāo)區(qū)控制點(diǎn)和特征點(diǎn)進(jìn)行定位，具有使用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)；還具有非常高的動(dòng)態(tài)定位精度和動(dòng)態(tài)定位效率。[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，包括:脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備、衛(wèi)星定位設(shè)備、姿態(tài)測(cè)量設(shè)備、同步控制機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及主控機(jī)；所述主控機(jī)的輸出端通過(guò)所述同步控制機(jī)構(gòu)分別與所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備、所述攝影測(cè)量設(shè)備和所述衛(wèi)星定位設(shè)備的輸入端連接；所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備、所述攝影測(cè)量設(shè)備、所述衛(wèi)星定位設(shè)備和所述姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的輸出端均與所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸入端連接，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸出端與所述主控機(jī)的輸入端連接。
[0010]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備為多串口集成板；所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備、所述攝影測(cè)量設(shè)備、所述衛(wèi)星定位設(shè)備和所述姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的輸出端均連接到所述多串口集成板中的對(duì)應(yīng)串口上；所述多串口集成板的輸出端通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與所述主控機(jī)連接。
[0011]優(yōu)選的，所述主控機(jī)配置有輸入輸出設(shè)備。
[0012]優(yōu)選的，所述輸入輸出設(shè)備包括顯示屏、鍵盤以及鼠標(biāo)。
[0013]優(yōu)選的，所述攝影測(cè)量設(shè)備為加固型長(zhǎng)焦距數(shù)碼相機(jī)；和/或所述姿態(tài)測(cè)量設(shè)備為三維數(shù)字羅盤；和/或所述衛(wèi)星定位設(shè)備包括:BDS/GPS雙頻OEM板和天線；所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備為高精度低延遲脈沖激光測(cè)距儀；和/或所述主控機(jī)為防塵防水防鹽霧電腦。
[0014]本發(fā)明還提供一種動(dòng)態(tài)定位方法，包括以下步驟:
[0015]SI，將動(dòng)態(tài)定位設(shè)備安裝到動(dòng)態(tài)觀測(cè)站上，在動(dòng)態(tài)觀測(cè)站運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)，如果需要對(duì)目標(biāo)控制點(diǎn)進(jìn)行定位，則通過(guò)同步控制機(jī)構(gòu)，同時(shí)觸發(fā)執(zhí)行以下三個(gè)操作:
[0016]操作一，觸發(fā)脈沖激光測(cè)距設(shè)備工作，獲取動(dòng)態(tài)觀測(cè)站與目標(biāo)控制點(diǎn)之間距離信息；
[0017]操作二，觸發(fā)攝影測(cè)量設(shè)備工作，獲取目標(biāo)控制點(diǎn)所在目標(biāo)區(qū)域的影像信息；
[0018]操作三，觸發(fā)衛(wèi)星定位設(shè)備工作，獲取時(shí)空基準(zhǔn)信息；所述時(shí)空基準(zhǔn)信息包括:動(dòng)態(tài)觀測(cè)站當(dāng)前的空間位置信息，以及，BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)信息；其中，所述BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)信息為所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備發(fā)射激光脈沖信號(hào)時(shí)刻的時(shí)間信息，同時(shí)也為所述攝影測(cè)量設(shè)備曝光時(shí)刻的時(shí)間信息；
[0019]另外，姿態(tài)測(cè)量設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)量動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息時(shí)序；
[0020]S2，數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集測(cè)量信息，所述測(cè)量信息包括:動(dòng)態(tài)觀測(cè)站與目標(biāo)控制點(diǎn)之間距離信息、目標(biāo)控制點(diǎn)所在目標(biāo)區(qū)域的影像信息、時(shí)空基準(zhǔn)信息、動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息時(shí)序；然后，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備將所述測(cè)量信息傳輸給所述主控機(jī)；
[0021]S3，所述主控機(jī)根據(jù)所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及所述BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)信息，計(jì)算得到BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)刻動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息；還根據(jù)所述攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息時(shí)序，計(jì)算得到BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)刻攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息；
[0022]S4，所述主控機(jī)采用測(cè)邊/測(cè)角交會(huì)定位方法對(duì)上述各測(cè)量信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得目標(biāo)控制點(diǎn)的空間位置信息。
[0023]優(yōu)選的，SI中，所述同步控制機(jī)構(gòu)觸發(fā)脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備和衛(wèi)星定位設(shè)備同時(shí)進(jìn)行信號(hào)采集的過(guò)程具體為:[0024]通過(guò)觸發(fā)激光控制按鈕或拍照開(kāi)關(guān)產(chǎn)生三路時(shí)間同步脈沖信號(hào)，第一路脈沖信號(hào)觸發(fā)衛(wèi)星定位設(shè)備工作，第二路脈沖信號(hào)觸發(fā)脈沖激光測(cè)距設(shè)備工作，第三路脈沖信號(hào)觸發(fā)攝影測(cè)量設(shè)備工作。
[0025]優(yōu)選的，SI中，所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序?yàn)橐幌盗袔r(shí)刻標(biāo)記的姿態(tài)，具體包括:俯仰角信息、航向角信息和橫滾角信息。
[0026]優(yōu)選的，S3中，所述主控機(jī)根據(jù)所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及所述BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)信息，計(jì)算得到BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)刻動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息。具體為:
[0027]對(duì)所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序進(jìn)行外推或內(nèi)插計(jì)算，推算出BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)刻動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息。
[0028]優(yōu)選的，S4之后，還包括:
[0029]S5，通過(guò)目標(biāo)控制點(diǎn)的空間位置信息以及攝影測(cè)量設(shè)備的空間位置信息，反解外方位元素，根據(jù)攝影測(cè)量的前方交會(huì)原理，估計(jì)獲得目標(biāo)區(qū)域影像上所有特征點(diǎn)的空間位
置信息。
[0030]本發(fā)明的有益效果如下:
[0031]本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)定位方法，具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)通過(guò)采用脈沖激光測(cè)距設(shè)備實(shí)現(xiàn)了無(wú)棱鏡輔助下高精度的主動(dòng)式動(dòng)態(tài)定位，能夠?qū)Σ灰嘶虿灰椎竭_(dá)的目標(biāo)區(qū)域控制點(diǎn)進(jìn)行定位；(2)通過(guò)目標(biāo)區(qū)域影像采集和無(wú)棱鏡輔助下主動(dòng)式動(dòng)態(tài)定位，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的目標(biāo)控制點(diǎn)定位，進(jìn)而對(duì)不宜或不易到達(dá)的目標(biāo)區(qū)域的特征點(diǎn)進(jìn)行定位；
(3)基于動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的空間位置信息、脈沖激光測(cè)距設(shè)備的測(cè)距信息、發(fā)射激光脈沖信號(hào)時(shí)刻的時(shí)間信息、目標(biāo)區(qū)影像信息、影像曝光時(shí)刻的時(shí)間信息，以及動(dòng)態(tài)觀測(cè)站和攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息，綜合計(jì)算目標(biāo)區(qū)特征點(diǎn)的空間位置信息，提高了移動(dòng)動(dòng)態(tài)定位的精度和效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)定位方法的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0035]如圖1所示，本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，包括:脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備、衛(wèi)星定位設(shè)備、姿態(tài)測(cè)量設(shè)備、同步控制機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及主控機(jī)；
[0036]其中，脈沖激光測(cè)距設(shè)備用于測(cè)量動(dòng)態(tài)觀測(cè)站與目標(biāo)控制點(diǎn)之間距離信息，其測(cè)距原理為:通過(guò)測(cè)量激光脈沖信號(hào)發(fā)射和經(jīng)目標(biāo)點(diǎn)反射后再次接收之間的時(shí)間差，獲取動(dòng)態(tài)觀測(cè)站與目標(biāo)控制點(diǎn)之間的距離信息。具體實(shí)施過(guò)程中，脈沖激光測(cè)距設(shè)備可以為高精度低延遲脈沖激光測(cè)距儀，其無(wú)需在目標(biāo)控制點(diǎn)處架設(shè)反射棱鏡進(jìn)行輔助測(cè)量，使得目標(biāo)控制點(diǎn)選擇機(jī)動(dòng)靈活，具有很好的主動(dòng)性。優(yōu)選地，可使用uscontrol激光測(cè)距儀，其作用距離可達(dá)500米，測(cè)距精度為0.05m,能夠滿足對(duì)于某些無(wú)法確立站標(biāo)的地段的無(wú)棱鏡輔助測(cè)量，其中，無(wú)法確立站標(biāo)的地段例如:不能登陸的島嶼，火山口，塌陷區(qū)域、危險(xiǎn)禁區(qū)等。
[0037]攝影測(cè)量設(shè)備用于獲取目標(biāo)控制點(diǎn)所在目標(biāo)區(qū)域的影像信息；利用加固相機(jī)鏡頭和機(jī)身保持相機(jī)穩(wěn)定的內(nèi)方位元素以保證攝影測(cè)量，通過(guò)曝光拍照獲取目標(biāo)區(qū)域的影像信息。具體實(shí)施過(guò)程中，攝影測(cè)量設(shè)備可以為加固型長(zhǎng)焦距數(shù)碼相機(jī)，其無(wú)需在目標(biāo)區(qū)域的特征點(diǎn)架設(shè)反射棱鏡進(jìn)行輔助測(cè)量，使得目標(biāo)區(qū)域選擇機(jī)動(dòng)靈活，具有很好的主動(dòng)性和高效性。優(yōu)選地，可使用5DMAXII相機(jī)，其焦距達(dá)70_，能夠滿足對(duì)于某些工作人員難以靠近的地段的攝影測(cè)量，例如，對(duì)于不能登陸的島_，火山口，塌陷區(qū)域、危險(xiǎn)禁區(qū)等的攝影測(cè)量。
[0038]衛(wèi)星定位設(shè)備用于測(cè)量時(shí)空基準(zhǔn)信息，其中，空間基準(zhǔn)信息為:動(dòng)態(tài)觀測(cè)站和攝影測(cè)量設(shè)備的空間位置信息，如，三維坐標(biāo)；時(shí)間基準(zhǔn)信息為:脈沖激光測(cè)距設(shè)備發(fā)射激光脈沖信號(hào)時(shí)刻的時(shí)間信息，同時(shí)也為所述攝影測(cè)量設(shè)備曝光時(shí)刻的時(shí)間信息；具體實(shí)施過(guò)程中，衛(wèi)星定位設(shè)備可以通過(guò)BDS/GPS雙頻OEM板和天線實(shí)現(xiàn)。BDS/GPS雙頻OEM板具有接收BDS/GPS信號(hào)、處理信號(hào)、輸出觀測(cè)數(shù)據(jù)和定位結(jié)果等功能:接收來(lái)自天線單元的信號(hào)，并通過(guò)變頻、放大、濾波等一系列處理過(guò)程，對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行跟蹤、鎖定、測(cè)量，最后生成計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息，包括:緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向、衛(wèi)星狀況等，并由串口輸出串行數(shù)據(jù)。此外，由于衛(wèi)星定位設(shè)備和脈沖激光測(cè)距設(shè)備是被同步控制的，因此，該BDS/GPS接收機(jī)所測(cè)量的發(fā)射脈沖時(shí)刻的BDS/GPS時(shí)間即為自身被觸發(fā)時(shí)刻的BDS/GPS時(shí)間，即為時(shí)間基準(zhǔn)信息。
[0039]同步控制機(jī)構(gòu)分別與脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備和衛(wèi)星定位設(shè)備的輸入端連接；用于同步控制脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備和衛(wèi)星定位設(shè)備的同步工作；
[0040]姿態(tài)測(cè)量設(shè)備用于實(shí)時(shí)測(cè)量動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息時(shí)序；包括:動(dòng)態(tài)觀測(cè)點(diǎn)的俯仰角信息、航向角信息和橫滾角信息。具體實(shí)施過(guò)程中，該姿態(tài)測(cè)量設(shè)備可以通過(guò)三維數(shù)字羅盤來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸出RS232/RS485/RS422格式數(shù)據(jù)幀。
[0041]脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備、衛(wèi)星定位設(shè)備和姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的輸出端均與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸出端與主控機(jī)的輸入端連接。主控機(jī)通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得目標(biāo)控制點(diǎn)和目標(biāo)區(qū)域影像特征點(diǎn)的空間位置信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)控制點(diǎn)和目標(biāo)區(qū)域影像特征點(diǎn)的定位。其中，數(shù)據(jù)采集設(shè)備為多串口集成板；所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備、所述攝影測(cè)量設(shè)備、所述衛(wèi)星定位設(shè)備和所述姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的輸出端均連接到所述多串口集成板中的對(duì)應(yīng)串口上；所述多串口集成板的輸出端通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與所述主控機(jī)連接。最后通過(guò)外接供電接口與供電電池進(jìn)行連接?？梢?jiàn)，本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)采用組件化架構(gòu)，可根據(jù)具體應(yīng)用及技術(shù)要求提高各組件性能，系統(tǒng)成本控制靈活。
[0042]主控機(jī)配置有輸入輸出設(shè)備，通過(guò)輸入輸出設(shè)備，輸入控制指令，例如，BDS/GPS采樣率設(shè)置指令、數(shù)字羅盤采樣率設(shè)置、攝影測(cè)量的光圈大小等；以及，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)刻測(cè)量信息，例如動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的位置坐標(biāo)、測(cè)距信息、目標(biāo)控制點(diǎn)的空間位置信息、目標(biāo)區(qū)的影像等。具體實(shí)施過(guò)程中，輸入輸出單元可以通過(guò)掌上電腦的鍵盤和顯示屏來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0043]另外，為適應(yīng)海上作業(yè)需求，主控機(jī)可以選用防塵防水防鹽霧電腦，相應(yīng)的，顯示屏、鍵盤以及鼠標(biāo)也選用防塵防水防鹽霧的顯示屏、鍵盤以及鼠標(biāo)。另外，主控機(jī)可以選用掌上電腦，安裝多串口轉(zhuǎn)USB接口驅(qū)動(dòng)程序，且基本配置應(yīng)為windows XP操作系統(tǒng)，支持USB接口，處理器1.2GHz,內(nèi)存IGB0
[0044]如圖2所示，本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)定位方法，采用空間測(cè)距/測(cè)角交匯定位原理，M、N分別為目標(biāo)控制點(diǎn)，區(qū)域T為目標(biāo)控制點(diǎn)所在目標(biāo)區(qū)域,點(diǎn)1-6為目標(biāo)區(qū)域特征點(diǎn)；載有動(dòng)態(tài)定位設(shè)備的動(dòng)態(tài)觀測(cè)站沿軌跡線A-B-C移動(dòng)。在移動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)定位設(shè)備依次在A點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)處分別按照下述的S1、S2方法測(cè)量，得到多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，形成多目標(biāo)多測(cè)站多歷元觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)控制點(diǎn)和特征點(diǎn)的定位，具體包括以下步驟:
[0045]SI，將動(dòng)態(tài)定位設(shè)備安裝到動(dòng)態(tài)觀測(cè)站上，在動(dòng)態(tài)觀測(cè)站運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)，如圖2中的A位置，如果需要對(duì)目標(biāo)控制點(diǎn)進(jìn)行定位，則通過(guò)同步控制機(jī)構(gòu)，同時(shí)觸發(fā)執(zhí)行以下三個(gè)操作:
[0046]操作一，觸發(fā)脈沖激光測(cè)距設(shè)備工作，獲取動(dòng)態(tài)觀測(cè)站與目標(biāo)控制點(diǎn)之間距離信息；
[0047]操作二，觸發(fā)攝影測(cè)量設(shè)備工作，獲取目標(biāo)控制點(diǎn)所在目標(biāo)區(qū)域的影像信息；
[0048]操作三，觸發(fā)衛(wèi)星定位設(shè)備工作，獲取時(shí)空基準(zhǔn)信息；所述時(shí)空基準(zhǔn)信息包括:動(dòng)態(tài)觀測(cè)站當(dāng)前的空間位置信息，以及，BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)信息；其中，所述BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)信息為所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備發(fā)射激光脈沖信號(hào)時(shí)刻的時(shí)間信息，同時(shí)也為所述攝影測(cè)量設(shè)備曝光時(shí)刻的時(shí)間信息；
[0049]由于本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)作業(yè)條件下工作，需要將各種測(cè)量信息統(tǒng)一到相同的時(shí)刻。同步控制機(jī)構(gòu)為動(dòng)態(tài)環(huán)境目標(biāo)量測(cè)定位提供高精度的時(shí)間同步。具體實(shí)施過(guò)程中，可以通過(guò)脈沖信號(hào)同步控制衛(wèi)星定位設(shè)備、脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備，實(shí)現(xiàn)BDS/GPS定位與激光測(cè)距和影像采集的同步量測(cè)。該同步控制機(jī)構(gòu)的基本原理為，通過(guò)觸發(fā)激光控制按鈕或拍照開(kāi)關(guān)產(chǎn)生三路時(shí)間同步脈沖信號(hào)，第一路脈沖信號(hào)觸發(fā)衛(wèi)星定位設(shè)備工作，即:定位和授時(shí)，其中，定位為:獲取動(dòng)態(tài)觀測(cè)站空間位置坐標(biāo)；授時(shí)為:獲取BDS/GPS時(shí)間；第二路脈沖信號(hào)觸發(fā)脈沖激光測(cè)距設(shè)備獲取測(cè)距信息；第三路脈沖觸發(fā)攝影測(cè)量設(shè)備獲取影像信息。
[0050]另外，姿態(tài)測(cè)量設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)量動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息時(shí)序；動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序?yàn)橐幌盗袔r(shí)刻標(biāo)記的姿態(tài)，具體包括:俯仰角信息、航向角信息和橫滾角信息。
[0051]S2，數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集測(cè)量信息，所述測(cè)量信息包括:動(dòng)態(tài)觀測(cè)站與目標(biāo)控制點(diǎn)之間距離信息、目標(biāo)控制點(diǎn)所在目標(biāo)區(qū)域的影像信息、時(shí)空基準(zhǔn)信息、動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息時(shí)序；然后，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備將所述測(cè)量信息傳輸給所述主控機(jī)；
[0052]S3，所述主控機(jī)根據(jù)所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及所述BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)信息，計(jì)算得到BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)刻動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息；還根據(jù)所述攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息時(shí)序，計(jì)算得到BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)刻攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息；
[0053]由于姿態(tài)測(cè)量設(shè)備按一定采樣率輸出動(dòng)態(tài)觀測(cè)站姿態(tài)時(shí)序，還需要根據(jù)衛(wèi)星定位設(shè)備輸出的時(shí)空基準(zhǔn)信息，對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行外推或內(nèi)插計(jì)算，以獲得動(dòng)態(tài)觀測(cè)站在脈沖激光測(cè)距設(shè)備的脈沖發(fā)射時(shí)刻和攝影測(cè)量設(shè)備的曝光時(shí)刻的姿態(tài)信息，即:動(dòng)態(tài)觀測(cè)站在測(cè)距時(shí)刻和拍照時(shí)刻的姿態(tài)信息。此外，考慮到三維數(shù)字羅盤的測(cè)量原理是測(cè)量地球磁場(chǎng)，在儀器使用前可按生產(chǎn)廠家提供的方法削弱周圍電磁環(huán)境對(duì)姿態(tài)測(cè)量的影響。
[0054]S4，所述主控機(jī)采用測(cè)邊/測(cè)角交會(huì)定位方法對(duì)上述各測(cè)量信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得目標(biāo)控制點(diǎn)的空間位置信息。
[0055]具體的，同步后的歷元觀測(cè)數(shù)據(jù)為統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)下的動(dòng)態(tài)觀測(cè)站位置坐標(biāo)信息、動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息、目標(biāo)區(qū)域的影像信息以及動(dòng)態(tài)觀測(cè)站至目標(biāo)控制點(diǎn)的斜距信息。在存儲(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)的同時(shí)，通過(guò)測(cè)邊/測(cè)角交會(huì)定位方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得目標(biāo)控制點(diǎn)空間位置信息，包括:目標(biāo)控制點(diǎn)的空間位置三維坐標(biāo)、定位精度以及當(dāng)前觀測(cè)網(wǎng)幾何結(jié)構(gòu)
坐寸O
[0056]S4之后，還包括:
[0057]S5，通過(guò)目標(biāo)控制點(diǎn)的空間位置信息以及攝影測(cè)量設(shè)備的空間位置信息，反解外方位元素，根據(jù)攝影測(cè)量的前方交會(huì)原理，估計(jì)獲得目標(biāo)區(qū)域影像上所有特征點(diǎn)的空間位
置信息。
[0058]綜上所述，本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)定位方法，具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)通過(guò)采用脈沖激光測(cè)距設(shè)備實(shí)現(xiàn)了無(wú)棱鏡輔助下高精度的主動(dòng)式動(dòng)態(tài)定位，能夠?qū)Σ灰嘶虿灰椎竭_(dá)的目標(biāo)區(qū)域控制點(diǎn)進(jìn)行定位；(2)通過(guò)目標(biāo)區(qū)域影像采集和無(wú)棱鏡輔助下主動(dòng)式動(dòng)態(tài)定位，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的目標(biāo)控制點(diǎn)定位，進(jìn)而對(duì)不宜或不易到達(dá)的目標(biāo)區(qū)域的特征點(diǎn)進(jìn)行定位；(3)基于動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的空間位置信息、脈沖激光測(cè)距設(shè)備的測(cè)距信息、發(fā)射激光脈沖信號(hào)時(shí)刻的時(shí)間信息、目標(biāo)區(qū)影像信息、影像曝光時(shí)刻的時(shí)間信息，以及動(dòng)態(tài)觀測(cè)站和攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息，綜合計(jì)算目標(biāo)區(qū)特征點(diǎn)的空間位置信息，提高了移動(dòng)動(dòng)態(tài)定位的精度和效率。
[0059]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，其特征在于，包括:脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備、衛(wèi)星定位設(shè)備、姿態(tài)測(cè)量設(shè)備、同步控制機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及主控機(jī)；所述主控機(jī)的輸出端通過(guò)所述同步控制機(jī)構(gòu)分別與所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備、所述攝影測(cè)量設(shè)備和所述衛(wèi)星定位設(shè)備的輸入端連接；所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備、所述攝影測(cè)量設(shè)備、所述衛(wèi)星定位設(shè)備和所述姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的輸出端均與所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸入端連接，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸出端與所述主控機(jī)的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備為多串口集成板；所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備、所述攝影測(cè)量設(shè)備、所述衛(wèi)星定位設(shè)備和所述姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的輸出端均連接到所述多串口集成板中的對(duì)應(yīng)串口上；所述多串口集成板的輸出端通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與所述主控機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述主控機(jī)配置有輸入輸出設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入輸出設(shè)備包括顯示屏、鍵盤以及鼠標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述攝影測(cè)量設(shè)備為加固型長(zhǎng)焦距數(shù)碼相機(jī)；和/或所述姿態(tài)測(cè)量設(shè)備為三維數(shù)字羅盤；和/或所述衛(wèi)星定位設(shè)備包括:BDS/GPS雙頻OEM板和天線；所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備為高精度低延遲脈沖激光測(cè)距儀；和/或所述主控機(jī)為防塵防水防鹽霧電腦。
6.一種動(dòng)態(tài)定位方 法，其特征在于，包括以下步驟: SI，將動(dòng)態(tài)定位設(shè)備安裝到動(dòng)態(tài)觀測(cè)站上，在動(dòng)態(tài)觀測(cè)站運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)，如果需要對(duì)目標(biāo)控制點(diǎn)進(jìn)行定位，則通過(guò)同步控制機(jī)構(gòu)，同時(shí)觸發(fā)執(zhí)行以下三個(gè)操作: 操作一，觸發(fā)脈沖激光測(cè)距設(shè)備工作，獲取動(dòng)態(tài)觀測(cè)站與目標(biāo)控制點(diǎn)之間距離信息； 操作二，觸發(fā)攝影測(cè)量設(shè)備工作，獲取目標(biāo)控制點(diǎn)所在目標(biāo)區(qū)域的影像信息； 操作三，觸發(fā)衛(wèi)星定位設(shè)備工作，獲取時(shí)空基準(zhǔn)信息；所述時(shí)空基準(zhǔn)信息包括:動(dòng)態(tài)觀測(cè)站當(dāng)前的空間位置信息，以及，BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)信息；其中，所述BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)信息為所述脈沖激光測(cè)距設(shè)備發(fā)射激光脈沖信號(hào)時(shí)刻的時(shí)間信息，同時(shí)也為所述攝影測(cè)量設(shè)備曝光時(shí)刻的時(shí)間信息； 另外，姿態(tài)測(cè)量設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)量動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息時(shí)序； S2，數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集測(cè)量信息，所述測(cè)量信息包括:動(dòng)態(tài)觀測(cè)站與目標(biāo)控制點(diǎn)之間距離信息、目標(biāo)控制點(diǎn)所在目標(biāo)區(qū)域的影像信息、時(shí)空基準(zhǔn)信息、動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息時(shí)序；然后，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備將所述測(cè)量信息傳輸給所述主控機(jī)； S3，所述主控機(jī)根據(jù)所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及所述BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)信息，計(jì)算得到BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)刻動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息；還根據(jù)所述攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息時(shí)序，計(jì)算得到BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)刻攝影測(cè)量設(shè)備的姿態(tài)信息； S4,所述主控機(jī)采用測(cè)邊/測(cè)角交會(huì)定位方法對(duì)上述各測(cè)量信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得目標(biāo)控制點(diǎn)的空間位置信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，其特征在于，SI中，所述同步控制機(jī)構(gòu)觸發(fā)脈沖激光測(cè)距設(shè)備、攝影測(cè)量設(shè)備和衛(wèi)星定位設(shè)備同時(shí)進(jìn)行信號(hào)采集的過(guò)程具體為: 通過(guò)觸發(fā)激光控制按鈕或拍照開(kāi)關(guān)產(chǎn)生三路時(shí)間同步脈沖信號(hào)，第一路脈沖信號(hào)觸發(fā)衛(wèi)星定位設(shè)備工作，第二路脈沖信號(hào)觸發(fā)脈沖激光測(cè)距設(shè)備工作，第三路脈沖信號(hào)觸發(fā)攝影測(cè)量設(shè)備工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，其特征在于，SI中，所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序?yàn)橐幌盗袔r(shí)刻標(biāo)記的姿態(tài)，具體包括:俯仰角信息、航向角信息和橫滾角信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，其特征在于，S3中，所述主控機(jī)根據(jù)所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序以及所述BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)信息，計(jì)算得到BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)刻動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息。具體為: 對(duì)所述動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息時(shí)序進(jìn)行外推或內(nèi)插計(jì)算，推算出BDS/GPS時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)刻動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的姿態(tài)信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，其特征在于，S4之后，還包括: S5，通過(guò)目標(biāo)控制點(diǎn)的空間位置信息以及攝影測(cè)量設(shè)備的空間位置信息，反解外方位元素，根據(jù)攝影測(cè)量的前方交會(huì)原理，估計(jì)獲得目標(biāo)區(qū)域影像上所有特征點(diǎn)的空間位置信肩、ο
【文檔編號(hào)】G01S19/48GK103901458SQ201410095327
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】李得海, 秘金鐘, 黨亞民, 張超, 方書山, 章傳銀, 李謙, 王世進(jìn), 李兵 申請(qǐng)人:中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院