改进的测量杆制造技术

当前可用于GNSS的测量杆系统依赖于磁力计传感器。这些类型的传感器的使用表明当在磁场附近操作时性能下降。本发明专利技术提供了一种测距杆系统的新方法，其即使在磁场附近工作时也能够提供所要求的性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的测量杆
本专利技术总体上涉及地形测量杆领域，并且特别地涉及一种用于通过测量杆、特别是具有改进的鲁棒性和扩展的可用性的测量杆进行的改进的位置确定的方法和装置。
技术介绍
测量杆是用于测量不同地理参数(诸如地面上的点位置、距离以及角度)的地形仪器。典型应用是位置测量市场、建筑物、道路建设和制图。最近，用于室外环境中的地形测量工作的经典的基于镜子的测量杆已经被基于GNSS的杆代替，基于GNSS的杆依赖于如TrimbleR8等全球导航卫星系统GNSS的辅助。图1描绘了基于GNSS的杆100，其包括棒110，棒110具有底端120，底端120用于定位在地面上的点140上，该点140需要被定位。顶端130包括用于确定GNSS天线参考点150的地理坐标的GNSS设备。当杆完全竖直时，地面点140和GNSS点150之间的坐标差异等于杆160的高度(大约是棒的长度)。基于GNSS的杆更易于操作，因为它们不需要外部设备来进行进一步测量，因为所有GNSS电子器件都被包含在GNSS设备中。它们还提供快速位置计算，并且因此比传统的基于镜子的系统更快地进行地形测量。测量杆的理论基础是，首先通过大地测量GNSS接收器计算GNSS天线位置150，并且随后在考虑到高度差160的情况下将该点投影到地面。该操作由操纵测量杆的用户执行，以将底端120放置在期望的地面点140上，以获取其3D位置坐标。主要缺点在于，杆需要完全竖直，因此必须使用水平仪调平杆。这需要进一步处理，花费更多时间，并且可能导致错误。不幸的是，即使实现了极好的竖直度，也存在不允许将杆放置在所需要的竖直位置的情况，并且因此，不可能使用这种杆。这种情况可能是由于障碍物造成的，例如，在建筑物内部或周围、隧道入口或树木。图2描绘了这样的情况，其中树220或建筑物230遮挡(由十字表示)GNSS设备和卫星系统210之间的直接视线。存在测量杆解决方案，其试图通过允许杆倾斜以用于确定竖直和倾斜模式下的地面点坐标来解决该问题。倾斜杆的能力具有测量原本无法接近的点的优点，例如在不可能完全看到天空的环境条件下，诸如被树木遮挡的区域、建筑物内部或其他障碍物体。而且，通过倾斜杆，可以比其他方式具有到更多卫星的直接视线，并且因此可以确定更精确的地面点位置。然而，为了适当地执行地面点投影，需要确定倾斜杆的姿态或取向，以便确定杆的顶端和底端之间的实际竖直差异。因此，有必要包括附加的硬件传感器以测量该杆取向并且补偿由于杆倾斜引起的竖直高度差异。图3描绘了限定测量杆的姿态或取向的三个旋转角度。第一角度θ(航向或偏航角)是限定围绕竖直z轴310的旋转的角度。当杆指向北方时，航向为零，但是通过顺时针或逆时针旋转杆，生成航向。第二角度α(即，俯仰角)是限定围绕水平y轴320的旋转的角度。当杆完全竖直时，俯仰角为零，但是通过向前或向后移动杆生成俯仰角。第三角度β(即，侧倾角)是限定围绕水平x轴330的旋转的角度。当杆完全竖直时，侧倾角为零，然而通过向右或向左移动杆，生成侧倾角。当前的GNSS倾斜测量杆解决方案使用磁力计和倾角计(如TrimbleR10)来估计杆的取向，这是以一定角度执行GNSS定位所必需的。图4描绘了测量杆400，测量杆400包括GNSS设备410内的附加磁力计和倾角计组件。通过使用磁力计，可以获得相对于磁北极的杆取向，即，航向。通过使用两个正交的倾角计，可以确定关于地面相对于竖直轴的杆的剩余两个倾斜角度(俯仰角和侧倾角)。因此，该解决方案允许在倾斜模式下工作，因为使用磁力计和倾角计获得所有三个角度。然而，这种解决方案主要由于环境磁场引起的干扰而受到严重限制。在这种情况下发现的最强电磁场是通过电磁感应生成的，诸如存在于铁路附近、电力站或靠近金属物体，这些通常是需要进行地形测量的建筑环境。周围的电磁场影响测量结果，因为这些传统的杆感测地球的磁场，并且测量结果被这个干扰场扭曲，导致姿态确定有误差并且地形测量不准确。因此，需要有效地解决上述问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供上述问题的解决方案。特别地，本专利技术的一个目的是提供基于GNSS的定位杆或测量杆，其可以在竖直以及倾斜或非垂直模式下使用，并且即使在存在电磁场的情况下或在强磁场的影响下也是高度准确和可靠的。这通过提供包括卫星定位传感器和惯性传感器的定位杆来实现。初始化阶段使用与至少三个不同杆倾角相对应的惯性数据样本以高准确度确定相对于地理北的地面点位置和绝对航向。然后在操作阶段使用绝对航向，使得能够将杆用于新的地面点或取向确定，但是不必每次都执行新的初始化过程。当在开放空间、即“非磁化”场景中时，改进的定位杆能够以极高的准确度以及至少与当前地形系统相同的准确度定位地面点。然而，在半封闭空间或具有强电磁场的空间中，其中经典的基于GNSS的杆不能够操作，改进的杆使得能够以地形可接受的性能执行快速定位，而不使用磁传感器。因此，提供了一种更鲁棒的测量杆(因为它不受磁场影响)并且其具有扩展的可用性(因为它在其他杆不能测量的情况下能够测量，例如，在没有或具有低视线卫星能见度的环境)。因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于位置确定的改进的定位杆。本专利技术的另一目的是提供一种通过定位杆进行的改进的位置确定的方法。本专利技术的另一目的是提供一种将传统的地形杆转换为改进的定位杆的方法。本专利技术的另一目的是提供一种包括指令的计算机程序，该指令一旦在处理器上执行则用于执行通过定位杆进行的改进的位置确定的方法的步骤。本专利技术的另一目的是提供一种包括指令的计算机可读介质，该指令一旦在处理器上执行则用于执行通过定位杆进行的改进的位置确定的方法的步骤。本专利技术提供了实现本专利技术的各个方面、实施例和特征的方法和设备，并且通过各种部件来实现。各种部件可以包括例如硬件、软件、固件或其组合，并且这些技术可以以各种装置中的任何一个或其组合来实现。对于硬件实现，各种部件可以包括在一个或多个专用集成电路(ASIC)内实现的处理单元、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计用于执行本文中描述的功能的其他电子单元、或其组合。对于软件实现，各种部件可以包括执行本文中描述的功能的模块(例如，过程、功能等)。软件代码可以存储在存储器单元中并且由处理器执行。存储器单元可以在处理器内或处理器外部实现。描述了本专利技术的各个方面、配置和实施例。特别地，本专利技术提供了实现本专利技术的各个方面、配置和特征的方法、装置、系统、处理器、程序代码、计算机可读介质以及其他装置和元件，如下所述。附图说明通过下面结合附图给出的详细描述，本专利技术的特征和优点将变得更加明显，附图中的相同的附图标记在不同附图中标识相应的元素。也可以使用不同的字符来指代相应的元素。图1描绘了传统的基于GNSS的测量杆。图2描绘了传统测量杆能够或不能操作的情况。图3描绘了限定测量杆的取向的不同角度。图4描绘了包括磁力计和倾角计的测量杆。图5描绘了根据本专利技术的改进的定位杆。图6描绘了用于本专利技术的改进的定位杆的位置确定的部件。图7描绘了使用本专利技术的改进的定位杆进行的位置确定的方法。图8描绘了初始化阶段中的定位杆移动的俯视图。图9至13描绘了使用五本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于地面点位置确定的定位杆，包括棒和位于所述棒的顶端的位置确定部件，所述棒具有用于放置在待确定的地面点上的底端，所述位置确定装置包括：用于获取特定杆倾角处的顶端参考点的大地坐标的卫星定位部件；用于获取与所述杆倾角相对应的所述顶端参考点的惯性数据的惯性感测部件；以及用于根据所述棒的长度以及与至少三个不同的棒倾角相对应的所获取的大地坐标和惯性数据来确定所述地面点的坐标的处理部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于地面点位置确定的定位杆，包括棒和位于所述棒的顶端的位置确定部件，所述棒具有用于放置在待确定的地面点上的底端，所述位置确定装置包括：用于获取特定杆倾角处的顶端参考点的大地坐标的卫星定位部件；用于获取与所述杆倾角相对应的所述顶端参考点的惯性数据的惯性感测部件；以及用于根据所述棒的长度以及与至少三个不同的棒倾角相对应的所获取的大地坐标和惯性数据来确定所述地面点的坐标的处理部件。2.根据权利要求1所述的杆，其中所述位置确定部件还包括用于存储所获取的所有数据和所述确定的结果的存储器存储部件。3.根据权利要求2所述的杆，其中所述卫星定位部件包括GNSS天线和GNSS接收器，并且其中所述顶端参考点的大地坐标对应于所述GNSS天线的大地坐标。4.根据权利要求3所述的杆，其中所述处理部件包括获取部件，所述获取部件用于从所述卫星定位部件获取所述大地坐标以及从所述惯性感测部件获取所述惯性数据。5.根据权利要求4所述的杆，其中所述处理部件包括用于使用所述获取部件的所述数据确定所述地面点的所述坐标的数据处理部件，其中所述地面点位置是根据所述杆的俯仰角和侧倾角来确定的。6.根据权利要求4所述的杆，其中所述处理部件还包括用于对所述位置数据以及惯性数据进行时间标记的时间标记部件，并且还包括用于向外部设备递送所获取的数据和/或所述确定的结果的通信部件，并且还包括用于指示要在何时以新的倾斜姿态倾斜所述杆并且用于指示何时已确定了所述地面点的指示器部件。7.一种通过定位杆进行的地面点位置确定的方法，所述定位杆包括棒和位于所述棒的顶端的位置确定部件，所述棒具有用于放置在待确定的地面点上的底端，所述方法包括初始化阶段，所述初始化阶段包括：针对至少三个不同的棒倾角，获取顶端参考点的大地坐标和惯性数据；以及根据所述棒的长度、以及与...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·E·帕瑞斯加拉夫，D·卡勒罗斯坎兰，E·费尔南德兹穆尔西亚，
申请(专利权)人：私人基金会加泰罗尼亚电信技术中心，
类型：发明
国别省市：西班牙,ES