空間位置測量方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于空間位置測量技術領域，具體涉及一種空間位置測量方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 目前空間位置的測量方法，主要有W下幾種；通過全站儀實現(xiàn)空間位置坐標的靜 態(tài)測量；通過經(jīng)締儀和基準尺實現(xiàn)坐標的測量；通過GI^S實現(xiàn)空間位置坐標的靜態(tài)及動態(tài) 測量；通過慣性系統(tǒng)實現(xiàn)空間位置的靜動態(tài)測量。
[0003] 全站儀測量位置坐標是基于全站儀的測距原理，通過全站儀瞄準基準坐標點，測 量基準坐標點距全站儀坐標系原點的距離，同時測量基準坐標點在全站儀坐標系下的方位 和俯仰角度，由此計算全站儀原點在基準點所在坐標系下的坐標，實現(xiàn)空間坐標的靜態(tài)測 量。由于全站儀的是工作建立在水平基準上對祀標進行瞄準，因此，不能實現(xiàn)動態(tài)的位置測 量。
[0004] 通過經(jīng)締儀及基準尺進行坐標測量時，首先將兩臺經(jīng)締儀對瞄，然后分別瞄準已 知長度的基準尺的祀標點，由此建立一個虛擬的坐標系，最后由兩臺經(jīng)締儀分別瞄準被測 目標點，測量被測目標點在虛擬坐標系下的坐標，實現(xiàn)空間坐標的靜態(tài)測量。同樣經(jīng)締儀的 工作也是建立在水平基準上進行瞄準測量的，所W無法實現(xiàn)動態(tài)測量。
[0005] 全球定位系統(tǒng)（GPS)空間位置測量是基于接收GI^S衛(wèi)星信號進行解算的。GI^S接收 機根據(jù)接收到的GI^S衛(wèi)星信號識別GI^S衛(wèi)星位置、時差等信息解算GI^S接收機當前的空間 位置信息?？蒞實現(xiàn)空間位置信息的靜態(tài)測量和動態(tài)測量。GPS空間位置測量對GI^S衛(wèi)星 信號依賴度高，受氣象因素等影響嚴重，且具有被限制使用的風險，不能實現(xiàn)全自主工作。
[0006] 慣性系統(tǒng)的空間位置測量是基于測量某一指向的加速度，經(jīng)積分解算當前的位置 信息?？蒞實現(xiàn)靜態(tài)及動態(tài)的測量，但是由于巧螺的漂移，其測量精度較差。
[0007] 上述測量方法，由于測量原理的關系，主要限于靜態(tài)條件下的測量，動態(tài)測量精度 較低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠實現(xiàn)便捷、快速的空間位置測量的空間位置測量方 法及裝置。W克服現(xiàn)有技術手段在空間位置測量上的缺陷，利用光學成像原理、通過攝影的 方法建立一種便攜、快速的空間位置測量方法，實現(xiàn)靜態(tài)及動態(tài)條件下空間位置的快速測 量。
[0009] 本發(fā)明是該樣實現(xiàn)的：一種空間位置測量方法，包含W下步驟：
[0010] 步驟1、建立3個W上在地面直角坐標系中坐標已知的祀標點，分別為Pi (Xi，Yi， Zi)，P2 (X2，Y2，Z2)，P3 (X3, Y3，Z3)……；
[0011] 步驟2、拍攝包含至少3個祀標點的圖像；
[0012] 步驟3、W如下形式建立方程組；
[0013] 定義；0-XYZ為地面直角坐標系，S-X' r Z'為相機測量坐標系，S為相機的光也位 置；S-UVF為像空間坐標系，0-uv為像平面坐標系；
[0014] S-X' r Z'的各個坐標軸的指向是按照繞X、Y、Z軸的旋轉次序，對坐標系0-XYZ 進行旋轉得到，分別旋轉廬，《，K角度；
[0015] 旋轉矩陣R采用A ?，K表示為：
【主權項】
1. 一種空間位置測量方法，包含以下步驟： 步驟1、建立3個以上在地面直角坐標系中坐標已知的靶標點，分別為Pi(\，YpZP，P2 (X2，Y2，Z2)，P3 (X3，Y3，Z3)……； 步驟2、拍攝包含至少3個靶標點的圖像； 步驟3、以如下形式建立方程組； 定義：〇-XYZ為地面直角坐標系，S-X'Y'Z'為相機測量坐標系，S為相機的光心位置；SHJVF為像空間坐標系，o-uv為像平面坐標系； s-x'Y'Z'的各個坐標軸的指向是按照繞X、Y、Z軸的旋轉次序，對坐標系0-XYZ進行 旋轉得到，分別旋轉0，《，k角度； 旋轉矩陣R采用％ ?，k表示為：
，在以 下的方程組中用
的形式表示； S在0-XYZ中的坐標為（XS，YS，ZS)，對于任一物點P及其對應的像點p，物點P在0-XYZ中的坐標為（X，Y，Z)，物點P在S-X'Y'Z'中的坐標為（X-Xs，Y-Ys，Z-Zs)，物點P在S-UVF中 的坐標為（X'，Y'，Z'），像點p在S-UVF中的坐標為（u，v，-f); 其中，f為相機焦距；u、v為成像點在像平面坐標系o-uv下的坐標； 像空間坐標系S-UVF由像平面坐標系o-uv擴展得到，U、V軸與u、v軸平行，像平面坐 標系原點〇,在S-UVF中的坐標為（0,0, -f); 得到如下方程組；
其中，方程的數(shù)量為拍攝到的靶標點的數(shù)量的2倍； 步驟4、解算方程組，算出未知量（XS，YS，ZS)、叭《，k;即可得到相機測量坐標系 S-X'Y'Z'與地面直角坐標系0-XYZ的關系，完成定位。
2. 如權利要求1所述的空間位置測量方法，其特征在于，在步驟2中拍攝圖像的時候， 記錄拍攝時刻，在步驟4中，輸出定位信息的同時，輸出時標信息，實現(xiàn)動態(tài)定位。
3. -種空間位置測量系統(tǒng)，其特征在于，包含：3個以上坐標已知的靶標點，拍攝靶標 點圖像的相機，對相機拍攝到的圖像進行處理、輸出定位信息的運算設備；運算設備使用如 權利要求1所述的方法進行定位運算。
4. 如權利要求3所述的空間位置測量系統(tǒng)，其特征在于，還包含記錄相機拍攝圖像時 刻的時刻記錄設備。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種空間位置測量方法及裝置，目的是利用光學成像原理、通過攝影的方法建立一種便攜、快速的空間位置測量方法，實現(xiàn)靜態(tài)及動態(tài)條件下空間位置的快速測量。本發(fā)明包含以下步驟：步驟1、建立3個以上在地面直角坐標系中坐標已知的靶標點；步驟2、拍攝包含至少3個靶標點的圖像；步驟3、建立方程組；步驟4、解算方程組，得到相機測量坐標系與地面直角坐標系的關系，完成定位。本發(fā)明所述攝影定位方法的建立，從根本上解決了空間位置高精度測量的技術難題，不僅滿足靜態(tài)條件下的快速、準確測量，同時具備動態(tài)條件下快速、準確定位的能力。
【IPC分類】G01C11-00
【公開號】CN104567812
【申請?zhí)枴緾N201310475942
【發(fā)明人】王鍇磊, 馮偉利, 崔桂利
【申請人】北京航天計量測試技術研究所, 中國運載火箭技術研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月12日