CN101571582B - 通过使用倾角传感器的测量设备所得的位置测量结果 - Google Patents

Abstract

一种测量装置包括接收定位信号的天线。测量装置进一步包括倾角传感器，以获得指示测量装置的倾斜度的倾角测量结果。测量装置进一步包括处理器，以从定位信号获得定位测量结果，并根据倾角测量结果确定定位测量结果的精确度。

Description

通过使用倾角传感器的测量设备所得的位置测量结果

技术领域

本发明的实施方式涉及测量(surveying)，尤其是涉及提高通过使用倾角传感器的测量设备获得的位置测量结果的精确性。

背景技术

当前的测量技术涉及位于已知点的参考天线/接收器和带着流动天线/接收器或“GPS全站仪”走动的单个操作员。操作员停在不同的未知点上，以使用在地平线之上的最少数量的卫星所发射的信号来将位置信息记录在数据收集器中。卫星位置从地球上被精密地监测，并充当参考点，在野外的天线/接收器能够从这些参考点确定位置信息。通过测量从若干个卫星发射的信号的传播时间，接收器能够确定从卫星到天线相位中心的相应的距离，并接着通过对一组联立方程求解来确定天线的位置。流动天线被架设在操作员握着的测距标杆的顶上，虽然流动天线不必在参考天线的视域内。确定从参考场地到流动器(rover)的矢量或基线。

测量员需要流动天线之下(或传统程序中的棱镜之下)的地面点的位置测量，而不是天线本身的位置。例如，当界定住宅开发区时，需要的是地面点位置。然而，由于信号反射和卫星阻碍效应，通常不可能将天线直接放置在地面点上，且必须通常对在测距标杆上的天线高度进行单独测量。测距标杆也必须在短时间内垂直定向在地面点上。经验表明，由放置和定向标杆的测量员产生的手工错误是基于卫星的测量技术中最普遍的误差源。标杆与地面点上的垂直线偏离特别重要。

为了减少传统测量中的这些误差并提高测量结果的可靠性，两个棱镜有时沿着测距标杆放置，以便朝着地面点的矢量可由经纬仪确定。测距标杆必须在适当的时间长度内一直由第二个操作员稳定地握着，而此过程不是特别方便。在使用基于卫星的技术的类似的方式中使用两个天线也是可能的，但不方便。替代地，大多数测距标杆目前包括水平仪设备或“圆水准器(bullseye bubble)”来为测量员提供对垂直性的视觉检查。这些仪器在野外易受到损坏，且在通常的工作期间所测量的全部几十个或可能几百个点的过程中，测量员不一定都对垂直性小心谨慎。

一些流动标杆包括电子倾角传感器和罗盘来确定在流动标杆的端部处的位置，而不管标杆的方位如何。这样的流动标杆使用倾角、方位角和位置测量来使用三角法确定所关心的点的位置。然而，罗盘(包括磁通量闸门罗盘)和用于检查方位角的其它设备通常不够准确来以这样的方式以高置信度确定位置(例如，罗盘读数常常被建筑场地上存在的本地机器或交通工具引起偏差)。而且，这样的设备价格太高。

附图说明

本发明作为例子而不是作为限制被示出，并当结合附图考虑时可参考下列详细描述更充分地被理解，其中：

图1示出根据本发明的实施方式可用于执行测量工作的示例性测量装置；

图2示出根据本发明的一个实施方式的测量系统；

图3是示出根据本发明的一个实施方式的测量装置的方框图；

图4A是示出用于确定被测量的点的准确位置的过程的一个实施方式的流程图；

图4B是示出用于确定被测量的点的准确位置的过程的另一实施方式的流程图；

图5是示出用于确定被测量的点的准确位置的过程的又一实施方式的流程图；以及

图6示出根据本发明的一个实施方式以计算机系统的示例性形式的机器的图形表示。

具体实施方式

这里描述的是用于测量的方法和系统。在一个实施方式中，获得了指示测量设备的位置的多个全球导航卫星系统(GNSS)定位测量结果。也获得了指示测量设备的倾斜度的多个倾角测量结果。每个倾角测量结果可与定位测量结果之一相关。倾角测量结果可用于确定定位测量结果的精确度。在一个实施方式中，定位测量结果组被获得，且加权因子根据相关的倾角测量结果应用于每组定位测量结果。加权因子可代表倾斜度引起的误差的量。在另一实施方式中，根据定位测量结果的相应倾角测量结果来对于是否接受或拒绝每个定位测量结果进行确定。使用定位测量结果(例如，被接受的定位测量结果)和/或加权因子来计算位置结果。因此，倾角测量结果可用于提高位置结果的精确性，而不检测方位角或倾斜方向。

如这里使用的，术语“测量”包括但不限于地形、大地测量、细节、监视、场地检查、边界和本地控制工作。本发明可能在所有这样的测量方面以及在涉及使用测量标杆或等效设备进行测量的操作员的任何其它工作中是有用的。本发明的实施方式可能对适合于测量工作的任何远程定位系统是有用的，而不管是基于卫星的(例如全球定位系统(GPS)、全球轨道导航系统(GLONASS)、Galileo、COMPASS等)还是基于陆地的(例如模拟卫星的配置的无线导航系统)。

本发明的实施方式可使用各种各样的测量相关的装置和软件来实现。本发明的实施方式包括不同的过程，这些过程可由特别设计的硬件部件实现或可由执行机器可执行指令的可编程硬件设备实现。可选地，这些过程可通过这些方法的组合来执行。

图1示出根据本发明的实施方式可用于执行测量工作的示例性测量装置100，例如全球定位系统(GPS)全站仪。示例性测量装置100包括测量标杆165(也称为测距标杆或流动标杆)，其具有安装在第一端处的全球导航卫星系统(GNSS)天线160。GNSS天线160从卫星系统的多个卫星接收定位信号(例如，包括定位信息的射频信号)，并向它所连接的GNSS接收器140发送这些定位信号。

GNSS接收器140可连接到GNSS天线160和/或测量标杆165，或可与GNSS天线160和/或测量标杆165分开。在所示实施方式中，GNSS接收器140被携带在背囊150中。可选地，GNSS接收器140可连接到手持式测量控制器180(也称为现场控制单元)或另一便携式设备。

GNSS接收器140接收GNSS天线160所接收的定位信号，并从其获得定位测量结果。定位信号可按组接收，其中组中的每个定位信号相应于时间中的相同点。此外，组中的每个定位信号可来自不同的卫星。定位测量结果(另外称为距离测量)通过从定位信号检测(例如解调或跟踪)定位测量来获得。定位测量结果可包括伪随机数(PRN)代码测量和/或载波相位测量。在一个实施方式中，GNSS接收器140执行对定位信号的详细分析，以确定天线的位置数据或实际位置坐标。可选地，GNSS接收器140可储存定位测量结果，用于以后的分析(例如，通过存在于另一设备例如服务器或个人计算机上的定位软件)。

在一个实施方式中，倾角传感器167连接到测量标杆165(例如连接到其外部，或嵌入其内部)。可选地，倾角传感器167可连接到GNSS天线160，与GNSS接收器140集成(例如，在GNSS接收器140连接到测量标杆165之处)，等等。倾角传感器167可为电子倾角传感器，例如加速计(如微电子机械系统(MEMS)加速计)、陀螺仪等。倾角传感器167测量测量标杆165和/或GNSS天线160的倾斜度。通常，待测量的点的位置位于测量标杆165的接触端166。然而，GNSS天线160通常位于测量标杆165的相对端。因此，定位测量结果通常在测量标杆165被垂直定位(具有零倾角)时最精确。

手持式测量控制器180可连接到GNSS接收器140，并可连接到背囊150、测量标杆165，且装在腰包中，等等。测量控制器180通常具有小键盘或其它输入设备以及显示器，测量员可通过小键盘或其它输入设备输入属性信息和命令，测量结果例如实际坐标、被测量的倾角和质量统计数据或有关的信息项显示在显示器上。测量控制器180提供方便的接口，操作员通过该接口可控制GNSS接收器140，储存位置信息，确定测量标杆165的倾角等。测量控制器180还可提供指示来引导用户通过测量程序的各个方面。在一个实施方式中，测量控制器180包括执行对数据的收集、分析和/或储存的控制。

使天线定位信号能够被记录、定位测量结果可被检测以及实际地面点位置被确定的逻辑(例如硬件和/或软件)可安装在测量控制器180、接收器140或其组合中。用于准确地确定位置的技术可涉及运动测量(其中GNSS天线160自由移动且被确定的位置是移动的)或静态测量(其中GNSS天线150是静态的且单个位置被确定)。在一个实施方式中，逻辑根据由倾角传感器167检测的测量标杆165和/或GNSS天线160的倾角来接受或拒绝定位测量结果。被接受的定位测量结果可接着用于准确地确定地点的中间位置结果，中间位置结果又可用于计算最终位置结果。在另一实施方式中，逻辑根据所检测的倾角为每个中间位置结果(例如，为用于计算中间位置结果的每组定位测量结果)计算加权因子。加权因子可接着应用于定位测量结果，以更准确地确定地点的最终位置结果。参考图3更详细地讨论这样的技术和用于实现这样的技术的逻辑。

返回到图1，在所示实施方式中，GNSS天线160、GNSS接收器140和手持式测量控制器180设置为测量装置100的通过适当的电缆连接在一起的分离的部件。可选地，GNSS天线160、GNSS接收器140和手持式测量控制器180中的一个或多个可无线地连接(例如，使用无线保真(WiFi)、蓝牙等)。在其它实施方式中，GNSS天线160、GNSS接收器140和/或手持式测量控制器180合并成一个或多个设备。例如，GNSS接收器140可包括在GNSS天线160的外壳内或测量控制器180内(例如，被内置，或通过插入式设备例如个人计算机存储卡国际协会(PCMCIA)卡添加)。

测量标杆165的接触端166可放置在待测量的未知地面点上。在一个实施方式中，测量标杆的长度可根据地面点的性质变化。例如，标杆可被缩短以将接触点166放置在围栏柱的顶部上，或在有障碍物的情况下标杆缩短延长以将天线160明显地放置在测量员头部之上，否则将使测量变得困难。卫星距离测量确定天线位置，且更具体地，确定天线外壳161内相位中心的位置，而不是直接确定地面点的位置。接着计算相位中心和接触端166之间的距离以确定应用于定位测量结果的偏移。这样的距离可为固定的或可变的，并可自动应用于定位测量结果，或由测量员手工输入。该距离通常从天线高度减去，以确定真实的地面点坐标。根据本发明的实施方式，通过操纵标杆和处理作为结果的数据可消除或至少减少可产生的与测量标杆的垂直性有关的误差。

在一个实施方式中，在测量期间，背囊150和测量标杆165从一个地点被运送到另一地点，且标杆的接触端166放置在一个或多个未知地面点上。标杆尽可能在地面点上接近垂直地定位，以便天线160的位置的测量结果如上面提到通过从高度坐标简单地减去标杆长度而转换成地面点的测量结果。测量员可使用测量控制器上的小键盘来发起定位测量，并优选地保持测量标杆165不动，直到测量控制器180指示已获得足够的准确性。数据可最终从GNSS接收器140和/或测量控制器180下载到另一计算机，用于按需要后置处理、进一步的分析或映射。

还应记住，分析和储存的功能可用各种方式分布在接收器140、控制器180和/或远程设备之间。测量的实时分析可全部发生在GNSS接收器140内，最终位置结果存储在测量控制器180中。可选地，GNSS接收器140可输出一系列定位测量和/或中间位置结果，这些结果接着被测量控制器180处理。GNSS接收器140也可分析和储存中间和/或最终位置结果，测量控制器180只给操作员提供接口。

具有天线177的移动无线电收发器170可连接到GNSS接收器140来实现与一个或多个基站(未示出)的通信。移动无线电收发器170可与固定的基站和/或移动的基站交换信息。移动的收发器170还可与虚拟基站或“参考”站交换信息，虚拟基站或“参考”站可被基站网络合成(称为虚拟参考站(VRS^TM)系统)。这样的连接可在测量装置100和基站之间提供同步或非同步测量。这使位置数据的实时处理能够被执行。

在一个实施方式中，无线电收发器170包括便携式电话(未示出)，其使用移动电话通信标准(例如，全球移动系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、时分多址接入(TDMA)、码分多址接入(CDMA)等)来发送和接收位置信息。在另一实施方式中，无线电收发器170使用卫星无线电链接进行通信。无线电收发器170还可使用其它通信标准来无线地通信。

图2示出根据本发明的一个实施方式的测量系统200。在所示的实施方式中，测量员205被显示为处在放置测量标杆165以测量地面区域200中的点210的位置的过程中。四颗卫星230还可显示为远程定位系统的部分，该远程定位系统优选地，虽然不是必须地，是基于卫星的系统，例如上面提到的GPS。在一个实施方式中，至少四颗卫星必须通常出现在地平线之上的某个地方，且处于适当的相对位置，以获得GNSS天线160的精确的中间位置结果。从每个卫星可获得单独的定位测量结果，且这组定位测量结果可合并以确定中间位置结果。多个中间位置结果可合并以确定最终位置结果。

测量员205被显示为观察测量控制器180或类似设备上的显示器，其可指示GNSS天线160的位置。不管测量结果是被接受还是被拒绝，测量控制器180还可指示测量的精确性、将应用于测量的加权因子、中间位置结果、最终位置结果等。测量员205通常试图使标杆定向为天线相位中心240直接位于地面点210上，而没有从垂直线偏离。当计算地面点210的高度时，相位中心240和标杆的接触端166之间的距离接着从天线位置减去，在一个实施方式中，这是通过测量控制器180或GNSS接收器140中的软件进行的。然而，在图2所示的时刻，测量标杆165处于偏离垂直线几度的角度。在此刻记录的定位测量结果或一组定位测量结果将点210的位置不正确地指示为点230的位置，点230水平移动了几厘米且比预期点210低。该角度可使定位测量结果被拒绝，并可使小加权因子被应用于定位测量结果，如下所述。当将从定位测量结果确定的中间位置结果与其它中间位置结果合并以确定最终位置结果时，加权因子可降低该中间位置结果的重要性。

图3是示出根据本发明的一个实施方式的测量装置300的方框图。在一个实施方式中，测量装置300相应于图1的测量装置100。在一个实施方式中，测量装置300包括GNSS天线360和与GNSS接收器340连接的测量控制器380。GNSS天线360接收定位信号，并将其传递到GNSS接收器340。GNSS接收器340可接着从定位信号检测定位测量结果和/或确定位置结果。在一个实施方式中，定位测量和/或位置结果由实时动态(RTK)引擎330确定。RTK引擎330可应用静态测量解决方案(其中假定测量标杆在测量期间保持稳定)或非静态测量解决方案(其中对测量标杆是否保持稳定不进行假定)。一旦检测到定位测量结果，它们就在缓冲器315中被临时存储。

电子倾角传感器367连接到缓冲器315和/或测量控制器180。在一个实施方式中，电子倾角传感器367获得倾角测量结果，并将其临时存储在缓冲器315中。每个倾角测量结果和定位测量结果可包括识别何时获得该测量的时间戳。因而，具有相同时间戳的倾角测量结果和定位测量结果可彼此关联。例如，具有相同时间戳的多个定位测量结果可关联，以形成一组定位测量结果，且该组可与倾角测量结果关联。可选地，倾角测量结果可与定位测量结果关联，而不使用时间戳。例如，可使用先进先出技术，以便第一倾角测量结果与第一定位测量结果(或一组定位测量结果)关联，第二倾角测量结果与第二定位测量结果，依此类推。可选地，倾角和定位测量结果可一起储存在数据库中，作为数据/元数据彼此关联，或以某种其它方法进行逻辑连接。每组定位测量结果一旦被处理，就可表示中间位置结果。当进一步处理时，中间位置结果可用于确定最终位置结果。

在一个实施方式中，测量质量确定器(measurement qualitydeterminer)320与缓冲器315、GNSS接收器340和测量控制器380连接。测量质量确定器320使用倾角测量结果来确定所关联的定位测量结果的精确度，因而确定基于定位测量结果的中间位置结果的精确度。

在一个实施方式中，测量质量确定器320比较每个倾角测量结果与倾角阈值。如果倾角测量结果等于或超过倾角阈值，则在一个实施方式中，测量质量确定器320拒绝所关联的定位测量结果。如果倾角测量结果小于倾角阈值，则测量质量确定器320接受所关联的定位测量结果。被接受的定位测量结果接着传递到GNSS接收器340，并可用于确定最终位置结果。这样，与超过倾角阈值的倾角测量结果关联的定位测量结果可被筛选出来。

数据点       1    2    3    4    5    未经筛选的结果

中间位置结果 9    10   11   12   17   11.8

倾角测量结果 3    1    0    1    4    ----

接受/拒绝    拒绝 接受 接受 接受 拒绝 筛选的结果

经筛选的数据 0    10   11   12   0    11.0

表1：筛选的定位测量结果

表1示出用于计算最终位置结果的示例性中间位置结果。中间位置结果可表示3维位置坐标(例如，在大地测量参考系中的经度、纬度和高度或以地球为中心地球固定的参考系中的x、y、z)。中间位置结果也可表示2维位置坐标(例如，经度和纬度)。为了简洁起见，在表1中使用的示例性中间位置结果(以及下面在表2和表3中使用的那些)以简化的格式作为单值被提供，该单值可表示2维或3维位置坐标的单个分量。在本例中，2度的倾角阈值被应用到中间位置结果。因此，与2度或更大的倾角测量结果关联的中间位置结果被拒绝，而与小于2度的倾角测量结果关联的中间位置结果被接受。为了简单起见，该例子使用测量的完整单位(例如，1度而不是1.235度)。

在本例中，被测量地点的实际位置是11。该例子包括由已测量该地点的测量装置获得的5个数据点。每个数据点都与从一组定位测量结果确定的中间位置结果关联。每个数据点也与倾角测量结果关联，倾角测量结果用于确定是否接受还是拒绝中间位置结果。数据点1和5与超过倾角阈值的倾角测量结果关联，因而被拒绝。数据点2-4与小于倾角阈值的倾角测量结果关联，因而被接受。

未经筛选的位置结果显示的是在计算中使用所有数据点的情况下被计算出的最终位置结果。未经筛选的结果通过对中间位置结果值求和并除以数据点的数量来计算，并导致11.8的值。被筛选的位置结果通过对被接受的中间位置结果值求和并除以被接受的数据点的数量来计算，并导致11的值。在拒绝了与超过倾角阈值的倾角测量结果关联的中间位置结果之后计算出的最终位置结果一般比没有应用倾角阈值的最终位置结果更精确。在最坏的情况下，应用这样的倾角阈值的最终位置结果不会比没有应用倾角阈值的最终位置结果更差。

参考图3，在另一实施方式中，测量质量确定器320根据关联的倾角测量结果确定加权因子，以应用于每组定位测量结果。在进一步的实施方式中，加权因子基于倾斜度，且不依赖于倾斜的方向。如果倾角是“随机的”而不是在任何方向上的偏离，则加权因子可提供最佳结果。这样的“随机”条件可在用户试图保持测量标杆垂直时发生。

在一个实施方式中，为了根据倾角测量结果确定加权因子，测量质量确定器320可比较倾角测量结果与多个倾角阈值，每个倾角阈值都与不同的加权因子关联。适当的加权因子可根据该加权因子的关联的倾角阈值而应用于一组定位测量结果。例如，测量质量确定器320可包括4个倾角阈值，包括1度阈值、2度阈值、3度阈值和4度阈值。1度倾角阈值可与加权因子0.9关联，2度倾角阈值可与加权因子0.8关联，依此类推。因此，具有较小的倾斜度的测量可被加权得更重(例如，与更大的加权因子关联)，用于计算最终位置结果。

在一个实施方式中，测量质量确定器320计算每个定位测量结果的加权因子。可选地，测量质量确定器320计算每组定位测量结果的加权因子。一组定位测量结果可包括在时间中的相同点所获得的所有定位测量结果(例如，共享时间戳的那些定位测量结果)。在组中的每个定位测量结果可从不同的卫星获得。加权因子的计算可使用线性算法、指数算法、对数算法、更复杂的多项式算法等。不管所使用的特定算法如何，当倾斜度增加时，计算出的加权因子减小。因此，与较大的倾斜度关联的定位测量结果将对最终位置结果有较小的影响。

一旦对定位测量结果或一组定位测量结果确定了加权因子，则加权因子和定位测量结果就可被发送到GNSS接收器340和/或RTK引擎330。在一个实施方式中，GNSS接收器340可接着使用定位测量结果(例如，定位测量结果组)来确定中间位置结果，中间位置结果可与关联的加权因子一起使用来确定最终位置结果。在一个实施方式中，GNSS接收器340将定位测量结果和加权因子转发到RTK引擎330，用于计算中间位置结果和最终位置结果。在另一实施方式中，GNSS接收器340可被绕过，且测量质量确定器320将定位测量结果和/或加权因子直接转发到RTK引擎330。

                                     未加权的

数据点     1   2   3   4   5   总和  结果

中间位置结

           9   10  11  12  13  55    11

果

倾角测量结

           1   0   1   2   3   ----  ----

果

                                    加权的结

加权       0.8 1.0 0.8 0.5 0.3 3.4

                                    果

加权的数据 7.2 10  8.8 6   3.9 35.9 10.56

表2：加权的定位测量结果

表2示出用于计算最终位置测量结果的示例性中间位置结果。在本例中，不同的加权因子基于关联的倾角测量结果应用于每个中间位置结果，该倾角测量结果可用角度、弧度等表示。加权因子1.0应用于与倾角测量结果0关联的那些中间位置结果。加权因子0.8应用于与倾角测量结果1关联的那些中间位置结果。加权因子0.5应用于与倾角测量结果2关联的那些中间位置结果。最后，加权因子0.3应用于与倾角测量结果3关联的那些中间位置结果。

在本例中，被测量的地点的实际位置是10。本例包括由已测量该地点的测量装置得到的5个数据点。每个数据点都与从一组定位测量结果确定的中间位置结果关联。每个数据点也与倾角测量结果关联，倾角测量结果用于确定加权因子以应用于中间位置结果。数据点1与倾角测量结果1关联，因而加权因子0.8应用于数据点1来产生加权值7.2。数据点2与倾角测量结果0关联，因而加权因子1.0应用于数据点2来产生加权值10。数据点3与倾角测量结果1关联，因而加权因子0.8应用于数据点3来产生加权值8.8。数据点4与倾角测量结果2关联，因而加权因子0.5应用于数据点4来产生加权值6。最后，数据点5与倾角测量结果3关联，因而加权因子0.3应用于数据点5来产生加权值3.9。

未加权的位置结果显示的是在计算中没有使用加权因子的情况下被计算出的最终位置结果。未加权的结果通过对中间位置结果值求和并除以数据点的数量来计算，并导致11的值。加权的位置结果通过用加权数据的和除以被应用的加权因子的和来计算，并导致10.56的值(其比未加权结果更接近于真实值10)。使用加权因子计算出的最终位置结果一般将比没有应用加权因子的最终位置结果更精确。在最坏的情况下，应用加权因子的最终位置结果不会比没有应用加权因子的最终位置结果更不精确。

参考图3，在一个实施方式中，测量质量确定器320确定加权因子，将加权因子应用于与低于倾角阈值的倾角测量结果关联的定位测量结果(例如，定位测量结果组)，并拒绝与超过倾角阈值的倾角测量结果关联的定位测量结果。例如，加权因子可对与小于10度的倾角测量结果关联的所有定位测量结果确定。这样的定位测量结果及其关联的加权因子可被转发到GNSS接收器340和/或RTK引擎330。同时，与大于或等于10度的倾角测量结果关联的定位测量结果可被拒绝，并且不转发到GNSS接收器340或RTK引擎330。在另一实施方式中，加权因子可应用于在某个范围内的测量结果，例如在2和10度之间。在本例中，没有加权应用于具有小于2度的倾角的测量结果，且与大于10度的倾角关联的测量结果被丢弃。

                                                  未加权的

数据点     1     2     3     4     5     总和     结果

中间位置结

           17    10    11    12    13     63      12.6

果

倾角测量结

           4     1     0     1     2      ----    ----

果

                                                  加权的结

加权       0     0.5   1.0   0.5   0.25   2.25

                                                  果

加权的数据 0     5     11    6     3.25   25.25   11.22

表3：加权的定位测量结果

表3示出用于计算最终位置测量结果的示例性中间位置结果。在本例中，不同的加权因子基于关联的倾角测量结果应用于每个中间位置结果。加权因子1.0应用于与倾角测量结果0关联的那些中间位置结果。加权因子0.5应用于与倾角测量结果1关联的那些中间位置结果。加权因子0.25应用于与倾角测量结果2关联的那些中间位置结果。最后，与倾角测量结果3或更大的倾角测量结果关联的那些中间位置结果被拒绝(加权因子0应用于其)。

在本例中，被测量的地点的实际位置是11。本例包括由已测量该地点的测量装置得到的5个数据点。数据点1与倾角测量结果4关联，因而加权因子0应用于数据点1，从而拒绝该数据点。数据点2与倾角测量结果1关联，因而加权因子0.5应用于数据点2来产生加权值5。数据点3与倾角测量结果0关联，因而加权因子1.0应用于数据点3来产生加权值11。数据点4与倾角测量结果1关联，因而加权因子0.5应用于数据点4来产生加权值6。最后，数据点5与倾角测量结果2关联，因而加权因子0.25应用于数据点5来产生加权值3.25。

未加权的位置结果具有值12.6。加权的位置结果通过用加权数据的和除以被应用的加权因子的和来计算，并导致值11.22。如本例中所示的，将加权因子和倾角阈值的组合应用于位置测量结果可提高最终位置结果的精确性。

再次参考图3，当从测量质量确定器320接收到定位测量结果和/或加权因子时，中间位置结果可由GNSS接收器340和/或RTK引擎330计算。最终位置结果可根据使用加权因子(例如，如表2和表3所示)的最终位置测量结果的加权平均值或通过使用其它统计加权技术来计算。

当获得更多的定位测量结果(和加权因子)时，可计算更多的中间位置结果，且所计算出的最终位置结果可在精确性上增加。在一个实施方式中，直到计算出具有指定的精确性的最终位置结果才获得定位测量结果。精确度可由用户通过测量控制器180指定，或通过测量控制器180、GNSS接收器140或RTK引擎330自动选择。在一些实例中，对最终位置结果达到指定的精确度可能是不可能的(例如，如果可用卫星的几何关系差，用户不能保持测量标杆稳定，等等)。在其它实例中，用户可在最终位置结果被计算出之后确定需要较高的精确度。在任一情况下，在一个实施方式中可更改指定的精确度。在其它实施方式中，直到获得指定数量的定位测量结果、可确定指定数量的中间位置结果和/或直到指定的时间段到时间，才获得定位测量结果。在另一实施方式中，直到随后的测量结果组不再提高所计算出的位置结果的精确度，才获得定位测量结果。

如果指定的精确度被更改，则临时储存的倾角测量结果和定位测量结果由测量质量确定器320重新评估。在一个实施方式中，测量质量确定器320可对临时储存的定位测量结果应用新的倾角阈值和/或确定新的加权因子。GNSS接收器340和/或RTK引擎330可接着根据被接受的定位测量结果和/或新的加权因子来计算新的中间位置结果和/或新的最终位置结果。在一个实施方式中，甚至“被丢弃的”测量也保持在缓冲器中，直到用户接受所计算出的最终位置结果为止。

在一个实施方式中，电子倾角传感器367、测量质量确定器320和GNSS接收器340与测量控制器380连接。连接可为永久的、暂时的、偶发的、有线或无线连接。测量控制器380包括用户接口340和一个或多个反馈指示器345(例如，触觉的、音频的、视觉的等)。如果检测到一个或多个条件，则反馈指示器345可提供用户反馈。例如，当定位测量结果被测量质量确定器320拒绝时，反馈指示器345可通知用户。

用户接口340可包括显示器和一个或多个输入(例如，触摸屏)。用户接口340允许用户向测量装置300提供命令或以其他方式与测量装置300进行交互作用。例如，测量员可通过用户接口340指示位置结果的所需的精确度。用户接口340也可显示当前位置结果、当前位置结果的精确性、当前倾角测量结果等。

在一个实施方式中，测量质量确定器320、GNSS接收器340、RTK引擎330和测量控制器380中的每个包括由微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其它专用处理单元执行的硬件逻辑。测量质量确定器320、GNSS接收器340、RTK引擎330和/或测量控制器380可由单个硬件逻辑执行，或它们每个可由分离的硬件逻辑执行。可选地，测量质量确定器320、GNSS接收器340、RTK引擎330和测量控制器380中的一个或多个可实现为一系列状态机(例如，知道如何执行一序列操作的内部逻辑)、逻辑电路(例如，在时间上经历一序列事件的逻辑、或当输入变化时输出立即变化的逻辑[即，时序逻辑或组合逻辑])，或状态机和逻辑电路的组合。

在所示实施方式中，GNSS接收器340、RTK引擎330和测量质量确定器320每个都包括在处理器375中。在另一实施方式中，处理器375可包括例如GNSS接收器340和RTK引擎330。在一个实施方式中，RTK引擎330、GNSS接收器340和测量质量确定器320中的一个或多个可包括在分离的处理器(未示出)中。处理器375(和/或额外的处理器)可包括如上所述的专用硬件逻辑。处理器375(和/或额外的处理器)还可包括除了专用硬件逻辑或代替专用硬件逻辑的一个或多个通用处理设备。这样的通用处理设备可包括微处理器、中央处理单元、复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、或实现其它指令集的处理器、或实现指令集的组合的处理器。

图4A是示出用于确定被测量的点的精确位置的过程400的一个实施方式的流程图。该过程可由包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微码等)、软件(例如，在处理设备上运行以执行硬件模拟的指令)或其组合的处理逻辑执行。在一个实施方式中，过程400由图3的测量装置300执行。过程400的一些部分可由测量控制器380和/或GNSS接收器340中的逻辑实现，如图3所示。一些部分也可由服务器、个人计算机或其它计算设备中的逻辑在测量数据的后置处理期间实现(远离被测量的地点)。根据本发明的某些实施方式，测量装置300在执行过程400之前建立与一个或多个基站或VRS网络的通信链接。在进一步的实施方式中，过程400在处理逻辑接收到开始进行测量(例如，通过测量控制器380)的命令时开始。

参考图4A，过程400包括接收命令以开始获得定位测量结果的处理逻辑(块405)。在块410，获得一组定位测量结果。组中的每个定位测量结果可来自不同的卫星。获得定位测量结果可包括通过GNSS天线160从一个或多个卫星接收定位信号，并检测定位信号来通过GNSS接收器140获得定位测量结果。在块415，获得与所述组的定位测量结果关联的倾角测量结果。倾角测量结果可根据时间戳、根据接收的顺序、根据其它标准与定位测量结果关联。在块420，定位测量结果和倾角测量结果被临时储存。

在块425，处理逻辑确定倾角测量结果是否大于倾角阈值(例如，3度、10度等)。如果倾角测量结果大于倾角阈值，过程继续前进到块435。如果倾角测量结果低于倾角阈值，则过程继续到块430。

在块435，与倾角测量结果关联的所述组的定位测量结果被拒绝。这提供了对所获得的定位测量结果的质量控制。例如，可拒绝具有低于特定的限制的精确度的那些定位测量结果。在块438，提供指示定位测量结果被拒绝的反馈。反馈可包括触觉反馈(例如振动)、音频反馈(例如蜂鸣声、嗡嗡声、警告消息等)和/或视觉反馈(例如，强光或闪光、文字等)。这样的反馈可提醒用户调节测量装置来获得垂直定位。过程接着继续到块410，以获得额外组的定位测量结果。

如果在块425，倾角测量结果在可接受的范围内，则过程继续到块430。在块430，所述组的定位测量结果被接受。在块440，从所述组的定位测量结果计算中间位置结果。最终位置结果可接着从所有确定的中间位置结果计算出来。

在块445，处理逻辑确定是否获得额外的定位测量结果。通常，随着获得更多的定位测量结果，可确定更多的中间位置结果，且获得最终位置结果的较大的精确度。在一个实施方式中，如果当前所计算出的最终位置结果不满足指定的精确度，则处理逻辑继续获得定位测量结果。可选地，如果没有到指定的时间限制，如果还没有获得指定数量的定位测量结果等，则可获得额外的定位测量结果。如果要获得额外的定位测量结果，则过程返回块410。否则，过程结束。

图4B是示出用于确定被测量的点的精确位置的过程450的另一实施方式的流程图。该过程可由包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微码等)、软件(例如，在处理设备上运行以执行硬件模拟的指令)或其组合的处理逻辑执行。在一个实施方式中，过程450由图3的测量装置300执行。过程450的一些部分可由测量控制器380和/或GNSS接收器340中的逻辑实现。一些部分也可由服务器、个人计算机或其它计算设备中的逻辑在后置处理期间实现(远离被测量的地点)。过程450可在过程400的执行期间或之后的任何时间实现。

参考图4B，过程450包括接收命令以应用新倾角阈值的处理逻辑(块455)。该命令可在过程400的执行期间或之后的任何时间被接收。在块460，处理逻辑确定新的倾角阈值是否大于原来的倾角阈值(比之限制性小)。如果新的倾角阈值大于原来的倾角阈值，则过程继续到块465。否则，过程继续到块470。

在块465，新的倾角阈值与关联于之前被拒绝的定位测量结果的倾角测量结果进行比较。在一个实施方式中，这些倾角测量结果和定位测量结果从缓冲器(例如，图3的缓冲器410)获得。在块475，之前被拒绝的且与小于或等于新的倾角阈值的倾角测量结果关联的那些定位测量结果被接受。过程接着继续到块485。

在块470，新的倾角阈值与关联于之前被接受的定位测量结果的倾角测量结果进行比较。在一个实施方式中，这些倾角测量结果和定位测量结果从缓冲器(例如，图3的缓冲器410)获得。在块480，之前被接受的且与大于新的倾角阈值的倾角测量结果关联的那些定位测量结果被拒绝。过程接着继续到块485。

在块485，处理逻辑确定在执行过程400期间是否接收应用新的倾角阈值的命令。如果在执行过程400期间接收命令，则过程400继续，但使用新的倾角阈值(例如，在块425，倾角测量结果与新的倾角阈值进行比较)。在过程400的块440，处理逻辑可接着使用新地接受的位置测量结果(例如，来自缓冲器的那些位置测量结果)来确定新的中间位置结果并计算最终位置结果。在一个实施方式中，过程继续到块445，以确定是否根据变化需要获得额外的测量结果。如果在执行过程400期间没有接收命令，则过程400继续到块490。在块490，使用被接受的定位测量结果来重新计算中间位置结果和最终位置结果。过程接着结束。

图5是示出用于确定被测量的点的精确位置的过程500的又一实施方式的流程图。该过程可由包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微码等)、软件(例如，在处理设备上运行以执行硬件模拟的指令)或其组合的处理逻辑执行。在一个实施方式中，过程500由图3的测量装置300执行。过程500的一些部分可由测量控制器380和/或GNSS接收器340中的逻辑实现。一些部分也可由服务器、个人计算机或其它计算设备中的逻辑在后置处理期间实现(远离被测量的地点)。根据本发明的某些实施方式，测量装置300在执行过程500之前建立与基站的无线链接(或其它通信链接)。在进一步的实施方式中，过程500在处理逻辑接收开始进行测量(例如，通过测量控制器380)的命令时开始。

参考图5，过程500包括接收命令以开始获得定位测量结果的处理逻辑(块505)。在块510，获得定位测量结果。获得定位测量结果可包括通过GNSS天线160从一个或多个卫星接收一组定位信号，并检测所述组的定位信号来通过GNSS接收器140获得一组定位测量结果。在块515，获得与所述组的定位测量结果关联的倾角测量结果。倾角测量结果可根据时间戳、根据接收的顺序、根据其它标准与定位测量结果关联。在块520，定位测量结果和倾角测量结果被临时储存。

在块525，处理逻辑确定加权因子以应用于所述组的定位测量结果。在一个实施方式中，加权因子在1和0.1之间(例如，0.9、0.75等)。加权因子可根据关联的倾角测量结果确定。在一个实施方式中，关联的倾角测量结果与多个倾角阈值进行比较，每个倾角阈值与不同的加权因子关联。与最接近于倾角测量结果的倾角阈值关联的加权因子可应用于关联的所述组的定位测量结果。可选地，应用与实际倾角测量结果所落到的范围关联的加权因子。在另一实施方式中，通过将倾角测量结果应用于加权因子算法来计算加权因子。

在块530，所述加权因子应用于所述组的定位测量结果。在一个实施方式中，将加权因子应用于所述组的定位测量结果包括使加权因子与所述组的定位测量结果关联。可选地，将加权因子应用于所述组的定位测量结果可包括使加权因子乘以所述组的定位测量结果，或根据加权因子对所述组的定位测量结果执行另一数学运算。

在块535，使用定位测量结果来计算中间位置结果，且使用中间位置结果、额外的中间位置结果和/或加权因子来计算最终位置结果。通过取中间位置结果的加权平均值(例如，使用加权因子)或通过应用其它加权的统计计算技术可计算出最终位置结果。

在块540，处理逻辑确定是否继续获得定位测量结果。在另一实施方式中，该过程可在开始时确定是否应获得额外的定位测量结果，而不计算实际的中间和/或最终位置结果。例如，在计算之前，可获得通过最小倾角质量一组初始测量结果。如果要获得额外的定位测量结果，则过程返回到块510，且可获得额外组的定位测量结果，可确定额外的中间位置结果，等等。否则，过程结束。

图6示出以计算机系统600的示例性形式的机器的图形表示，在计算机系统600内可执行用于使机器执行这里讨论的一种或多种方法的一组指令。计算机系统600可表示例如图3的GNSS接收器140或测量控制器180。该机器可通过无线电收发器170连接到(例如，联网)到其它机器。虽然只有单个机器被示出，术语“机器”也应被理解为包括机器的任何集合，这些机器单独地或共同地执行一组(或多组)指令，以执行这里讨论的一种或多种方法。

示例性计算机系统600包括可通过总线630彼此通信的处理设备(处理器)602、主存储器604(例如，只读存储器(ROM)、闪存、动态随机存取存储器(DRAM)例如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)等)和静态存储器606(例如，闪存、静态随机存取存储器(SRAM)等)。可选地，处理设备602可直接或通过一些其它连接装置连接到存储器604和/或606。

处理设备602代表一个或多个通用处理设备，例如微处理器、中央处理单元、图形加速器等。更具体地，处理设备602可为复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、或实现其它指令集的处理器、或实现指令集的组合的处理器。处理设备602配置成执行用于执行这里讨论的操作和步骤的处理逻辑626。

计算机系统600可进一步包括接口设备608和/或信号产生设备616。它也可以和可以不包括视频显示单元(例如，液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)、字母数字输入设备(例如小键盘)和/或光标控制设备(例如，触摸屏)。在一个实施方式中，接口设备608包括用于接收命令的语音识别输入和/或控制器。

计算机系统600可以或可以不包括具有机器可访问的存储介质631的二级存储器618(例如，数据存储设备)，体现这里描述的一种或多种方法或功能的一组或多组指令(例如，软件622)储存在机器可访问的存储介质631上。软件622还可在计算机系统600对其执行期间完全或至少部分地驻留在主存储器604内和/或处理设备602内，主存储器604和处理设备602也组成机器可访问的存储介质。

机器可读的存储介质631还可用于存储测量质量确定器(例如，图3的测量质量确定器320)和/或包含调用测量质量确定器的方法的软件库。虽然机器可访问的存储介质631在示例性实施方式中被示为单个介质，术语“机器可访问的存储介质”应被理解为包括储存一组或多组指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或关联的高速缓冲存储器和服务器)。术语“机器可访问的存储介质”还应被理解为包括能够储存、编码或携带这样一组指令的任何介质，这组指令由机器执行并且使该机器执行本发明的一种或多种方法。术语“机器可访问的存储介质”应相应地被理解为包括但不限于固态存储器以及光和磁介质。

应理解，上面的描述被规定为例证性的，而不是限制性的。当阅读和理解上面的描述时，对于本领域的技术人员来说，很多其它实施方式将是明显的。本发明的范围因此应参考所附权利要求连同这样的权利要求被给予权利的等效形式的全部范围来确定。

Claims (21)

1.一种测量装置，包括：天线，其接收定位信号；倾角传感器，其获得指示所述测量装置的倾斜度的倾角测量结果；以及处理器，其从所述定位信号获得定位测量结果，并根据所述倾角测量结果确定所述定位测量结果的精确度；其特征在于：

所述测量装置进一步包括：测量质量确定器，其配置成比较所述倾角测量结果与第一倾角阈值，并且如果所述倾角测量结果指示大于所述第一倾角阈值的倾斜度则拒绝所述定位测量结果。

2.如权利要求1所述的测量装置，进一步包括：

缓冲器，其临时存储多个定位测量结果；以及

测量控制器，其接收命令以应用不同于所述第一倾角阈值的第二倾角阈值；

所述测量质量确定器被配置成，如果所述第二倾角阈值大于所述第一倾角阈值，则对于每个之前被拒绝的定位测量结果，如果所述定位测量结果与具有小于或等于所述第二倾角阈值的倾角测量结果关联则接受所述定位测量结果；

所述测量质量确定器进一步配置成，如果所述第二倾角阈值低于所述第一倾角阈值，则对于每个之前被接受的定位测量结果，如果所述定位测量结果与具有大于所述第二倾角阈值的倾角测量结果关联则拒绝所述定位测量结果。

3.如权利要求1所述的测量装置，进一步包括：

测量质量确定器，其配置成获得多组定位测量结果和相应的倾角测量结果，根据每组定位测量结果的精确性将加权因子应用于所述组的定位测量结果，并根据多组加权的定位测量结果确定位置结果。

4.如权利要求1所述的测量装置，进一步包括：

GNSS接收器，其与所述处理器和所述天线中的至少一个连接，获得至少一组定位测量结果和与所述组的定位测量结果关联的加权因子，并计算位置结果。

5.如权利要求1所述的测量装置，进一步包括：

音频反馈指示器、视觉反馈指示器或触觉反馈指示器中的至少一个，以在获得被拒绝的定位测量结果时向用户提供反馈。

6.一种测量方法，包括：

使用连接到测量标杆的GNSS天线获得多组定位测量结果；

使用连接到所述测量标杆的倾角传感器获得指示所述测量标杆的倾斜度的多个倾角测量结果，其中所述多个倾角测量结果中的每个都与相应一组定位测量结果关联；

根据相应的倾角测量结果确定是否接受或拒绝所述组的定位测量结果中的每个组；以及

使用被接受的组的定位测量结果来计算位置结果。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

对于所述多组定位测量结果中的每个组，比较关联的倾角测量结果与第一倾角阈值；以及

拒绝所述多组定位测量结果中与大于所述倾角阈值的倾角测量结果关联的那些组。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

在缓冲器中临时储存所述多组定位测量结果；

接收命令以应用高于所述第一倾角阈值的第二倾角阈值；

对于之前被拒绝的每组定位测量结果，如果所述组的定位测量结果与具有小于或等于所述第二倾角阈值的值的倾角测量结果关联，则接受所述组的定位测量结果；以及

使用被接受的测量结果重新计算位置结果。

9.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

接收命令以应用低于所述第一倾角阈值的第二倾角阈值；

对于之前被接受的每组定位测量结果，如果所述组的定位测量结果与具有大于所述第二倾角阈值的值的倾角测量结果关联，则拒绝所述组的定位测量结果；以及

使用被接受的测量结果重新计算位置结果。

10.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

当获得一组定位测量结果时，如果所述组的定位测量结果被拒绝，则提供音频、视觉或触觉反馈中的至少一个。

11.一种测量方法，包括：

获得指示测量设备的位置的多组GNSS定位测量结果；

获得指示所述测量设备的倾斜度的多个倾角测量结果，其中所述多个倾角测量结果中的每个都与一组定位测量结果关联；

对于每组定位测量结果，比较所述组的定位测量结果与多个倾角阈值，以确定多个加权因子中的一个与所述组的定位测量结果关联；

对于每组定位测量结果，根据关联的倾角测量结果将所述加权因子应用于所述组的定位测量结果，其中所述加权因子表示由所述倾斜度引起的误差的量；以及

使用所述多组定位测量结果和所述加权因子来计算位置结果。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

对于每组定位测量结果，计算所述加权因子。

13.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

当获得倾角测量结果时，如果所述倾斜度大于倾角阈值则提供音频、视觉或触觉反馈中的至少一个。

14.一种测量系统，包括：测量标杆；GNSS天线，其与所述测量标杆连接，以获得多组定位信号；以及倾角传感器，其与所述测量标杆连接，以获得指示所述测量标杆的倾斜度的多个倾角测量结果；其特征在于，所述测量系统进一步包括：

第一逻辑，其与所述GNSS天线和所述倾角传感器电连接，以从所述多组定位信号获得多组定位测量结果，接收所述多个倾角测量结果，使每组定位测量结果与所述多个倾角测量结果中的一个关联，并根据所关联的倾角测量结果来确定是否接受或拒绝每组定位测量结果；以及

第二逻辑，其与所述第一逻辑连接，以通过使用被接受的组的定位测量结果来计算所述标杆的一端的位置。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述第一逻辑配置成将与每组定位测量结果关联的所述倾角测量结果与第一倾角阈值进行比较，并拒绝所述多组定位测量结果中与大于所述第一倾角阈值的倾角测量结果关联的那些组。

16.如权利要求15所述的系统，进一步包括：

缓冲器，其临时储存所述多组定位测量结果和所述多个倾角测量结果。

17.如权利要求16所述的系统，其中所述第一逻辑配置成，当接收到命令以应用第二倾角阈值时，接受一个或多个之前被拒绝的组的定位测量结果或拒绝一个或多个之前被接受的组的定位测量结果，并重新计算点的位置。

18.如权利要求14所述的系统，进一步包括：

音频反馈指示器、视觉反馈指示器或触觉反馈指示器中的至少一个，以在获得被拒绝的组的定位测量结果时向用户提供反馈。

19.一种地理参考系统，包括：测量标杆；GNSS天线，其与所述测量标杆连接，以获得多组定位信号，并将所述多组定位信号发送到GNSS接收器；以及倾角传感器，其与所述测量标杆连接，以获得指示所述测量标杆的倾斜度的多个倾角测量结果，并将所述多个倾角测量结果发送到所述GNSS接收器；所述GNSS接收器与所述GNSS天线和所述倾角传感器连接，以从所述多组定位信号获得多组定位测量结果，接收所述多个倾角测量结果；其特征在于，

所述倾角传感器被配置为使每组定位测量结果与所述多个倾角测量结果中的相应的一个关联，并根据关联的倾角测量结果来确定将加权因子应用于每组定位测量结果，并使用所述组的定位测量结果和所述加权因子来计算位于大致在所述测量标杆的一端的点的位置，其中所述加权因子表示由所述倾斜度引起的误差的量，以及

所述GNSS接收器配置成，对于每组定位测量结果，比较对应的倾角测量结果与多个倾角阈值，以确定多个不同的加权因子中的一个与所述组的定位测量结果关联，其中所述多个倾角阈值中的每个都与不同的加权因子关联。

20.如权利要求19所述的地理参考系统，其中所述GNSS接收器配置成，对于每组定位测量结果，根据所述组的关联的倾角测量结果来计算不同的加权因子。

21.如权利要求19所述的地理参考系统，进一步包括：

音频反馈指示器、视觉反馈指示器或触觉反馈指示器中的至少一个，以在获得倾角测量结果时，如果所述倾斜度大于倾角阈值，则向用户提供反馈。

Images