CN101809407B - 位置确定方法 - Google Patents

Abstract

在一种具有位置可变化的单元尤其是作业机械(4)和有距离和角度测量功能的大地测量仪尤其是全站仪(1)的位置确定方法中，产生与时序相关的位置配对，其中该单元具有GNSS接收器(2)和相对GNSS接收器(2)有固定的空间关系的可光学测量的参考点(A)尤其是全方位棱镜(3)。为此，通过分别光学测量从大地测量仪到可测参考点(A)的距离和至少一个角度以及测量在外参考系中的GNSS接收器的GNSS位置来确定在内参考系中的参考点(A)的相对位置。对于同一时间点或者在一个时间窗内确定的相对位置和GNSS位置的彼此对应，尤其是配对，从而构成位置配对。进而，从位置配对推导出外参考系和内参考系之间的适配关系尤其是适配的转换参数，并且从这个适配关系中确定了该单元、大地测量仪和/或可测新点的位置。

Description

位置确定方法

技术领域

本发明涉及一种借助于配备有GNSS接收器的移动单元和全站仪来确定位置的方法。

背景技术

在许多领域中利用了移动单元的精确位置确定。例如，在用移动作业机械作业时，可以借助于现代精确的定位技术获得高加工精度，也就是说根据情况在厚度和位置方面的高加工精度，并获得了高度自动化。因此，通过在道路建设、民用工程、建筑用地开发和露天采矿领域中引入针对高效作业而有效设计的作业机械，近十年来已经能在作业速度方面获得相当大的进步。通过利用自动化方法，移动作业机械可以追随由计算机生成的期望形状，其中将移动作业机械的每个实际位置与由从计算机生成的期望模型中得出的期望位置进行比较并且触发相应的相互作用。因此除平面外，也可以生成任意不平的形状。在此，单独作业机械的位置确定技术构成了一个重要组成部分。

在此，移动单元在此应被理解为是指所有位置可变的单元，例如作业机械，尤其是土方机械和平整机械、材料施加机械或材料成型机械，例如沥青铺路机、划标机、物料输送机或乘客运输机。

借助于全站仪的精确定位方法也被利用在其它领域，像例如测量技术。

卫星定位系统例如GPS、GLONASS或目前在建的伽利略系统（Galileo-System）表示了一种可能的用于相对精确确定移动作业机械的位置的现代技术。以下，术语GNSS(全球导航卫星系统)总是被用作所有卫星辅助定位系统的统称。为了确定位置，GNSS接收单元安装在移动作业机械上，因此，作业机械的绝对位置能够以几米的精度被确定下来。因为该精度不足以应对许多应用场合，所以采用了从GNSS技术以来已知很久的、用来提高位置精度的许多方法，例如差分GNSS或RTK。在这些方法中，例如从参考站直接或间接地发射出修正值，这些修正值再现了尤其是卫星信号中在离子层和对流层中折射引起的接收位置特定误差。通过由安装在移动作业机械上的GNSS接收单元同时接收含错卫星信号和由近设参考站发射的修正值，有时可以实现厘米级精度的位置确定。

但根据所利用的方法，在GNSS定位中可能出现各种精度问题。尤其是由于多路效应或速度问题，例如如果必须快速分辨相位模糊点，则所确定的GNSS位置可能不精确。

GNSS技术的另一个与系统相关的问题是，在竖直方向上待实现的测量精度低于在水平方向上的测量精度。然而因为原则上，尤其在道路建设领域里，在竖直方向上的加工精度的要求高于在水平方向上的加工精度的要求，这是因为总是需要避免不希望有的不平和起伏，所以只使用GNSS位置确定系统通常是不够的。此外，为了借助GNSS确定位置，总是需要与至少三个且最好至少四个卫星的可视接触，但这是做不到的，尤其在桥下作业过程中、在房屋紧密排列的情况下或者由于其它阴影存在。

因此，尽管存在现代的卫星定位系统，但使用尤其是附加使用从大地测量学中已知的高精度光学测量方法是具有进一步优势的。

所以，为了精确调整移动作业机械的作业高度很早就已经应用旋转激光器系统，该旋转激光器系统产生基本上在水平面内旋转的激光束。由此，产生限定至少一个移动作业机械的期望平面的扁平状准激光盘。可旋转激光束由装在作业机械上的接收器接收，该接收器例如由多个竖向分布的探测器构成并且如必要可做高度调整，由此，可以非常精确地获得高度信息。如果也需要位置，那么通常额外地借助于GNSS系统的辅助来确定位置。

可是，依据该方法通常只能给出移动作业机械的高度信息。而在此在水平面内的GNSS不精确性未被考虑在内，并且例如在桥下时的GNSS信号故障无法得到补偿。同样，无法提供具有期望的波动的作业路径。

另一种精确确定位置的可能方案是众所周知的、利用大地测量仪的安装在移动作业机械上的反射件的光学测量，该测量尤其具有自动目标跟踪功能，该大地测量仪具有距离和角度测量功能，其中可获得亚厘米级的精度，即便距离达到几百米。

这种测量装置或大地测量仪的众所周知的例子是经纬仪或全站仪。R.Joeckel和M.Stober的“距离和方向的电子测量”(第4版，Konrad Wittwer出版社，斯图加特，1999)给出了关于现有技术中的大地测量装置的概述。这种装置具有角度或方向和/或距离测量功能，这允许关于选定目标的方向和距离的测量。此时，在该装置的内参考系中确定角度或距离参数，并且大多还必须将上述参数与外参考系关联起来，以便确定绝对位置。

此外，待测机械可以额外地具有GNSS接收器，由此，大地测量仪的例如因干扰了至作业机械的直接视觉接触而引起的测量故障或者GNSS的例如因在桥下或在紧窄的房屋隔道中而引起的测量故障可以被互相补偿。

这样，尽管通过与作业机械对应的反射件的自动目标跟踪，可以在测量过程本身中获得高度自动化，但不是在内参考系和外参考系关联的情况下。因此，通常需要提前完成复杂的、由专业人员实施的能精确测量的大地测量仪的设立和初始化。

原则上，测量仪的在外参考系中待确定的绝对位置可以从已知的固定测量点的测量中推导得到。为此，相对于大地测量仪的安设点，周围测量点的位置首先在一个局部的内参考系中被计算出来。借助于这些测量点的已知绝对坐标的辅助，如果存在比所需次数更多的测量，则计算出适配的转换参数，从中随后可以将在内参考系中所有已知的局部相对位置与外参考系关联起来。

例如，在专利申请号为07107973.5且名称为“用于大地测量仪的位置确定方法”的欧洲专利文献中描述了一种这种适配转换参数的自动推导方法，为此，结合基准点的已知的相互的相对地点来实现被测量相对位置与基准点的对应基准位置的对应。

可以举例说明两个参考系之间的适配关系的推导：测量相对于几个周围点的距离和方向，并且在一张透明薄膜上涂出这些点相对于安设地点的也就是说在局部坐标系中的位置。现在，将所期望的坐标系的图放在该薄膜下面。这个系统可以是国家大地坐标系或特定建筑物体的坐标系。现在可以在这个图上找到测量点。使该薄膜旋转和移位，直到薄膜上的这些点尽可能好地与标注在图上的点匹配，这可以通过根据最小平方法的适配计算通过算法来实现。现在可以在图上读出局部相对点的坐标。此时，该原理实际上无法被图解使用，而是解析使用，然而总是要知道和对应测量点的点编号和由大地测量仪对该测量点测出的测量值。

为此需要的计算以软件形式被集成到大多数的现代全站仪和准距仪中。可是，这仍然意味着已知定位的可测测量点必须存在于外参考系中，并且这些测量点的编号必须以关联方式被输入。大地测量仪安设地点的坐标和其它期望结果随后从测量中被自动算出并可被存储或输出。在该计算所需要的、具有共同刻度尺的三维体系的情况下，相对于已知测量点的最少测量次数包括分别对两个测量点的距离和方向的确定。但实际上如果可能，实施超过该次数的测量，以获得通过超定关于结果可靠性的数据。

在此技术文献中，这种为大地测量目的而实施的从第一参考系例如内参考系到第二参考系例如外参考系的坐标转换被称为Helmert转换。

计算可以例如根据高斯最小平方法借助于适配而实现，借助于该计算应当从相对于多于两个的固定点的方向测量和距离测量中确定两个参考系之间的关系，其中可通过转换参数来表示该关系。

在使用该方法时必须存在的设立全站仪和因此已知测量点的相关测量在使用者指南方面大多是为培训过的测量工程师们而设。使用者必须现场可靠地识别为了计算内参考系和外参考系之间关系而应用的测量点并且为测量点分配正确的点编号，所述点编号产生与测量点位置的关联。原则上，这只能利用标有地面和测量点的地形图完成。因此，对于测量点的实际测量的相应人工分配是费时并且易有误差的。

此外，需要特定的应用例如为了控制移动的建筑机械使用全站仪，要求必须甚至由未培训过的测量技术人员来操作该装置。但是，目前的装置构造和使用者指南不是为这类应用人群而设。

因此，现有技术的借助于光学式大地测量仪的位置确定方法是基于对多个已知定位的测量点的测量，这些测量点测量值与测量点的点编号或位置数据一起被记录或被进一步处理。在测量过程中这种从测量值至点所必需的对应减慢了该方法，增大了易出错性并且使自动化可行性复杂化。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于移动作业机械的改进而简化的位置确定方法。

本发明的另一目的是对于初始化和设置光学式大地测量仪降低易出错性和降低时间要求。

本发明的又一目的是借助于大地测量仪实现建筑机械的简单的自动的位置确定，该大地测量仪具有角度和距离测量功能。

本发明涉及一种位置确定方法，该方法包括：

·位置变化的单元，其具有

·GNSS接收器和

·可光学测量的参考点，其相对于所述GNSS接收器具有固定的空间关系，以及

·大地测量仪，其具有距离和方向测量功能，

该方法包括以下步骤：

·产生与时序相关的位置配对，其做法是，

·通过分别光学测量从所述大地测量仪到可光学测量的参考点的距离和至少一个角度，来测量在内参考系中的所述可光学测量的参考点的相对位置，

并且测量在外参考系中的所述GNSS接收器的GNSS位置，以及

·在同一时间点确定位于同一个时间窗内的相对位置和GNSS位置的对应，

·从所述位置配对中推导出在外参考系和内参考系之间的适配关系，

·从所述适配关系中确定该单元、该大地测量仪和/或可测新点的位置。

根据本发明的位置确定方法实现了GNSS位置确定与依据大地测量仪的位置确定之间的关联，以及因此总是实现了这两种方法的优点的结合使用。于是根据本发明实现了：为测量移动的作业机械而应用的全站仪可以马上开始进行尤其是自动地测量相对于对应该机械的参考点的距离和角度，而无需事先确定全站仪自身的绝对位置。

该方法的前提是，移动后的机械具有位置确定装置如GNSS接收器，借助于该GNSS接收器至少在几个时间点上能够确定位置。

根据本发明，随后按照有利方式针对已知的时间点来实时确定GNSS位置，所述GNSS位置作为前进的作业机械的基准位置，并且借助于全站仪来确定对应于该作业机械的参考点的相对位置。GNSS位置涉及外坐标系，相对位置涉及基于总站的内坐标系。至少在某些情况下，在同一时间或时序上彼此紧邻的多个时间点上确定GNSS位置和相对位置，其中按照时序上的对应的位置总是相互成对地对应，因此对于一个或两个相邻时间点总是形成一个时序相关的位置配对。

GNSS位置和相对位置的时序关联和最大许可的时序间隔取决于所期望的定位精度和机械参数，尤其是典型的机械动态。在许多情况下，这些参数也彼此相互关联，因为例如打算涂覆或形成高精度表面的缓慢行驶的机械一方面需要较高的精度，另一方面也仅具有单位时间内的小的位置变化。相反，其他的精度要求可被用于粗平整的快速行驶的机械，其中该机械也具有在单位时间内有更大的定位变化。因此，与低速且低精度要求的情况相比，高速且对于位置确定的高精度通常在测量之间需要更短的时间间隔。通过这种在与动态和精度相关的最大许可时间窗内的GNSS位置和相对位置的时序对应，也可实现用于这两个测量原理的不同速率。尤其是，对于相对位置的测量可以比GNSS更新率更慢或更快地进行。在这里，也可以在一系列测量的位置之间总是内差或者外插对应于其它测量原理的位置，例如按照逐点线性方式。

内参考系和外参考系之间的适配关系现在均可以从各位置配对的对应关系中得到，该关系尤其是由适配转换参数表示。例如，该关系可以依据根据高斯最小平方法的适配计算得到，原则上可以使用现有技术中已知的所有适配计算方法。

现在，被推导出的适配关系表示外参考系如何与基于全站仪的内参考系相互关联。依据该关系，现在可以例如将借助于全站仪测量的相对位置的坐标或者全站仪自身位置的坐标转换到外参考系中并且应用在外参考系中以用于作业机械的位置确定。

根据现有技术，与时间相关的GNSS位置确定是已知的。为此，移动作业机械具有GNSS接收器，该GNSS接收器的位置在外参考系中被自动确定，尤其是连续地且以不必知道的一定频率来确定。同样，可以从直接确定的GNSS位置来确定额外的在中间时间点上的其它GNSS位置，这例如可以借助于轨迹推导来实现。

相对于作业机械的GNSS接收器具有固定的空间关系的且尤其是被构造为定向反射器、全方位反射器或者360°棱镜形式的可测参考点的相对位置的确定通过测量从全站仪到参考点的距离和至少一个尤其是两个立体角而实现。

原则上，三维确定GNSS位置和相对位置，其中随后作为适配关系要确定七个转换参数，包括三个平移、三个转动和一个比例。在参考系比例相同时，为了计算这些参数理论上需要最少数量两对的彼此对应的位置配对，该位置配对总是具有一个GNSS位置和一个在相同时间点确定的相对位置。根据其它的时序上的相应位置配对的确定，如上所述，可以利用适配计算推导出适配的转换参数。尤其是，这种适配计算可以在每次进一步确定时序上相应的且相互对应的位置配对之后自动地被实施或者按照固定节奏自动地被实施，随后适配的转换参数总是可以被再次计算更新并由此被改善。此外，可以额外地实现借助于全站仪和GNSS执行的位置确定的可信度检查，其中例如除去“非正值”，即不可信的位置，并且在适配关系的更新推导中不加以考虑该位置。

如果只在两维或一维上需要加工机械的位置确定，那么待计算的转换参数被相应减少，例如在大范围的平面如机场中可能就是如此。

因为可用作为基准点的GNSS位置确定在垂直方向上具有不精确性，并且基于此的适配转换参数然而仅能够以较小的确定性被推导出，所以可以额外地建立对已知高度的参照。例如，这可以通过附加测量定位在已知高度上的固定点而实现，其随后在推导适配的转换参数时被考虑进来。如此转换到外参考系中的相对位置随后可以非常精确地表示作业机械的真正绝对位置。

在系统发生故障时，例如当作业机械位于桥下时，此时无法进行GNSS位置确定，可以进而确保作业机械的位置确定。在这种情况下，可以依据全站仪来确定其它的相对位置，所述相对位置可依据该适配关系被换算为绝对位置。

根据本发明的方法的进一步应用是，由被转换的且在普通方式中被更精确确定的相对位置来改善或替换借助于GNSS而确定的且一般具有较低的精度的GNSS位置。例如，也可以由被转换的相对位置的相应坐标来只替换GNSS位置的单独的坐标，尤其是在GNSS位置的垂直方向上的。同样地，可以将由GNSS和全站仪确定的位置信息组合起来，从而可以计算出作业机械的真实位置和所走过的真正距离的更精确的近似值，或者也引入目前为止走过的轨迹的历史位置数据。为此，本领域技术人员可以应用已知的方法像例如Kalman滤波器。

总体而言，根据本发明，通过其上设有位置确定装置的运动部件产生可通过全站仪测量的多个基准点。在此，所述位置确定装置不一定是GNSS接收器，但必须完成在外参考系中在连续位置的传送功能。例如，具有INS和相连的导航仪的车辆导航系统在此应当是可行的。被传送的前进部件的绝对位置随后被应用于建立全站仪相对于外部系的位置的参考。

因此，该方法实现了全站仪的不用事先测量参考点的自由定位，其中可以马上开始测量过程，尤其是马上开始自动测量过程。

对设立和初始化全站仪来说，专业培训过的技术人员不是绝对必需的。一旦已经通过全站仪至少在两个时间点上测量了移动部件的不同位置（在所述时间，也通过位置确定装置确定所述位置），那么现在就可以自动完成全站仪的安置，也就是说引入利用外参考系统的依靠全站仪的测量。在进一步的作业过程中，全站仪的安置现在可以被动态地改善并且可以给出偏差或者错误估值。

然而，原则上也可以没有动态要素地采用该方法，对此从相对位置和绝对基准位置中产生与时序相关的位置配对。因此，由GNSS确定的基准位置例如也可以表示许多基准点，应用该基准位置推导出基于全站仪的参考系和外参考系之间的适配关系，所述基准点的位置在外参考系中是已知的。然而，随后例如通过使用者来实现基准点相对于相应的相对位置的识别和对应，这如上所述是依据此时确定位置的相同的时间点来完成的。但在根据本发明的方法中，待测新点的顺序测量和基准点的顺序可以被忽略。另一方面，在现有技术方法中，先测已知的基准点，随后推导出适配的转换参数，最后才能开始新点测量。

例如，其绝对位置是待测的许多新点可以利用全站仪被马上依次测量，并且由此确定了新点的在基于全站仪的内参考系中的相对位置。为了保证测量的相对位置要求与外参考系相关的关系，现在在针对测量点的顺序测量之前、之中或之后，均可以实现一个或多个参参考点的测量，无需遵守顺序。然而，额外的这些基准点的识别和对应还是必需的。一旦已经在测量过程中测量了至少两个基准点并将其对应给某些相对位置，那么可以推导出转换参数并且基于这些转换参数所有已被测量的相对位置被回溯转换到外参考系中。如果在进一步的作业过程中测量并识别其它已知的基准点，那么可以再次并更新地推导出转换参数，因此，也可以将测量点的所有已经确定的相对位置更新地转换到外参考系中，并且由此可以改善该测量点的绝对位置数据。

因此，依次待测的基准点和新点的测量顺序可以由使用者自由规定。例如，测量顺序可以由各点空间方向来建立，例如在视场中从左到右。这样可防止可测点的混淆或偶然复测。同样可以想到的，从已知基准点到全站仪的视觉接触被阻挡，并且在随后作业过程中才变得没有阻碍，例如在建筑物拆除作业中。该已知的基准点随后可以被测到，由此更新适配的转换参数并且回溯计算由所有在先确定的相对位置来更新的绝对位置。

附图说明

以下，仅以举例方式依据附图示意表示的特定例子来具体描述根据本发明的方法，其中也描述了本发明的进一步优点。附图中：

图1表示地上建筑作业场景，其中包括移动作业机械和可确定作业机械位置的全站仪；

图2a-2c表示根据本发明的位置确定方法的示范例；

图3举例表示在根据本发明的位置确定方法中的适配转换参数的推导；

图4a-4c表示根据本发明的位置确定方法的另一示范例；

图5a-5b表示在根据本发明的位置确定方法中的GNSS位置确定和相对位置确定的不同速率的两个例子。

具体实施方式

图1表示道路建设工程中的典型场景，其中应当连续确定移动作业机械4的位置，以便于例如控制该机械。如从现有技术中已知的，该移动作业机械为此具有GNSS接收器2和作为可光学测量参考点的全方位棱镜3，该全方位棱镜3按照固定的空间关系与GNSS接收器2适配对应。为了例如也获得甚至在桥15下的作业机械的位置，在地面上全站仪1设立在任何期望的位置上以用于自动目标跟踪固定在所述作业机械4上的全方位棱镜3。

根据本发明，现在产生了与时序关联的位置配对。为此，移动的作业机械4产生多个基准点，这些基准点的位置不仅借助于根据GNSS信号的GNSS接收器被绝对地确定，并且借助于全站仪1被相对地确定。因此，全站仪1总是测量两个角度

θ和从全站仪1至作业机械的距离D，尤其是至固定在作业机械上的全方位棱镜3的距离，作为参考点。角度

θ和距离D现在总是限定在基于全站仪的内参考系中的已知时间点t₁、t₂…的参考点的相对位置RP_i。因为在相同的时间点也确定在外参考系中的GNSS接收器2的绝对GNSS位置

所以对于相同的时间点现在总是可以将确定下来的绝对位置和相对位置相互配对对应起来，由此构成位置配对。尤其是在连续作业期间实现了相对位置和GNSS位置的这种确定。

所要获得的是内参考系和外参考系之间的关系，例如为了将相对位置转换为绝对位置。这种尤其可以依据六个转换参数来表述的关系现在可以从总是彼此适配对应的相对位置和GNSS位置之间的各自逻辑关联中推导出。如果产生多于两个的位置配对，则所要获得的关系通过适配也就是说依据适配计算被推导出，例如根据高斯最小平方法。

特别是，该方法连续进行，从而不断地测量其它的相对位置和GNSS位置。一旦已经生成另一个位置配对，就可以从现有的位置配对逻辑关联和新增逻辑关联中推到出更新的改善的适配关系。而且，在内参考系中确定的所有参数如目前为止确定的相对位置可以根据更新的关系以改善的方式重新转换至外参考系中。

如果全站仪和GNSS接收器之间可以数据交换，那么该方法可以按照实时且完全自动化的方式来实施，因此全站仪被自动安置，就是说，与外参考系相关联。如果该方法连续，进行，则全站仪的安置在作业过程中得以改善和动态更新。

在内参考系中确定的所有参数像例如相对位置分量（包括尤其是高度位置分量）、相对位置变化矢量、速度矢量和/或全站仪的相对位置现在可以借助于计算出的适配关系被转换至外参考系中。

图2a-2c以平面图举例表示了作业机械的针对已知的总是在相同的时间点t₁、t₂…的GNSS位置

和相对位置RP_i的确定以及适配关系的推导。图2a中示出了在外参考系中的GNSS位置

并且图2b中示出了具有相对位置RP_i的全站仪1，该相对位置RP_i在内参考系中通过测量角度

和距离D而获得。

为了安置全站仪1，应在内参考系和外参考系之间推导出适配关系。为此，每个在相同时间点被确定的GNSS位置和相对位置相互对应并且彼此关联。作为示例为了推断出适配关系，现在可以在透明薄膜上绘制出这些相对位置点RP_i，并且该薄膜在带有标出的GNSS位置

的图上一直移动，直到各对应位置RP_i(t₁)和RP_i(t₂)和

…尽量匹配上并且平均呼应，如图2c中举例所示。

此原理现在无法被图解使用，但可解析使用，例如依据根据最小平方法的适配计算。

在此仅是为了容易表示而选择了所述平面图，该原理可以同样应用在三维图中。

在这个例子中同样地为了简化起见，针对这些相同的时间点总是仅示出GNSS位置和相对位置的一次确定。在这些时间点之间可以确定其它的相对位置和其它的GNSS位置，这些其它的相对位置和其它的GNSS位置未被用于推导适配关系。此外，被确定的相对位置或者取决于该相对位置的参数也显然可以依据所推导出的适配关系被转换至外参考系中并且被用于作业机械的绝对定位。尤其是针对这些相同时间点被确定的且彼此对应的GNSS位置和相对位置也可以被选出作为位置配对，这些位置配对被用于根据某个标准例如时间间隔、距在先位置配对的距离、相对全站仪的测量角度来推导适配关系。

图3示出了从彼此成对对应的且总是在相同时间点作为位置配对RP_i(t₁)和

RP_i(t₂)和

…，RP_i(t_n)和

被确定的GNSS位置和相对位置中解析推导适配关系的例子。对于每个位置配对，在任何情况下，现在可以借助于各个转换矩阵A1、A2…An和位移矢量b1、b2…bn来设立在图3的第二框中所示出的转换等式。因为该等式体系(如果确定和对应多于两个的位置配对)是超定的，所以借助于适配的矩阵A_fitted和适配的位移矢量b_fitted推导得到适配的转换参数。借助于这些适配的转换参数，在内参考系中限定的所有参数尤其是被确定的相对位置或者全站仪的位置现在可以被转换至外参考系中。

图4a-4c示出了根据本发明的方法应用的另一个例子。因此，在已知时间点t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₇和t₈在外参考系中利用移动作业机械的GNSS接收器，确定每个GNSS位置

…。这些GNSS位置和移动作业机械在其上移动的道路、跨越道路的桥梁在图4a的简图中被示出。

此外，通过一个设立于地面任何一个未知位置上的全站仪1，总是沿着时间点t₁、t₃、t₆和t₇确定一个安装在所述作业机械上的反射件的相对位置。

总是针对相同时间点t₁、t₃和t₇被确定的GNSS位置和相对位置相互配对对应并且关联起来，这在图4c的左框中示出。如上所述，从该关联方式中推导出适配的转换参数，结合该转换参数，所有相对位置和全站仪1位置可以被转换至外参考系中。通过示图，这又通过透明薄膜的旋转和移位在一个示出外参考系的且带有GNSS位置的图上示例性地示出，在该薄膜上标出全站仪的相对位置，其中薄膜的旋转和移位如此进行，即，使这些位置配对尽量好地重合。由此，通过GNSS确定的作业机械的绝对位置可借助于经过转换的相对位置来改善，并且可以提供不仅例如作业机械处于桥下的时间点t₆时的绝对位置，而且提供全站仪1的绝对位置。

如从现有技术中知道的那样，现在可以从确定的绝对位置中近似得到作业机械所走过的真正路程。

只要在另一个时间点确定了一个位置配对，就可以推导出更新的适配转换参数。依据该被更新的转换参数，现在也可以回溯地将在以前的时间点被确定的相对位置再次更新且因此被改善地转换至外参考系中。在每次更新之后，又可以再次更新计算出真正走过距离的近似值。

在图5a-5b中，结合在根据本发明的位置确定方法中确定GNSS位置和相对位置时有不同速率的两个例子来说明位于一个时间窗内的相对位置和GNSS位置的对应。在这里，位于一个时间窗内的相对位置和GNSS位置相互对应，其中该时间窗的长度依据单元的动态和待确定位置的精度来选择。

图5a以深色点表示一系列被测的GNSS位置，以浅色点表示一系列相对位置。因为两个测量彼此无关且以不同的速率进行，所以无法再实现依据相同的测量时间点（就是说严格的同时性）的对应。在所示例子中，在时间点t₁、t₃、t₄、t₆、t₇、t₈、t₁₀、t₁₁和t₁₂记录下GNSS位置，而在时刻t₂、t₅、t₉和t₁₃确定相对位置。现在对同时性的要求不那么严格，在这种情况下这些位置被相互对应起来，所述位置在一个时间窗内或者说借助于一个最大的时间间隔相继产生。这种对应针对每一个被测的相对位置和每一个被测的GNSS位置配对地实现，就是说，一个相对位置恰好对应一个GNSS位置，只要在时间窗内可以确定这样的相对位置。在此特定例子中，时间点t₂的相对位置与在时间点t₁记录的GNSS位置对应，时间点t₆的相对位置对应时间点t₅的GNSS位置，时间点t₈的相对位置对应时间点t₉的GNSS位置，时间点t₁₂的相对位置对应时间点t₁₃的GNSS位置。

图5b表示一个变型方案，其中在对应时，至少一个相对位置或GNSS位置作为假想位置从相邻的被测相对位置或GNSS位置中产生。这里所示的GNSS位置和相对位置的速率和相应的对应情况应只视为例子。在所示例子中，在时间点t₁、t₃、t₅、t₇、t₉和t₁₁记录下GNSS位置，而在时间点t₂、t₄、t₆、t₈和t₁₀确定相对位置。为了使对应成为可能，可以从一些位置中确定或者计算出假想位置，在此所述这些位置例如是示例性的GNSS位置。在被测的GNSS位置之间，模拟点作为在时间点t_i和t_i+j被测的相邻位置的函数

而被推导出，这在此只是示例性地通过点t₇和t₉示出。一个这样的假想位置例如可以被确定为位于两个相邻位置之间的连接直线上，该直线如图5b的虚线所示。确切的位置可以通过各种方式来确定。例如，所述直线可以被设计成时序线性或非线性的。在移动单元的速度恒定的情况下，可以随后计算待对应的相对位置的假想位置在时间点（在此是在时间点t₈）的地点。如此确定的假想位置随后可以与在时间点t₈的相对位置对应起来。

如果发生加速运动或制动运动，则例如在位置-时间函数当中，该加速运动或制动运动被考虑进来。在高速率且速度变化很小时，也可以实现简单的位置确定，在该位置确定中所述直线的固定划分例如对半分作为假想位置。这例如在位置测量的更新率的比例适当的情况下是有利的，例如在比例是1∶2的情况下。在此情况下，所述位置确定可被如此同步化，即，对于每第二个在更高速率时实现的位置确定，存在另一系统的与时序相关的位置确定。对于每另一个位置，可以通过直线对半分来推导出假想位置。

图5a和图5b的方式也可以相互组合，例如其中在两个GNSS位置之间最接近待对应的相对位置的假想位置被确定在连接直线上并且计算相应的时间，在该时间将必然发生位置确定。最后，检查该时间是否在以待分配的相对位置为中心的设定时间窗内。以相似的方式，可以为了对应采用不同的加权或计算函数。

当然，这些示出的附图仅示意地表示可能的实施例。根据本发明，所述各种方式可以相互组合并且与现有技术方法组合。而且，在确定了共同点之后，就是说，使参考点和基准点对应起来之后，可以采用以前的方法来计算放置点。

Claims (23)

1.一种位置确定方法，该方法包括：

·位置变化的单元，其具有

·GNSS接收器(2)和

·可光学测量的参考点(A)，其相对于所述GNSS接收器(2)具有固定的空间关系，以及

·大地测量仪，其具有距离和方向测量功能，

该方法包括以下步骤：

·产生与时序相关的位置配对，其做法是，

·通过分别光学测量从所述大地测量仪到可光学测量的参考点(A)的距离和至少一个角度，来测量在内参考系中的所述可光学测量的参考点(A)的相对位置，

并且测量在外参考系中的所述GNSS接收器的GNSS位置，以及

·在同一时间点确定位于同一个时间窗内的相对位置和GNSS位置的对应，

·从所述位置配对中推导出在外参考系和内参考系之间的适配关系，

·从所述适配关系中确定该单元、该大地测量仪和/或可测新点的位置。

2.根据权利要求1所述的位置确定方法，其特征是，对于每个测定的相对位置和每个测定的GNSS位置，进行成对的对应。

3.根据权利要求1所述的位置确定方法，其特征是，在对应时，所述相对位置和GNSS位置中的至少一个作为假想位置由测定的相邻相对位置或测定的相邻GNSS位置产生。

4.根据权利要求1所述的位置确定方法，其特征在于，连续实施所述步骤，每当进一步生成一对位置配对之后，在考虑新位置配对的情况下以更新方式推导出所述适配关系。

5.根据权利要求4所述的位置确定方法，其特征是，所述位置配对的生成按照限定的节奏来完成。

6.根据权利要求1至5之一所述的位置确定方法，其特征是，所述步骤基本上实时地自动进行。

7.根据权利要求1至5之一所述的位置确定方法，其特征是，在确定位置时，至少基于所述推导出的适配关系进行所述内参考系的与相对位置关联的参数到所述外参考系的转换，并且基于转换到外参考系中的参数进行GNSS位置的修正。

8.根据权利要求7所述的位置确定方法，其特征是，所述相对位置本身作为参数被转换。

9.根据权利要求7所述的位置确定方法，其特征是，

·相对位置分量，所述相对位置分量是高度位置分量，

·相对位置变化矢量，和/或

·从相对位置推导出的速度矢量

作为参数被转换。

10.根据权利要求8所述的位置确定方法，其特征是，所述大地测量仪的相对仪器位置作为参数被转换。

11.根据权利要求8所述的位置确定方法，其特征是，可测新点的相对新点位置作为参数被转换。

12.根据权利要求8所述的位置确定方法，其特征是，在一次更新推导出所述适配关系之后重新进行转换。

13.根据权利要求1至5之一所述的位置确定方法，其特征是，所述适配关系依据彼此对应的GNSS位置和相对位置之间的单独关系的适配计算而被计算出。

14.根据权利要求1至5之一所述的位置确定方法，其特征是，所述时间窗的长度依据该单元的动态并且依据待测位置的精度来选定。

15.根据权利要求1所述的位置确定方法，其特征是，所述位置变化的单元是作业机械(4)。

16.根据权利要求1所述的位置确定方法，其特征是，所述可光学测量的参考点(A)是全方位棱镜(3)。

17.根据权利要求1所述的位置确定方法，其特征是，所述大地测量仪是全站仪(1)。

18.根据权利要求1所述的位置确定方法，其特征是，所述大地测量仪具有角度测量功能。

19.根据权利要求1所述的位置确定方法，其特征是，所述适配关系是适配的转换参数。

20.根据权利要求12所述的位置确定方法，其特征是，在每次更新推导出所述适配关系之后重新进行转换。

21.根据权利要求8所述的位置确定方法，其特征是，

·相对位置分量，所述相对位置分量是高度位置分量，

·相对位置变化矢量，和/或

·从相对位置推导出的速度矢量

作为参数被转换。

22.根据权利要求5所述的位置确定方法，其特征是，所述位置配对的生成是以相同的时间间隔来完成的。

23.根据权利要求13所述的位置确定方法，其特征是，所述适配关系是根据最小平方法计算的。

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