一種用于光電測距氣象改正的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于大地測量與工程測量領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光電測距氣象改正的方 法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，光電測距被廣泛地運用于大地測量和工程測量領(lǐng)域。所謂光電測距包括電 磁波測距、激光測距和紅外光測距，典型的儀器包括激光測距儀、全站儀、三維激光掃描儀 等。由于光波或電磁波在大氣中傳播時，會產(chǎn)生速度的改變并造成不可忽略的影響，因此為 了得到高精度的測距結(jié)果，需要對距離觀測值施加氣象改正。由于條件的限制，目前最常用 的方法是在儀器和目標(biāo)處同時測定干濕溫度和氣壓等氣象元素，然后取兩處的平均值代入 公式計算氣象改正。由于測距信號實際傳播路徑上的氣象元素分布并沒有固定的規(guī)律，因 而這種方法的誤差較大，特別是在大氣的分布不均勻時，將給測距帶來極大的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種精確測定測距信號傳播路徑上的氣象元素并 計算光電測距氣象改正的方法及系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案提供一種用于光電測距氣象改正的方法，設(shè)置無人機和相應(yīng)地面 操控模塊，地面操控系統(tǒng)和無人機建立無線通訊;所述無人機上搭載設(shè)置通訊模塊、GNSS模 塊、溫度傳感器、氣壓傳感器、濕度傳感器和存儲模塊；
[0005] 執(zhí)行以下步驟，
[0006] 步驟1，獲取光電測距儀器和目標(biāo)點的概略坐標(biāo)，并求出二者所確定的直線方程， 作為無人機飛行的設(shè)計航線；
[0007] 步驟2，將設(shè)計航線輸入地面操控模塊，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，相關(guān)參數(shù)包括氣象元素采 樣間隔、飛行速度和飛行往返次數(shù)；
[0008] 步驟3,無人機沿設(shè)計航線往返飛行，光電測距儀器在此期間針對目標(biāo)點進行多次 重復(fù)測距，在測距同時測定測距信號傳播路徑上的氣象元素；
[0009] 測定氣象元素的實現(xiàn)方式為，當(dāng)光電測距儀器開始測距時，在光電測距儀器或目 標(biāo)附近，開啟無人機及搭載的通訊模塊、GNSS模塊、溫度傳感器、氣壓傳感器、濕度傳感器、 存儲模塊，放飛無人機使其按照設(shè)計航線飛行，并按采樣間隔將所獲取的時間、坐標(biāo)、溫度、 氣壓、濕度信息寫入存儲模塊；
[0010] 步驟4,根據(jù)獲取的溫度、氣壓、濕度測量值，求取分別相應(yīng)的平均值，作為測距信 號傳播路徑上的平均氣象元素測量值;將全站儀在無人機飛行期間所測距離求取平均值， 剔除粗差，作為待改正距離值Do;
[0011] 步驟5,將步驟4所得求取的溫度、氣壓、濕度、距離平均值代入預(yù)設(shè)的氣象改正公 式，計算氣象改正值A(chǔ) D;
[0012] 步驟6,將氣象改正值Δ D施加于待改正距離值D〇,得到改正后的距離值D = D〇+ Δ D， 完成氣象改正。
[0013] 而且，步驟1中，對所述直線方程添加一個偏移值作為設(shè)計航線，偏移前后的設(shè)計 航線保持平行。
[0014] 而且，步驟3中，無人機通過通訊模塊，將觀測值傳送給地面操控系統(tǒng)，供地面觀測 人員查看并作為備份數(shù)據(jù)。
[0015] 而且，步驟3中，無人機每隔一段預(yù)設(shè)距離懸停一段時間，以便溫度傳感器、氣壓傳 感器和濕度傳感器適應(yīng)懸停位置的大氣環(huán)境。
[0016] 而且，步驟3中，無人機每隔一段預(yù)設(shè)距離懸停一段時間，以便溫度傳感器、氣壓傳 感器和濕度傳感器適應(yīng)懸停位置的大氣環(huán)境。
[0017] 一種用于光電測距氣象改正的系統(tǒng)，包括如下部分，
[0018] 地面操控模塊，用于控制無人機的飛行狀態(tài)；
[0019] 無人機，用于沿測距信號傳播路徑飛行；
[0020] 通訊模塊，用于無人機和地面操控模塊之間的數(shù)據(jù)交互；
[0021 ] GNSS模塊，用于提供坐標(biāo)和時間信息，包括天線和接收板卡；
[0022] 溫度傳感器，用于測定當(dāng)前位置的溫度；
[0023] 氣壓傳感器，用于測定當(dāng)前位置的氣壓；
[0024] 濕度傳感器，用于測定當(dāng)前位置的濕度；
[0025] 存儲模塊，用于記錄前述的時間、坐標(biāo)、溫度、氣壓、濕度信息；
[0026] 所述地面操控系統(tǒng)和無人機建立無線通訊；所述通訊模塊、GNSS模塊、溫度傳感 器、氣壓傳感器、濕度傳感器和存儲模塊均搭載于無人機上。
[0027] 而且，設(shè)置自動駕駛模塊，并搭載于無人機上。
[0028] 而且，所述溫度傳感器的精度達到0.2°C，所述氣壓傳感器的精度達到0.5hpa，所 述濕度傳感器的精度達到10 %。
[0029] 而且，所述GNSS模塊采用差分定位方式，所述差分定位方式為單基站RTK、網(wǎng)絡(luò) RTK、單基站RTD、網(wǎng)絡(luò)RTD、廣域差分、星載差分、后處理偽距差分或后處理相位差分。
[0030] 而且，所述GNSS模塊采用差分定位方式，所述差分定位方式為單基站RTK、網(wǎng)絡(luò) RTK、單基站RTD、網(wǎng)絡(luò)RTD、廣域差分、星載差分、后處理偽距差分或后處理相位差分。
[0031] 本發(fā)明提供一種用于光電測距氣象改正的方法及系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，模塊分工 明確;方法步驟清晰，方案易于實現(xiàn)。本發(fā)明能夠精確地測定測距信號傳播路徑上的氣象元 素，可以極大地減少現(xiàn)有技術(shù)中的氣象元素代表性誤差，從而提高光電測距的精度，為高精 度測量提供可靠的保障。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明實施例用于光電測距氣象改正的系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。
[0033]圖2為本發(fā)明實施例用于光電測距氣象改正的方法流程圖。
[0034]圖3為本發(fā)明的實施例應(yīng)用示意圖。
【具體實施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進行說明。
[0036]本發(fā)明的核心思想是利用無人機來測定測距信號傳播路徑上各點的氣象元素，從 而消除傳統(tǒng)技術(shù)方法所帶來的氣象元素代表性誤差。
[0037]本發(fā)明所述測距信號包括電磁波、激光、紅外光，所述光電測距儀器是指使用前述 測距信號中的至少一種信號來進行測距的儀器，包含但不限于激光測距儀、全站儀、三維激 光掃描儀。
[0038]參見圖1，本發(fā)明實施例提供一種用于光電測距氣象改正的系統(tǒng)，包括：
[0039] 地面操控模塊12,用于控制無人機的飛行狀態(tài);無人機11，用于沿測距信號傳播路 徑飛行;通訊模塊13，用于無人機和地面操控模塊之間的數(shù)據(jù)交互;GNSS模塊14，進一步包 括天線和接收板卡，用于提供坐標(biāo)和時間信息，天線和接收板卡連接;溫度傳感器15，用于 測定當(dāng)前位置的溫度;氣壓傳感器16,用于測定當(dāng)前位置的氣壓;濕度傳感器17,用于測定 當(dāng)前位置的濕度;存儲模塊18,用于記錄前述的時間、坐標(biāo)、溫度、氣壓、濕度信息。所述地面 操控系統(tǒng)12和無人機11通過無線電通訊方式進行通訊;所述通訊模塊13、GNSS模塊14、溫度 傳感器15、氣壓傳感器16、濕度傳感器17、存儲模塊18均搭載于無人機11上。具體實施時，各 部分可采用已有產(chǎn)品。由于無人機11體積小、移動靈活、操控方便，并配以GNSS定位，因此可 以精確地按照預(yù)定的航線飛行。無人機11 一般內(nèi)置有中央處理芯片，通訊模塊13、GNSS模塊 14、溫度傳感器15、氣壓傳感器16、濕度傳感器17、存儲模塊18分別與中央處理芯片連接，實 現(xiàn)數(shù)據(jù)采集存儲等控制。預(yù)定航線根據(jù)光電測距儀器和目標(biāo)的概略坐標(biāo)生成，而光電測距 儀器和目標(biāo)的概略坐標(biāo)可以事先通過多種已有技術(shù)輕易地得到，包括用GNSS方法或光電測 距儀器測定(此時對于距離的改正可暫且采用已有技術(shù)），其精度并不需要太高，達到分米 甚至米級足矣;所述光電測距儀包括激光測距儀、全站儀、三維激光掃描儀等在近地面采用 電磁波、激光、紅外光中至少一種信號作為測距信號的儀器。
[0040] 作為優(yōu)選的，無人機可進一步搭載自動駕駛模塊19,以便其可以在與地面操控系 統(tǒng)通訊中斷、甚至不需要地面操控系統(tǒng)的情況下，仍能按照預(yù)定的軌跡和方案飛行。
[0041] 作為優(yōu)選的，溫度傳感器15的精度應(yīng)達到0.2°C，氣壓傳感器的精度應(yīng)達到 〇.5hpa，濕度傳感器的精度應(yīng)達到10%，以便確保所測氣象元素及由此計算得到的氣象改 正值的精度。
[0042]作為優(yōu)選的，GNSS模塊14可進一步采用差分定位方式，所述差分定位方式包括單 基站RTK、網(wǎng)絡(luò)RTK、單基站RTD、網(wǎng)絡(luò)RTD、廣域差分、星載差分、后處理偽距差分、后處理相位 差分等，采用差分定位方式進一步提高GNSS定位精度，使航線更加精確地逼近測距信號的 傳播路徑。
[0043]在本實施例中，無人機采用四旋翼型;GNSS模塊14包含GNSS天線和接收板卡，其中 GNSS天線固定在無人機上部，接收板卡置于無人機內(nèi)部，GNSS定位采用網(wǎng)絡(luò)RTK方法，從而 可以實時地得到cm級精度的坐標(biāo);無人機搭載的各傳感器精度為:溫度傳感器精度0.1°C， 氣壓傳感器精度0.3hPa，濕度傳感器精度10% ;存儲模塊內(nèi)存8G;無人機同時帶有自動駕駛 模塊，將設(shè)計航線及相關(guān)參數(shù)設(shè)置好后即可實現(xiàn)自動智能飛行。
[0044] 實現(xiàn)用于光電測距氣象改正的方法時，只需設(shè)置無人機和相應(yīng)地面操控模塊，地 面操控系統(tǒng)和無人機建立無線通訊;所述無人機上搭載設(shè)置通訊模塊、GNSS模塊、溫度傳感 器、氣壓傳感器、濕度傳感器和存儲模塊。參見圖2,在實施例中，全站儀21用于測定儀器至 目標(biāo)處22的距離，所述目標(biāo)點22上架有反射棱鏡，反射棱鏡和全站儀21均安置在觀測墩23 上，為減少傳統(tǒng)測量方法的氣象元素代表性誤差，本實施例采用如下步驟：
[0045] 步驟1，獲取光電測距儀器和目標(biāo)點的概略坐標(biāo)，并求出二者所確定的直線方程， 作為無人機飛行的設(shè)計航線31;所述目標(biāo)點上可以