一种适用林区的星-地结合定位方法技术

本发明专利技术公开一种适用林区的星-地结合定位方法，将支持无线网络定位的手持定位设备置于林区内静止目标待测点上，根据手持定位设备所接收到的不少于3个无线网络基站发送的射频信号，根据信号强度及林区修正因子得到待测点与无线网络基站的距离，从而计算出待测点与3个无线网络基站的相对坐标。针对移动目标的测定，首先选择一个起点使用静止目标定位方法得到第一定位坐标，然后使用具有角速度传感器的手持定位设备从该起点移动到待测点，通过移动过程中记录的矢量方向变化角度和加速度信息计算出与第一定位坐标的相对坐标。在定位服务器端，将时间同步后的相对坐标与基站卫星定位坐标进行融合，得到待测点的定位坐标。

【技术实现步骤摘要】
一种适用林区的星-地结合定位方法
本专利技术涉及林业信息化领域，具体而言，涉及一种适用林区的星-地结合定位方法。
技术介绍
全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）为全球性的位置与时间测定系统，包括卫星星座、地面监控系统及用户终端设备，可为地球表面、近地表和地球外空任意地点用户提供全天候、实时、高精度的三维位置、速度及精密的时间信息。目前世界上卫星导航定位系统主要有我国的“北斗导航系统”（BD）、美国的“全球定位系统”（GlobalPositioningSystem，GPS）、俄罗斯的“全球轨道导航卫星系统”（GlobalNavigationSatelliteSystem，GLONASS）和欧洲的“伽利略卫星导航系统”（Galileosatellitenavigationsystem，Galileo）。随着卫星定位系统日益完善和卫星定位技术的不断提高，GNSS已应用在国民经济的多个领域，在交通、安全、测绘、农业、林业、气象、搜索救援、环境监测等各个行业发挥着越来越重要的作用。随着卫星定位系统的日益完善和卫星定位技术的不断发展与成熟，卫星定位技术已经成熟应用于交通、物流、测绘、通讯等各大领域。我国林业领域应用中，最早使用的是美国的GPS系统，目前，俄罗斯的GLONASS系统以及我国自主研制的北斗定位系统也逐渐应用于我国林业领域。自GPS应用于林业以来，国内不少专家、学者都致力于卫星定位技术在林业应用的研究，大体总结为以下几个方面：1）森林资源调查与管理，包括样地调查、各种境界线的勘定、森林分布区域测定、林地面积测量、伐区踏查、伐区设计、林政案件调查、古树名木定位等；2）林业工程测量；3）植树造林，包括飞机播种造林、造林分类及清查等；4）森林防火，包括火场定位、火场面积测量、火场损失评估等；5）动物资源调查及野生动植物保护；6）森林旅游及野外考察。目前，卫星定位技术已经在我国林业领域广泛投入应用，但是在林区实际业务应用中，存在林下环境信号差、定位工作效率低、精度低等问题，以至于不能满足部分业务的位置精度需求，尤其是在南方高山、密林区表现尤为明显。影响定位精度的因素有很多，美国学者Christopher等人对林冠、地貌和距离对GPS定位精度影响的研究表明，林冠和地貌干扰会降低定位的精度和效率。我国学者聂玉藻等对不同地类、不同地形、不同测程、不同林冠下的RTDGPS复测试验，进行了林冠与山地对GPS定位精度影响及消减对策的研究，结果表明山谷定位精度低于山坡。我国学者谭伟等进行了手持GPS在不同林分下定位精度的研究，结果表明林下手持GPS定位精度与林分郁闭度、测量气候等因素关系密切，与测量时段关系不大，郁闭度越高，定位精度越低。我国学者徐文兵等进行了林区地形条件对GPS定位精度影响的研究，研究表明高郁闭度林区定位精度低，水域附近的多路效应对定位结果的影响小于建筑物对信号的阻挡作用。国外学者韦希勤等研究了森林资源一类连续清查固定样地点定位的精度问题，但精度不理想，其误差平均在54m，最小也有15m。我国学者陈华安等进行了手持GPS接收机面积测量精度测试，实验证明，地块面积小于600m2时，面积测量误差会超过5%，不能满足森林资源调查的要求，并且地块越小，相对误差就越大；郁闭度会影响GPS信号接收，而影响面积测量精度；大峡谷中则很难进行定位和面积测量。信号差、定位精度低已成为卫星定位技术在实际林区应用中不可逾越的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用林区的星-地结合定位方法，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。为达到上述目的，本专利技术提供了一种适用林区的星-地结合定位方法，包括以下步骤：首先针对测试区域选择若干处（不少于3处）相对开阔或林分郁闭度小可以接收到卫星定位信号的地方布设无线网络基站，这些基站尽量错落分布在测试区域的周围和内部，通过卫星定位系统或其它方法能够确定出基站的准确位置信息。针对静止目标的测定，将支持无线网络定位的手持定位设备置于林区的待测点，根据手持定位设备所接收的不少于3个无线网络基站发送的射频信号，根据信号强度及林区修正因子得到待测点与无线网络基站的距离，从而计算出待测点与3个无线网络基站的相对坐标；或针对移动目标的测定，根据支持惯性导航定位的定位设备所获取的从定位起点时刻到林区待测点的方向、加速度信息，积分计算得到当前位置与起点位置的相对坐标，并根据支持惯性导航定位的定位设备在起点的定位坐标以及相对坐标计算出当前时刻的惯性导航定位坐标；将GPS定位模块置于无线网络基站，根据GPS定位模块接收的卫星信号进行定位得到无线网络基站的参考坐标；在定位服务器端，将时间同步后的地面无线定位坐标或惯性导航定位坐标与参考坐标进行融合，得到待测点的实际定位坐标。可选的，所述地面无线定位坐标的获取方式如下：假设待定点的地面无线定位坐标为(X,Y)，所选择的三个无线网络基站坐标分别为(Xa,Ya)、(Xb,Yb)、(Xc,Yc)，且待定点到基站的距离分别为Ra、Rb、Rc，距离Ri由公式计算得出（pl0表示基站发射的信号强度，pli为终端接收到i基站的信号强度，k为林区环境下的修正因子）。根据以下公式计算出待测点的地面无线定位坐标(X,Y)：可选的，所述惯性导航定位坐标的获取方式如下：惯性导航定位数据的获取方式如下：假定惯性导航定位模块获取的相对坐标为(ΔX,ΔY)，当前时刻的惯性导航定位坐标为(XI,YI)，上一时刻的已知定位坐标为(Xq,Yq)，则：XI＝Xq+ΔXYI＝Yq+ΔY。可选的，将地面无线定位坐标或惯性到导航定位坐标与参考坐标进行融合的方式如下：假设参考坐标为(XS,YS)，地面无线定位坐标或惯性导航定位坐标为(ΔXL,ΔYL)，待测点的精确坐标为(X,Y)，则：X＝λΔXL+XSY＝λΔYL+YS其中，λ为由地面定位数据坐标系统到卫星定位数据坐标系统的转换系数。可选的，所述GPS定位模块置于林区架设的无线网络基站相应的定位设备中。本专利技术提出了星-地结合定位在林业应用的技术方案，通过无线网络辅助定位、惯性导航等技术辅助定位林业的待测点，提高了定位的精度，克服了现有林区定位中存在的信号差、定位精度低等问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一个实施例的适用林区的星-地结合定位的技术方案框架图；图2是本专利技术一个实施例的无线网络辅助GPS技术工作示意图；图3为本专利技术一个实施例的无线网络基站定位图；图4为本专利技术一个实施例的惯性导航与GPS导航组合原理图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。卫星定位技术在林业应用上表现出的定位精度低、信号干扰等问题早就引起了我国众多学者的关注，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用林区的星-地结合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：针对静止目标的测定，将支持无线网络定位的手持定位设备置于林区的静止目标待测点，根据手持定位设备所接收的不少于3个无线网络基站发送的射频信号，根据信号强度及林区修正因子得到待测点与无线网络基站的距离，从而计算出待测点与3个无线网络基站的相对坐标；或针对移动目标的测定，支持惯性导航定位的定位设备首先选择适当的定位方式获取某一时刻的定位坐标，然后惯性导航定位模块以该时刻为起始，根据所获取的方向、加速度信息通过自动积分运算得到与该时刻的相对坐标，并以此推算当前的定位坐标；在运动定位过程中，根据应用林区的环境情况，利用终端的GPS定位模块或者其他定位方式，不定时对其进行一次定位坐标的校正；将GPS定位模块置于无线网络基站，根据GPS定位模块接收的卫星信号进行定位得到无线网络基站的参考坐标；在定位服务器端，将时间同步后的地面无线定位坐标或惯性导航定位坐标与参考坐标进行融合，得到待测点的实际定位坐标；其中，所述地面无线定位坐标的获取方式如下：假设待定点的地面无线定位坐标为(X,Y)，所选择的三个无线网络基站坐标分别为(Xa,Ya)、(Xb,Yb)、(Xc,Yc)，且待定点到基站的距离分别为Ra、Rb、Rc，距离Ri由公式计算得出，i＝a,b,c，pl0表示基站发射的信号强度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，于新文，张雪芹，马琰，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院资源信息研究所，
类型：发明
国别省市：