專利名稱：在缺少精確gps數(shù)據(jù)時(shí)獲得準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)的管理行進(jìn)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)和方法，用于特別地在由于例如樹木和建筑的自然或人為物體而不能夠獲得精確GPS數(shù)據(jù)的地區(qū)或區(qū)域內(nèi)獲得精確測量型(survey-grade )位置數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
在地球空間信息領(lǐng)域中的一個(gè)重要技術(shù)里程碑是在來自GPS衛(wèi)星的某些或所有信號被干擾的區(qū)域中用GPS測量設(shè)備進(jìn)行精確定位的擴(kuò)展。這個(gè)問題具有幾個(gè)因素，包括^t術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)因素和A4^界面(MMI)因素。
經(jīng)濟(jì)因素是GPS測量設(shè)備的價(jià)格應(yīng)該是S35K-50K的它的價(jià)值定位。該價(jià)值定位在包括傳統(tǒng)全站儀(CTS)、自動全站儀(ATS)和扇形激光(fan laser)的可選擇精確定位方法中是對于效率的重要改進(jìn)。GPS測量設(shè)備需要一個(gè)操作員，并且在不需要重新分配設(shè)施的情況下能夠在距離他的基礎(chǔ)接收器多達(dá)10km的廣大區(qū)域上操作。以大約S10K出售的CTS需要兩個(gè)^作員的工作組，并且具有幾百米的范圍。以大約S45K出售的ATS僅需要一個(gè)操作員，但是具有與CTS類似的范圍限制。兩者都需要在每一個(gè)位置進(jìn)行適當(dāng)精細(xì)設(shè)置。扇形激光具有更小的范圍限制，但是需要精細(xì)和耗時(shí)的安裝過程。因此，只要GPS測量設(shè)備能夠傳遞對于大部分測量型應(yīng)用所需的可靠厘米級定位，那么GPS測量設(shè)備就可提供優(yōu)良的價(jià)值定位。
僅使用GPS的測量員通常能夠提供與通過竟?fàn)帨y量指令(實(shí)例是CTS、 ATS、扇形激光、傳統(tǒng)桿和鏈)相同的指定測量位置精度。這種精度是1厘米(cm )的量級，用于精確陸地測量。它的范圍從10cm到1米，用于較4氐精度測量的應(yīng)用，例如，地籍測量5、地理信息系統(tǒng)(GIS)和地震勘測。
當(dāng)一個(gè)或多個(gè)信號瞄準(zhǔn)線經(jīng)過植物時(shí)，GPS測量設(shè)備的精度可靠性降低。因此，電流發(fā)生GPS測量設(shè)備在可遮擋、反射或折射GPS信號的樹木或建筑附近是不可用的。更精確地，非精確GPS區(qū)域是GPS測量員不能提供在三位空間中定位一個(gè)點(diǎn)的所需精度的區(qū)域或領(lǐng)域(例如，由于從附近植物或建筑的信號折射，在精確陸地測量中，精度可能從lcm降低至3cm)。這描述了這樣的事實(shí)，盡管GPS接收機(jī)可繼續(xù)提供位置解決方案，但是它不能夠可靠提供具有厘米級精度的精確測量型位置解決方案。如果由于在作業(yè)區(qū)域中的大量植物而強(qiáng)制操作員使用CTS或ATS作為常用的備用方案，那么他可能將CTS或ATS用于整個(gè)作業(yè)，而不使用GPS測量設(shè)備。因此，在存在植物和/或信號障礙物的情況下，GPS測量設(shè)備的價(jià)值定位降低。結(jié)果，需要一些保持價(jià)值定位的方法，并且需要在非精確GPS
區(qū)域中保持精度的技術(shù)方案。
這樣產(chǎn)生了問題的技術(shù)因素。兩個(gè)可能的方式是(1 )使用折衷的GPS信號經(jīng)由TBD信號處理算法保持厘米精度，(2 )使用一些其它定位裝置在非精確GPS區(qū)域范圍內(nèi)導(dǎo)航。該方案應(yīng)該提供測量型精度數(shù)據(jù)，以在該區(qū)域中定位對象或目標(biāo)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在非精確GPS區(qū)域內(nèi)導(dǎo)航并在所述區(qū)域中獲得目標(biāo)點(diǎn)的精確測量型地點(diǎn)信息的方式。在所述非精確GPS區(qū)域中穿行和行進(jìn)以及在該區(qū)域中測量的方法稱為"管理行進(jìn)(managed traverse)"。在管理行進(jìn)中使用的"定位裝置"可包括集成定位系統(tǒng)，其將GPS接收機(jī)、慣性測量單元(IMU)、激光電子測距計(jì)(EDM)和零速率指示器(ZVI)開關(guān)組合到GPS-慣性-EDM ( GIE)測量設(shè)備中。當(dāng)GIE測量設(shè)備訪問強(qiáng)制GPS信號時(shí)，它返回至GPS測量設(shè)備。管理行進(jìn)提供一種方法，用于在無丟失定位精度風(fēng)險(xiǎn)或較小丟失定位精度的風(fēng)險(xiǎn)的情況下，使用由一個(gè)操作員以簡單方式所執(zhí)行的GIE測量設(shè)備，在非精確GPS區(qū)域中行進(jìn)。 由管理行進(jìn)所賦予的附加工作量損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于在非精確GPS區(qū)域中設(shè)立 全站儀和^f吏用全站儀測量的工作量，否則一般不j吏用。
MMI因素來自于維持操作員熟悉度和使用容易度的需求。操作員應(yīng)能 夠像他熟悉GPS測量設(shè)備那樣使用GIE測量設(shè)備，以及能夠在不需要詳 細(xì)訓(xùn)練的情況下快速、容易和可靠地執(zhí)行管理行進(jìn)。
如本文所使用的，術(shù)語"行進(jìn)"指的是從開始點(diǎn)移動到結(jié)束點(diǎn)，獲得 沿途的位置信息，所述位置信息典型地是相對于開始點(diǎn)的當(dāng)前地點(diǎn)的相對 位置信息。在一種形式中，這可以使用慣性測量單元進(jìn)行，所述慣性測量 單元感測慣性運(yùn)動(距離和方向)并對運(yùn)動進(jìn)行合成，以確定移動的距離 和方向，因此可確定當(dāng)前位置。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種方法，其通過從非GPS區(qū)域外的開始 點(diǎn)經(jīng)過該區(qū)域向同樣在該區(qū)域外的結(jié)束點(diǎn)沿著軌道移動測量設(shè)備，使用該 測量設(shè)備獲得具有該設(shè)備指定精度的在軌道上多個(gè)中間點(diǎn)的測量位置，從 而獲得該區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)的位置信息。通常，這稱為管理行進(jìn)。
本發(fā)明提供一種確定目標(biāo)位置的方法，包括以下步驟確定離開所述 目標(biāo)的開始點(diǎn)的位置；從所述開始點(diǎn)行進(jìn)到所述目標(biāo)，同時(shí)通過使用對跟 蹤誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法來保持位置的軌跡；在到達(dá)所述目標(biāo)的途 中，通過確定相對于至少一個(gè)基準(zhǔn)地點(diǎn)的位置來減少所累積的誤差。
本發(fā)明提供一種在區(qū)域中確定對象地點(diǎn)的方法，包括
a. 在所述區(qū)域的周邊附近定義第一基準(zhǔn)點(diǎn)；
b. 使GPS接收機(jī)位于所述笫一基準(zhǔn)點(diǎn)附近的所述區(qū)域外部的第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)；
c. 使用GPS信號確定在所述第一GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī) 的位置；
d. 確定相對于在所述笫一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī)的所述 第一基準(zhǔn)點(diǎn)的位置；
e. 使用對誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法，從所述區(qū)域中的所述第一GPS接收機(jī)位置行進(jìn)到所述對象的地點(diǎn)；
f. 獲得相對于所述第 一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第 一相對位置信息；
g. 獲得輔助位置信息，以減少在步驟(e)和(f)中至少一個(gè)過程中 獲得的誤差的累積；和
h. 使用在步驟(c)、 (d)、 (e)、 (f)和(g)中獲得的信息確定 所M象的地點(diǎn)。
本發(fā)明提供一種在區(qū)域中確定對象地點(diǎn)的方法，包括
a. 在所述區(qū)域的周邊附近定義第一和第二基準(zhǔn)點(diǎn)；
b. 使GPS接收機(jī)位于所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)附近的所述區(qū)域外部的第一 GPS接收才幾地點(diǎn)；
c. 使用GPS信號確定在所述第一GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī) 的位置；
d. 確定相對于在所述第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī)的所述 第一基準(zhǔn)點(diǎn)的位置；
e. 使用對誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法，從所述區(qū)域中的所述第一 GPS接收機(jī)位置行進(jìn)到所述對象的地點(diǎn)；
f. 獲得相對于所述第 一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第 一相對位置信息；
g. 使用對誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法，從所述對象地點(diǎn)行進(jìn)到在所 述區(qū)域外部和在所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)附近的第二 GPS接收機(jī)位置；
h. 使GPS接收機(jī)位于所述第二GPS接收機(jī)地點(diǎn)；
i. 使用GPS信號確定在所述第二GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī)
的位置；
j.確定相對于在所述第二 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī)的所述
第二基準(zhǔn)點(diǎn)的位置； k.獲得相對于所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第二相對位置信息； 1.獲得輔助位置信息，以減少在步驟(e) 、 (f) 、 (g)和(k)中
至少一個(gè)過程中獲得的誤差的累積；和 m.使用在步驟(c)、 (d) 、 (f) 、 (i) 、 (j)、 (k)和(l)中
ii獲得的信息確定所述對象的地點(diǎn)。 本發(fā)明提供一種在區(qū)域中確定目標(biāo)位置的測量系統(tǒng)，在所述區(qū)域中使
用GPS接收機(jī)不能夠獲得精確的測量型地點(diǎn)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)包括 GPS接收機(jī)，用于確定在所述區(qū)域的周邊附近的開始點(diǎn)的位置； 測量系統(tǒng)，用于在用戶從所述開始點(diǎn)行進(jìn)到所述目標(biāo)時(shí)獲得相對位置
信息，所述測量系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤誤差的累積，以及用于獲得輔助位置信息，
以在所述4亍進(jìn)期間減少誤差的累積；和
處理系統(tǒng)，用于通過^f吏用所述開始點(diǎn)位置、所勤目對位置信息和所述
輔助位置信息來計(jì)算所述目標(biāo)的位置，從而所計(jì)算的所述目標(biāo)的位置比僅
使用相對位置信息所計(jì)算的所述目標(biāo)的位置具有更大的精度。
本發(fā)明提供一種在區(qū)域中確定目標(biāo)位置的測量系統(tǒng)，在所述區(qū)域中
GPS接收機(jī)不能夠?yàn)闇y量型應(yīng)用定位具有足夠精度的所述對象，該系統(tǒng)包
括
位置定位器，用于使用GPS接收機(jī)和GPS信號確定所述區(qū)域的周邊 附近的第一基準(zhǔn)點(diǎn)的位置，所述位置定位器在所述區(qū)域中從所述第一基準(zhǔn) 點(diǎn)向所述對象行進(jìn)期間獲得相對于所述第 一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的相對 位置信息，在所述行進(jìn)期間累積跟蹤誤差；和
輔助裝置，用于通過確定相對于其位置已知的至少一個(gè)基準(zhǔn)地點(diǎn)的位 置，減少在向所述區(qū)域中的所述目標(biāo)行進(jìn)期間所累積的跟蹤誤差。
本發(fā)明提供一種確定目標(biāo)位置的測量系統(tǒng)，包括
位置定位器，用于確定離開所述目標(biāo)點(diǎn)的開始點(diǎn)的位置，當(dāng)用戶從所 述開始點(diǎn)向所述目標(biāo)行進(jìn)時(shí)，所述位置定位器通過使用在所述行進(jìn)期間對 跟蹤誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法來保持位置的軌跡；和
輔助裝置，用于通過確定相對于其位置已知的至少一個(gè)基準(zhǔn)地點(diǎn)的地 點(diǎn)，減少在向所述區(qū)域中的所述目標(biāo)行進(jìn)期間所累積的跟蹤誤差。
圖1示出GIE測量設(shè)備；圖2示出具有GPS姿勢陣列的GIE測量設(shè)備； 圖3示出GIE測量設(shè)^f吏用； 圖4示出AINS架構(gòu)；
圖5示出由于樹木和位于樹木下要測量的目標(biāo)通過非精確GPS區(qū)域的 管理行進(jìn)；
圖6示出由于方位角誤差的位置誤差的實(shí)例； 圖7示出平滑位置誤差的實(shí)例；和
圖8示出自然出現(xiàn)或通過操作員放置的目標(biāo)場中的典型SLAM導(dǎo)航。 M實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種確定目標(biāo)位置的方法，包括以下步驟確定離開所述 目標(biāo)的開始點(diǎn)的位置；從所述開始點(diǎn)行進(jìn)到所述目標(biāo)，同時(shí)通過使用對跟 蹤誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法來保持位置的軌跡；在到達(dá)所述目標(biāo)的途 中，通過確定相對于至少一個(gè)基準(zhǔn)地點(diǎn)的位置來減少所累積的誤差。
所述基準(zhǔn)地點(diǎn)可以是所述開始點(diǎn)，或可以離開所述開始點(diǎn)。確定開始 點(diǎn)的位置的步驟包括使用GPS接收機(jī)。行進(jìn)的步驟使用IMU的跟蹤方 法。減少所累積誤差的步驟包括使用EDM獲得輔助信息。
本發(fā)明提供一種在區(qū)域中確定對象地點(diǎn)的方法，包括
a. 在所述區(qū)域的周邊附近定義第一基準(zhǔn)點(diǎn)；
b. 使GPS接收機(jī)位于所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)附近的所述區(qū)域外部的第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)；
c. 使用GPS信號確定在所述第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收 機(jī)的位置；
d. 確定相對于在所述第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī)的所 述第一基準(zhǔn)點(diǎn)的位置；
e. 使用對誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法，從所述區(qū)域中的所述第一 GPS接收機(jī)位置行進(jìn)到所述對象的地點(diǎn)；
f. 獲得相對于所述第 一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第 一相對位置信g. 獲得輔助位置信息，以減少在步驟(e)和(f)中至少一個(gè)過程 中獲得的誤差的累積；和
h. 使用在步驟(c)、 (d)、 (e)、 (f)和(g)中獲得的信息確 定所述對象的地點(diǎn)。
所述區(qū)域可以是使用GPS不能獲得精確測量型位置信息的領(lǐng)域。步驟 (d )可包括使用EDM來確定相對于在所述GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS 接收機(jī)的所述基準(zhǔn)點(diǎn)的位置。步驟(f)可包括使用EDM來獲得相對于 所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第一相對位置信息。步驟(g)可包括 使用IMU來獲得輔助信息。步驟U)可包括 <吏回復(fù)>^射器位于所述第 一基準(zhǔn)點(diǎn)上。該方法還可包括使回復(fù)反射器位于所述對象地點(diǎn)，以及步 驟(f)可包括使用具有激光的EDM來獲得第一相對位置信息。該方法 還可包括使用在上面安裝有GPS接收機(jī)和EDM的測量桿。該方法還可 包括使用在上面安裝有GPS接收機(jī)和IMU的測量桿。該方法還可包括 使用在上面安裝有GPS接收機(jī)、EDM和IMU的測量桿。步驟(f)可包 括使用EDM,以及步驟(g)包括使用IMU。
本方法提供一種在區(qū)域中確定對象地點(diǎn)的方法，包括
a. 在所述區(qū)域的周邊附近定義第一和第二基準(zhǔn)點(diǎn)；
b. 使GPS接收機(jī)位于所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)附近的所述區(qū)域外部的第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)；
c. 使用GPS信號確定在所述第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接 收機(jī)的位置；
d. 確定相對于在所述第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī)的所 述第一基準(zhǔn)點(diǎn)的位置；
e. 使用對誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法，從所述區(qū)域中的所述第一 GPS接收機(jī)位置行進(jìn)到所述對象的地點(diǎn)；
f. 獲得相對于所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第一相對位置信 自 g. 使用對誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法，從所述對象地點(diǎn)行進(jìn)到在
所述區(qū)域外部和在所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)附近的第二 GPS接收機(jī)位置；
h. 使GPS接收機(jī)位于所述第二 GPS接收機(jī)地點(diǎn)；
i. 使用GPS信號確定在所述第二 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接 收機(jī)的位置；
j. 確定相對于在所述第二 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī)的所 述第二基準(zhǔn)點(diǎn)的位置；
k. 獲得相對于所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第二相對位置信
息；
I. 獲得輔助位置信息，以減少在步驟(e) 、 (f) 、 (g)和(k) 中至少一個(gè)過程中獲得的誤差的累積；和
m.使用在步驟(c)、 (d) 、 (f) 、 (i) 、 (j)、 (k)和(l) 中獲得的信息確定所述對象的地點(diǎn)。
所述第一和第二基準(zhǔn)點(diǎn)可以不同或相同。所述第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)和 所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)可以相同。所述第二 GPS接收機(jī)地點(diǎn)和所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)可 以相同。步驟(d)可包括使用EDM來確定相對于在GPS接收機(jī)地點(diǎn) 的所述GPS接收機(jī)的所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)的位置。步驟(f)可包括使用IMU 來獲得相對于所述第 一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第 一相對位置信息。步驟 (1)可包括使用EDM來獲得輔助信息。步驟(1)可包括使用EDM 來獲得與在相對于第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述第二 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所 述GPS接收機(jī)的位置相關(guān)的信息。步驟(j)可包括使用EDM來確定 相對于在所述笫二GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)的位置。步驟(k) 可包括:使用IMU來獲得相對于所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第二相 對位置信息。該方法還可包括使回復(fù)反射器位于所述對象地點(diǎn)，以及其 中步驟(f)和(k)可包括使用IMU來獲得第一和第二相對位置信息。 該方法還可包括使用在上面安裝有GPS接收機(jī)和EDM的測量桿。該方 法還可包括使用在上面安裝有GPS接收機(jī)和IMU的測量桿。該方法還 可包括使用在上面安裝有GPS接收機(jī)和EDM和IMU的測量桿。該方法還可包括使用IMU來獲得在步驟(f)和(k)中的信息，以及其中步 驟(m) ^_用平滑估測處理來確定所述對象的地點(diǎn)，所述平滑估測處理組 合了前向和反向時(shí)間估測處理，以減少位置誤差。所述區(qū)域是使用GPS不 能獲得精確測量型位置信息的領(lǐng)域。
本發(fā)明提供一種在區(qū)域中確定目標(biāo)位置的測量系統(tǒng)，在所迷區(qū)域中使 用GPS接收機(jī)不能夠獲得精確的測量型地點(diǎn)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)包括
GPS接收機(jī)，用于確定在所述區(qū)域的周邊附近的開始點(diǎn)的位置；
測量系統(tǒng)，用于在用戶從所述開始點(diǎn)行進(jìn)到所述目標(biāo)時(shí)獲得相對位置 信息，所述測量系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤誤差的累積，以及用于獲得輔助位置信息， 以在所述行進(jìn)期間減少誤差的累積；和
處理系統(tǒng)，用于通過4吏用所述開始點(diǎn)位置、所一目對位置信息和所述 輔助位置信息來計(jì)算所述目標(biāo)的位置，從而所計(jì)算的所述目標(biāo)的位置比僅 使用相對位置信息所計(jì)算的所述目標(biāo)的位置具有更大的精度。
該系統(tǒng)還可包括在上面安裝有所述GPS接收機(jī)的測量桿，以及其中 所述測量系統(tǒng)包括安裝在所述桿上的具有激光的EDM。該系統(tǒng)還可包括 在上面安裝有所述GPS接收機(jī)的測量桿，以及其中所述測量系統(tǒng)可包括 安裝在所述桿上的IMU。該系統(tǒng)還可包括在上面安裝有所述GPS接收 機(jī)的測量桿，以及其中所述測量系統(tǒng)包括安裝在所述桿上的具有激光的 EDM，和IMU。當(dāng)用戶從所述開始點(diǎn)行進(jìn)到所述目標(biāo)時(shí)，所述測量系統(tǒng) 獲得在所述區(qū)域中多個(gè)中間基準(zhǔn)點(diǎn)的相對位置信息，在每一個(gè)點(diǎn)的所W目 對位置信息是相對于所述先前點(diǎn)的，以及所述測量系統(tǒng)通過獲得從至少一 個(gè)所述中間基準(zhǔn)點(diǎn)到所述開始點(diǎn)的相對位置數(shù)據(jù)來獲得對于所述中間基準(zhǔn) 點(diǎn)的輔助信息。所述測量系統(tǒng)可包括IMU,用以獲得相對位置信息，以 及其中所述測量系統(tǒng)包括:EDM,用以獲得所述輔助信息。
本發(fā)明提供一種在區(qū)域中確定目標(biāo)位置的測量系統(tǒng)，在所述區(qū)域中 GPS接收機(jī)不能夠?yàn)闇y量型應(yīng)用定位具有足夠精度的所述對象，該系統(tǒng)包 括
位置定位器，用于使用GPS接收機(jī)和GPS信號確定所述區(qū)域的周邊附近的第一基準(zhǔn)點(diǎn)的位置，所述位置定位器在所述區(qū)域中從所述第一基準(zhǔn) 點(diǎn)向所述對象行進(jìn)期間獲得相對于所述第 一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的相對
位置信息，在所述行進(jìn)期間累積跟蹤誤差；和
輔助裝置，用于通過確定相對于其位置已知的至少一個(gè)基準(zhǔn)地點(diǎn)的位 置，減少在向所迷區(qū)域中的所述目標(biāo)行進(jìn)期間所累積的跟蹤誤差。
本發(fā)明提供一種確定目標(biāo)位置的測量系統(tǒng)，包括
位置定位器，用于確定離開所述目標(biāo)點(diǎn)的開始點(diǎn)的位置，當(dāng)用戶從所 述開始點(diǎn)向所述目標(biāo)行進(jìn)時(shí)，所述位置定位器通過使用在所述行進(jìn)期間對 跟蹤誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法來保持位置的軌跡；和
輔助裝置，用于通過確定相對于其位置已知的至少一個(gè)基準(zhǔn)地點(diǎn)的地 點(diǎn)，減少在向所迷區(qū)域中的所述目標(biāo)行進(jìn)期間所累積的跟蹤誤差。
圖1示出GIE測量設(shè)備，其包括測量桿12、 GPS接收機(jī)和天線/IMU 組件(AIA) 14、具有帶視覺瞄準(zhǔn)的激光束的EDM 16、手柄18、在桿底 部的零速率指示器開關(guān)(ZVI) 20、地接觸釘22和電子模塊24，所述電子 模塊24與數(shù)據(jù)錄入單元26和電池模塊28連接。GIE測量設(shè)備通過該設(shè)備 上的IMU組件14和其它部件提供慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。電子模塊24可包含用于 處理數(shù)據(jù)的處理器。
EDM經(jīng)由嵌入在EDM中的瞄準(zhǔn)鏡測量操作員指定的目標(biāo)的范圍。在 操作期間，操作員控制整個(gè)桿使EDM瞄準(zhǔn)。這可能比較麻煩，因此可獨(dú) 立瞄準(zhǔn)的EDM會更加方便，并且可配置一對軸角編碼器，以測量相對于 設(shè)備其它部分的EDM方位角。實(shí)際配置需要在使用的簡單性和方便性之 間取舍。
當(dāng)GIE測量設(shè)備完全接觸GPS瞄準(zhǔn)線時(shí)，它像提供精確測量型定位 信息的GPS測量設(shè)備一樣運(yùn)行，并且操作員不需要運(yùn)行EDM或ZVI。當(dāng) GIE測量設(shè)備不能夠提供地點(diǎn)定位時(shí)，它在非精確GPS區(qū)域中運(yùn)行，然后 操作員像手杖一樣控制該設(shè)備，并且使用EDM和/或IMU獲得定位信息。 當(dāng)?shù)蒯斉c地面接觸時(shí)，ZVI開關(guān)關(guān)閉，從而向地釘在與地面的接觸點(diǎn)處穩(wěn) 定的處理軟件發(fā)出信號。處理軟件使用零速率信息，控制速率誤差的累積。該機(jī)構(gòu)是稱為手掌導(dǎo)航儀(WSN)的概念的一部分，其中的細(xì)節(jié)在我的先 前美國專利No.6，853，卯9中公開，其內(nèi)容合并與此。圖3示出由操作員攜 帶的WSN的基本概念。
圖2示出基本GIE測量設(shè)備的變形，其包括用以輔助慣性導(dǎo)航儀的雙 天線GPS姿勢陣列。雙天線陣列提供俯仰角(heading)輔助，并且其典 型地是獲得快速俯仰角調(diào)整和連續(xù)俯仰角誤差控制所需的所有內(nèi)容。使用 IMU中的加速計(jì)測量橫搖角(roll)和縱搖角(pitch) 。 GIE可具有三天 線GPS姿勢陣列。在缺少IMU時(shí)，三天線姿勢陣列提供了完整的定向方 案。
如圖4所示，GIE測量設(shè)備包含AINS架構(gòu)。這是用于將來自IMU的 慣性數(shù)據(jù)與來自GPS接收器、ZVI和EDM的其它導(dǎo)航數(shù)據(jù)(這里稱為輔 助數(shù)據(jù))組合的標(biāo)準(zhǔn)算法。假設(shè)慣性導(dǎo)航儀機(jī)構(gòu)已經(jīng)很好地適當(dāng)初始化， 則它通過使用來自IMU中的加速計(jì)和陀螺儀的加速度和角速率解開在地 面上的牛頓運(yùn)動方程。初始化處理通常稱為調(diào)整。INS方案包括IMU位置、 速度和定向(橫搖角、縱搖角和俯仰角)。IMU的定向可用作EDM激光 的點(diǎn)角。因此，GIE測量設(shè)備可使用IMIJ定向和EDM范圍測量方法計(jì)算 相對于其自身位置的目標(biāo)點(diǎn)極坐標(biāo)。此外，輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(AINS) Kalman濾波器可對于已知目標(biāo)位置使用EDM范圍測量方法來輔助INS, 并從而更好地調(diào)節(jié)其位置和定向誤差。
根據(jù)本發(fā)明的管理行進(jìn)方法提供了一種在非精確GPS區(qū)域行進(jìn)的方 法。圖5示出由樹木產(chǎn)生的非精確GPS區(qū)域以及將測量的位于樹木下的目 標(biāo)點(diǎn)42的簡單實(shí)例。通過圓40示出非精確GPS區(qū)域。^Mt員將兩個(gè)或更 多回復(fù)反射器44放置在非精確GPS區(qū)域的周邊附近。將回復(fù)反射器設(shè)置 在光三腳架上，并因此實(shí)現(xiàn)自支撐。操作員簡單地將回復(fù)反射器的三腳架 以這樣的方式放置在基本穩(wěn)固地面上，使得它們不能移動，所述方式為在 非精確GPS區(qū)域周圍以及非精確GPS區(qū)域中提伶^理的三邊測量幾何。
然后，操作員使用非精確GPS區(qū)域外部的GIE測量設(shè)備10測量回復(fù) 反射器44的位置，其中GIE測量設(shè)備的精確度在厘米級。由于GIE測量設(shè)備實(shí)現(xiàn)輔助INS，所以它可計(jì)算設(shè)備的橫搖角、縱搖角和俯仰角，因此 計(jì)算EDM瞄準(zhǔn)線。這使得該設(shè)備根據(jù)極坐標(biāo)(方位角、仰角、距離)計(jì) 算相對于GIE測量設(shè)備的回復(fù)反射器44的相對位置，從而將精確GIE測 量設(shè)備位置傳送至回復(fù)反射器44。由于橫搖角、縱搖角或方位角的誤差造 成的回復(fù)反射器位置誤差將與GIE設(shè)備和回復(fù)反射器之間的距離按比例相 關(guān)。典型地，方位角誤差是相對位置的一個(gè)極坐標(biāo)測量中位置誤差的最大 來源。操作員可以根據(jù)不同GIE測量設(shè)備位置執(zhí)行回復(fù)反射器的兩個(gè)或更 多測量，以獲得誤差的統(tǒng)計(jì)平均，以及通過使用范圍三邊測量消除方位角 誤差的效果。操作員將回復(fù)反射器位置記錄在數(shù)據(jù)記錄器中用于以后使用。 然后，操作員iiyV非精確GPS區(qū)域40，并以手杖的方式操控GIE測 量設(shè)備，如我的先前美國專利No.6，853，卯9中所述。操作員周期性測量回 復(fù)反射器44的范圍。使用這些步驟來控制在GIE測量設(shè)備的輔助INS中 的定向(橫搖角、縱搖角和方位角)誤差，以及提供輔助信息來降低跟蹤 誤差的累積。當(dāng)操作員到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，他將地釘22放置在目標(biāo)點(diǎn)42上， 并測量所有回復(fù)^Jt器44的范圍。在GIE測量設(shè)備中的輔助INS使用這 些范圍計(jì)算精確目標(biāo)點(diǎn)位置。然后，操作員以他進(jìn)入的相同方式離開非精 確GPS區(qū)域40，以再次控制輔助INS定向誤差?；蛘撸僮鲉T可以在不 同位置離開所述區(qū)域。每當(dāng)操作員離開所述區(qū)域時(shí)，他可使用GPS接收機(jī) 獲得位置信息。
IMU典型地包含加速計(jì)和陀螺儀，以及用于對IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行電子化 處理的電子裝置。為了生成INS方案，可提供處理計(jì)算機(jī)，以運(yùn)行INS方 程。相同的計(jì)算機(jī)(或處理器)可以運(yùn)行在INS中的其它算法。相同的計(jì) 算機(jī)(或處理器)可以運(yùn)行在GIE中的IFNA算法中的管理行進(jìn)。
回復(fù)反射器可以是球體，例如乒乓球。將球體用作目標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)是，假 設(shè)EDM激光點(diǎn)在球體中心，則測量距離不會從任意方向偏差?；蛘?，如 果GIE設(shè)^f呆持固定并且球體目標(biāo)通過任意角旋轉(zhuǎn)但是不移位，則由EDM 測量的距離將保持不變。
根據(jù)實(shí)施例的管理行進(jìn)方法的元素是(1)使用含有輔助INS的GIE測量設(shè)備；(2)對固定目標(biāo)的范圍確定的方法；和(3)測量固定目標(biāo)位 置的方法。
輔助INS在產(chǎn)生目標(biāo)位置的其Kalman濾波器中執(zhí)行最佳信息混合。 上述范圍確定的方法是GIE測量設(shè)備上的EDM 16和設(shè)置三腳架的回復(fù)反 射器的組。如果其它可選范圍確定方法能夠是厘米,度，則也可以使用 這些方法。以下討論的一種這樣的可選方法是稱為同時(shí)定位和地圖創(chuàng)建 (SLAM)的技術(shù)，其使用視頻圖像來提取在圖像中固定目標(biāo)的范圍。
在推算(dead-reckoning )系統(tǒng)沒有位置信息的情況下移動時(shí)，推算 系統(tǒng)將累積位置誤差。具有激光范圍輔助的GIE測量設(shè)備將管理行進(jìn)期間 的其位置誤差歸類到累積的定向誤差中。圖6示出方位角誤差如何影響所 計(jì)算的目標(biāo)位置誤差的簡單實(shí)例。
圖7示出前向時(shí)間估測處理、反向時(shí)間估測處理和平滑估測處理。前 向時(shí)間估測處理最佳地組合來自輔助傳感器的當(dāng)前和過去信息。反向時(shí)間 估測處理使用來自輔助傳感器的當(dāng)前和未來信息，并因此僅根據(jù)記錄數(shù)據(jù) 以后處理方式運(yùn)行。平滑估測處理是前向時(shí)間估測處理和反向時(shí)間估測處 理的最佳組合。在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，平滑位置誤差小于前向時(shí)間位置誤差和反 向時(shí)間位置誤差、使用所有過去、當(dāng)前和未來時(shí)間的結(jié)果中任一個(gè)。
在IMU中的加速計(jì)和陀螺儀包含i殳備誤差，例如，AINSKalman濾 波器嘗試^f吏用當(dāng)前可用輔助lt據(jù)估測的偏置、比例因子誤差和非正交性誤 差。例如，AINS將累積由于Kalman濾波器不能夠校準(zhǔn)的在方位角陀螺儀 中的偏置而造成的方位角誤差。在最小平方估測中使用未來信息更新當(dāng)前
估測的公知方法是平滑的。這涉;5u t數(shù)據(jù)向后運(yùn)行以將未來信息傳送至當(dāng)
前估測的估測處理。通過引用結(jié)合于此的我的先前美國專利No.6，834，234 涉及一種稱為場內(nèi)場網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)(IFNA)的技術(shù)，其在一般的非GPS區(qū)域 中在數(shù)據(jù)段上運(yùn)行平滑器。管理行進(jìn)概念可包括從管理行進(jìn)的兩端向移動 中間的目標(biāo)位置估測攜帶精確GPS位置信息的IFNA。
實(shí)施IFNA的GIE測量設(shè)備將在管理行進(jìn)期間記錄所有慣性和輔助數(shù) 據(jù)，并且一旦其離開非精確GPS區(qū)域，則GIE測量設(shè)備將計(jì)算平滑的目標(biāo)測量位置。在管理行進(jìn)任一端固定的精確GPS位置將大大改善移動中間 的位置精度。在這種情況下，這種改善來自與EDM范圍測量組合的平滑 定向誤差。
對于使用激光EDM的可選擇方法或添加是使用已知為同時(shí)定位和地 圖創(chuàng)建(SLAM)的技術(shù)。SLAM是一種使用移動自動裝置或無人工具在 不熟悉空間中導(dǎo)航的方法。SLAM使用來自 一個(gè)或多個(gè)視頻相機(jī)的圖像序 列，以識別固定特征，然后建立這些固定特征的地圖以及自動裝置在其中 的定位。采用兩個(gè)主要圖像處理技術(shù)。 一個(gè)是圖像分割和特征提取。SLAM 使用這個(gè)技術(shù)來識別已知是固定的并因此在3D空間中是有效基準(zhǔn)點(diǎn)的特 定特征。典型的選擇是在室外設(shè)置中的樹木或在室內(nèi)設(shè)置中的電燈組件。 另一技術(shù)是立體成像，以提取深度并因此提取范圍到特征的信息。在SLAM 從不同自動裝置位置對3D坐標(biāo)柵格中的特征成像時(shí)，SLAM建立它們的 地圖，從而確定在該柵格中它自己的位置。在估測所有變量的一個(gè)Kalman 濾波器中實(shí)施地圖和自定位處理。 一旦SLAM經(jīng)由特征提取識別了基準(zhǔn) 點(diǎn)，則定位方法與4吏用激光范圍的先前所述定位方法類似。在這種情況下， 使用從多重疊2D圖像的立體成像進(jìn)行范圍提取。參照下文可以找到SLAM
4支術(shù)的4既述和描述。
可使用SLAM技術(shù)代替GIE測量設(shè)備中的EDM，或增加至其中。該 設(shè)備可包括經(jīng)由大CCD或窄視野(FOV)具有小于2cm量級的足夠小像 素尺寸的碎見頻相4幾。由于操作員必需手動選擇特征和將相機(jī)瞄準(zhǔn)它們，所 以窄FOV是比較不昂貴的方式，但是可限制設(shè)備的使用。寬FOV使得相 機(jī)自動捕獲特征，但是需要高分辨能力，因此需要大CCD陣列以獲得厘 米級的像素尺寸。該設(shè)備將包括SLAM處理算法，該算法以通過設(shè)備動力 所指示的幀率(5幀每秒應(yīng)足夠用于手持設(shè)備)輸入圖 像，并輸出其識別 的固定目標(biāo)的位置以及通過i殳備的初始定向確定其x-y軸的相對Cartesian 坐標(biāo)幀中所有的設(shè)備位置。然后，除了慣性速率數(shù)據(jù)、GPS速率數(shù)據(jù)和零 速率數(shù)據(jù)之外，AINS Kalman濾波器還將使用SLAM位置信息來計(jì)算最 佳位置以及更新固定目標(biāo)位置的SLAM處理器的估測。如果GIE測量設(shè)備在非精確GPS區(qū)域外部以全RTK模式運(yùn)行，則所有目標(biāo)位置誤差可以 降低至l-2cm。當(dāng)GIE測量設(shè)備iiA非精確GPS區(qū)域時(shí)，SLAM加AINS 定向數(shù)據(jù)提供位置信息，以保持RTK位置精度。
可設(shè)計(jì)SLAM圖像分割和特征提取算法，用于特定特征，例如罕見形 狀和/或顏色，可選擇該算法進(jìn)行簡單和可靠的分段和提取。操作員可采用 承載該特征的三腳架，以代替先前所述的回復(fù)反射器。這將保證對于SLAM 的期望特征始終存在。還簡化了在SLAM處理器中運(yùn)行的SLAM軟件以 及視頻相才幾的可能^殳計(jì)。
圖8示出GIE測量設(shè)備如何可以在自然出現(xiàn)或通過操作員放置的目標(biāo) 場中導(dǎo)航。應(yīng)該設(shè)計(jì)基于適當(dāng)SLAM的GIE測量設(shè)備任務(wù)，從而相機(jī)可 以觀察具有足夠強(qiáng)幾何形狀的目標(biāo)，以允許它們的同時(shí)定位測量和設(shè)備的 定位。
通過引用結(jié)合的以下參考文獻(xiàn)提供了與本發(fā)明相關(guān)的附加信息。
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7/ifac2002Submission.pdf
h加〃web,media.mit.edu/ rgupta/IROS04iason.pdf
以下是本文中使用的縮寫詞的表
AIA天線/IMU組件
AINS輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)
ATS自動全站儀
CCD電荷耦合器件
CTS傳統(tǒng)全站儀
EDM電子測JE巨計(jì)
FOV視野
GIE GPS-慣性-EDM
GIS地理信息系統(tǒng)
GPS全球定位系統(tǒng)
IFNA場內(nèi)場網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)
IMU慣性測量單元
INS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)
MMI人機(jī)界面
RTK實(shí)時(shí)運(yùn)動
SLAM同時(shí)定位和映射
TBD要確定的
WSN手^t導(dǎo)航4義
ZVI零速率指示器
權(quán)利要求
1. 一種確定目標(biāo)位置的方法，包括以下步驟確定離開所述目標(biāo)的開始點(diǎn)的位置；從所述開始點(diǎn)行進(jìn)到所述目標(biāo)，同時(shí)通過使用對跟蹤誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法來保持位置的軌跡；在到達(dá)所述目標(biāo)的途中，通過確定相對于至少一個(gè)基準(zhǔn)地點(diǎn)的位置來減少所累積的誤差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的確定目標(biāo)位置的方法，其中所述基準(zhǔn)地點(diǎn)是所 述開始點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的確定目標(biāo)位置的方法，其中所迷基準(zhǔn)地點(diǎn)離開 所述開始點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的確定目標(biāo)位置的方法，其中確定開始點(diǎn)的位置 的步驟包括使用GPS接收機(jī)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的確定目標(biāo)位置的方法，其中行進(jìn)的步驟使用 IMU的5艮蹤方法。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的確定目標(biāo)位置的方法，其中減少所累積誤差的 步驟包括使用EDM獲得輔助信息。
7. —種在區(qū)域中確定對象地點(diǎn)的方法，包括a. 在所述區(qū)域的周邊附近定義第一基準(zhǔn)點(diǎn)；b. 使GPS接收機(jī)位于所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)附近的所述區(qū)域外部的第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)；c. 使用GPS信號確定在所述第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收 機(jī)的位置；d. 確定相對于在所述第一GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī)的所述 第一基準(zhǔn)點(diǎn)的位置；e. 使用對誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法，從所迷區(qū)域中的所述笫一 GPS接收機(jī)位置行進(jìn)到所述對象的地點(diǎn)；f. 獲得相對于所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第一相對位置信息；g. 獲得輔助位置信息，以減少在步驟(e)和(f)中至少一個(gè)過程中 獲得的誤差的累積；和h. 使用在步驟(c)、 (d)、 (e) 、 (f)和(g)中獲得的信息確 定所述對象的地點(diǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述區(qū)域是使用GPS不能獲 得精確測量型位置信息的領(lǐng)域。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟(d )包括使用EDM來置。 、 、土、
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟(f)包括使用EDM來 獲得相對于所述第 一基準(zhǔn)點(diǎn)的所M象地點(diǎn)的第 一相對位置信息。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟(g)包括使用IMU來 獲得輔助信息。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟(a)包括使回復(fù)反射 器位于所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括使回復(fù)反射器位于所迷對 象地點(diǎn)，以及其中步驟(f)包括使用具有激光的EDM來獲得第一相對 位置信息。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括使用在上面安裝有GPS 接收機(jī)和EDM的測量桿。
15. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括使用在上面安裝有GPS 接收機(jī)和IMU的測量桿。
16. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括使用在上面安裝有GPS 接收機(jī)、EDM和IMU的測量桿。
17. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟(f)包括使用EDM, 以及步驟(g)包括使用IMU。
18. —種在區(qū)域中確定對象地點(diǎn)的方法，包括a. 在所述區(qū)域的周邊附近定義第一和第二基準(zhǔn)點(diǎn)；b. 使GPS接收機(jī)位于所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)附近的所述區(qū)域外部的第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)；c. 使用GPS信號確定在所述第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收 機(jī)的位置；d. 確定相對于在所述第一 GPS接收才幾地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī)的所 述第一基準(zhǔn)點(diǎn)的位置；e. 使用對誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法，從所述區(qū)域中的所述第一 GPS接收機(jī)位置行進(jìn)到所述對象的地點(diǎn)；f. 獲得相對于所述第 一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的笫 一相對位置信 息；g. 使用對誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法，從所述對象地點(diǎn)行進(jìn)到在所述區(qū)域外部和在所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)附近的第二 GPS接收機(jī)位置；h. 使GPS接收機(jī)位于所述第二 GPS接收機(jī)地點(diǎn)；i. 使用GPS信號確定在所述笫二 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收 機(jī)的位置；j.確定相對于在所述第二 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī)的所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)的位置； k. 獲得相對于所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第二相對位置信息；i.獲得輔助位置信息，以減少在步驟(e) 、 (f) 、 (g)和(k)中至少一個(gè)過程中獲得的誤差的累積；和 m.使用在步驟(c)、 (d) 、 (f) 、 (i) 、 (j) 、 (k)和(l)中獲得的信息確定所述對象的地點(diǎn)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一和第二基準(zhǔn)點(diǎn)不同。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一和第二基準(zhǔn)點(diǎn)相同。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一GPS接收機(jī)地點(diǎn)和所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)相同。
22. 才艮據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第二GPS接收機(jī)地點(diǎn)和 所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)相同。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(d)包括使用EDM 來確定相對于在GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述GPS接收機(jī)的所述第一基準(zhǔn)點(diǎn)的 位置。
24. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(f)包括使用IMU 來獲得相對于所述第 一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第 一相對位置信息。
25. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(I)包括使用EDM來獲得輔助信息。
26. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(1)包括使用EDM 來獲得與相對于第一 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的在所述第二 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所 述GPS接收機(jī)的位置相關(guān)的信息。
27. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(j)包括使用EDM 來確定相對于在所述第二 GPS接收機(jī)地點(diǎn)的所述笫二基準(zhǔn)點(diǎn)的位置。
28. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(k)包括使用IMU 來獲得相對于所述第二基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的第二相對位置信息。
29. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括使回復(fù)反射器位于所述 對象地點(diǎn)，以及其中步驟(f)和(k)包括使用IMU來獲得第一和第二 相對位置信息。
30. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括使用在上面安裝有GPS 接收機(jī)和EDM的測量桿。
31. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括使用在上面安裝有GPS 接收機(jī)和IMU的測量桿。
32. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括使用在上面安裝有GPS 接收4幾和EDM和IMU的測量桿。
33. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括使用IMU來獲得在步驟 (f)和(k)中的信息，以及其中步驟(m)使用平滑估測處理來確定所述對象的地點(diǎn)，所述平滑估測處理組合了前向和反向時(shí)間估測處理，以減 少位置誤差。
34. 才艮據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述區(qū)域是使用GPS不能獲 得精確測量型位置信息的領(lǐng)域。
35. —種在區(qū)域中確定目標(biāo)位置的測量系統(tǒng)，在所述區(qū)域中使用GPS 接收機(jī)不能夠獲得精確的測量型地點(diǎn)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)包括GPS接收機(jī)，用于確定在所述區(qū)域的周邊附近的開始點(diǎn)的位置； 測量系統(tǒng)，用于在用戶從所述開始點(diǎn)行進(jìn)到所述目標(biāo)時(shí)獲得相對位置信息，所述測量系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤誤差的累積，以及所述測量系統(tǒng)用于獲得輔助位置信息，以在所述行進(jìn)期間減少誤差的累積；和處理系統(tǒng)，用于通過^f吏用所述開始點(diǎn)位置、所i^目對位置信息和所述輔助位置信息來計(jì)算所述目標(biāo)的位置，從而所計(jì)算的所述目標(biāo)的位置比僅使用相對位置信息所計(jì)算的所述目標(biāo)的位置具有更大的精度。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，還包括在上面安裝有所述GPS 接收機(jī)的測量桿，以及其中所述測量系統(tǒng)包括安裝在所述桿上的具有激 光的EDM。
37. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，還包括在上面安裝有所述GPS 接收機(jī)的測量桿，以及其中所述測量系統(tǒng)包括安裝在所述桿上的IMU。
38. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，還包括在上面安裝有所述GPS 接收機(jī)的測量桿，以及其中所述測量系統(tǒng)包括安裝在所述桿上的具有激 光的EDM，和IMU。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)用戶從所述開始點(diǎn)行進(jìn)到 所述目標(biāo)時(shí)，所述測量系統(tǒng)獲得在所述區(qū)域中多個(gè)中間基準(zhǔn)點(diǎn)的相對位置 信息，在每一個(gè)點(diǎn)的所^目對位置信息是相對于所述先前點(diǎn)的，以及所述 測量系統(tǒng)通過獲得從至少 一個(gè)所述中間基準(zhǔn)點(diǎn)到所述開始點(diǎn)的相對位置數(shù) 據(jù)來獲得對于所述中間基準(zhǔn)點(diǎn)的輔助信息。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述測量系統(tǒng)包括IMU， 用以獲得相對位置信息，以及所述測量系統(tǒng)包括EDM，用以獲得所述輔助信息。
41. 一種在區(qū)域中確定目標(biāo)位置的測量系統(tǒng)，在所述區(qū)域中GPS接 收機(jī)不能夠?yàn)闇y量型應(yīng)用定位具有足夠精度的所述對象，該系統(tǒng)包括位置定位器，用于使用GPS接收機(jī)和GPS信號確定所述區(qū)域的周邊 附近的第 一基準(zhǔn)點(diǎn)的位置，所述位置定位器在所述區(qū)域中從所述第一基準(zhǔn) 點(diǎn)向所述對象行進(jìn)期間獲得相對于所述第 一基準(zhǔn)點(diǎn)的所述對象地點(diǎn)的相對 位置信息，在所述^f亍進(jìn)期間累積多^ 宗誤差；和輔助裝置，用于通過確定相對于其位置已知的至少一個(gè)基準(zhǔn)地點(diǎn)的位 置，減少在向所述區(qū)域中的所述目標(biāo)行進(jìn)期間所累積的跟蹤誤差。
42. —種確定目標(biāo)位置的測量系統(tǒng)，包括位置定位器，用于確定離開所述目標(biāo)點(diǎn)的開始點(diǎn)的位置，當(dāng)用戶從所 述開始點(diǎn)向所述目標(biāo)行進(jìn)時(shí)，所述位置定位器通過使用在所述行進(jìn)期間對 跟蹤誤差的累積所進(jìn)行的跟蹤方法來保持位置的軌跡；和輔助裝置，用于通過確定相對于其位置已知的至少一個(gè)基準(zhǔn)地點(diǎn)的地 點(diǎn)，減少在向所述區(qū)域中的所述目標(biāo)行進(jìn)期間所累積的跟蹤誤差。
全文摘要
一種方法和系統(tǒng)，用于在由于例如植物和建筑的自然或人造對象而不能夠獲得精確GPS數(shù)據(jù)的區(qū)域中獲得目標(biāo)點(diǎn)的精確測量型位置數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包括設(shè)置在測量桿上的GPS接收機(jī)，其具有同樣設(shè)置在桿上的慣性測量單元(IMU)和電子測距計(jì)(EDM)。該系統(tǒng)和方法在離開該區(qū)域時(shí)獲得GPS數(shù)據(jù)，并使用區(qū)域中的IMU行進(jìn)到目標(biāo)點(diǎn)，以使用EDM獲得數(shù)據(jù)，從而減少用IMU發(fā)生的累積誤差。
文檔編號G01C21/00GK101484777SQ200680047098
公開日2009年7月15日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
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