CN102128618B - 主动式动态定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动式动态定位方法，包括：S1.在第一流动点利用卫星定位与数码相机对待测目标进行摄影，获得第一影像，并获得第一流动点的精确坐标，计算第一影像的外方位元素；S2.在第二流动点利用卫星定位与数码相机对待测目标进行摄影，获得第二影像，并获得第二流动点的精确坐标，计算第二影像的外方位元素；S3.根据第一影像，第一流动点的精确坐标、第一影像的外方位元素及第二影像、第二流动点的精确坐标、第二影像的外方位元素计算待测目标的三维坐标。本发明实现了对不可达目标的精确定位。
Description
技术领域
本发明涉及定位测量技术领域，特别涉及一种主动式动态定位方法。
背景技术
目前，对于非接触式的定位测量一般采用航空航天影像测量的方法。在地面非接触式立体测量一般采用三维扫描仪或者近景摄影测量的方式。对于海岛测图，由于许多海岛的地理条件限制，作业人员无法登岛，为实现调绘、像控点布测与现场测图一体化增加了困难。
卫星定位测量一般采用GNSS（Global Navigation SatelliteSystem，简称GNSS）技术。GNSS是GPS、GLONASS（GLObalNAvigation Satellite System）、Galileo、COMPASS等卫星导航系统的统称，其中美国的GPS和前苏联的GLONASS是第二代卫星导航定位系统的代表，Galileo是欧洲发展的卫星导航定位系统，COMPASS北斗导航系统是中国自主开发的导航定位系统。GNSS可以在全世界的陆海空范围实现实时连续高精度的位置速度以及时间等导航信息，在各类用户中得到了广泛应用。但GNSS是基于接触的点位测量，只有把GNSS接收机安置在所测点位上，才能获得高精度的点位坐标信息。
姿态测量一般采用惯性测量单元IMU或者数字罗盘。IMU可以测量出三轴的方向和三轴加速度，从而短时高精度保持运动载体的导航。IMU系统具有时间偏移的性质，在长时间的运动过程后会导致导航失败，但由于GPS具有短时的绝对高精度，故此一般采用GPS/IMU组合系统来实现长时间高精度的导航。IMU的测量主要面向运动载体，实时测量运动载体的姿态，也可以归于接触式测量。
摄影测量主要采用数码相机拍摄而形成的立体相对来成图，一般需要地面点进行控制，从而校正拍摄的图形图像。摄影测量是一种利用被摄物体影像来重建物体空间位置和三维形状的技术。摄影测量法应用于多个领域，除了被考古学家用于快速绘制大型和复杂建筑遗址的详细地图以及被气象学家用于测得龙卷风的实际风速外，它还可在地形图绘制、建筑学、工程学、生产制造、质量控制、警方侦察和地质学等方面发挥效用。摄影测量面向的对象是远离摄影设备的目标，可以归于非接触式测量。
激光扫描也属于非接触式测量，通过大量的点云来反演测量目标的形状和大小。
从以上的描述可以看出，卫星定位和姿态测量是接触式的测量，可以获得高精度点位；摄影测量属于非接触式的测量，在有控制点的基础上获得影像，进行获得测量目标的点位坐标。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何对不可达的目标进行精确地非接触式测量。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种主动式动态定位方法，包括以下步骤：
S1：在第一流动点利用卫星定位与数码相机对待测目标进行摄影，获得第一影像，并获得第一流动点的精确坐标，计算第一影像的外方位元素；
S2：在第二流动点利用卫星定位与数码相机对待测目标进行摄影，获得第二影像，并获得第二流动点的精确坐标，计算第二影像的外方位元素；
S3：根据第一影像，第一流动点的精确坐标、第一影像的外方位元素及第二影像、第二流动点的精确坐标、第二影像的外方位元素计算待测目标的三维坐标；
所述步骤S1和步骤S2中，通过分别在摄影范围内布设至少3个像控点，并测定所述像控点的精确坐标，根据像控点的精确坐标来计算第一影像的外方位元素和第二影像的外方位元素。
其中，卫星定位采用差分定位技术。
其中，所述卫星定位由GPS基准站辅助定位。
（三）有益效果
本发明通过卫星定位、姿态测量及对目标的摄影的方式，利用近景立体摄影测量方法计算待测目标的三维坐标，实现了对不可达目标的精确定位。
附图说明
图1是本发明实施例的一种主动式动态定位方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明设计方法是将GPS接收机、数字罗盘和数码相机集成为一体的综合信息采集器，安置于操作平台上，对不可到达目标（如：海岛、礁）进行测量，获得采集器的精确坐标与目标影像，通过海面操作平台的移动获得不同位置的采集器的精确坐标与目标影像。通过不同位置的影像进行数据处理，实现不可到达的目标的精密定位。以测量海岛为例来说明本发明，其中，待测目标为海岛（礁），具体步骤如图1所示，包括：
步骤S101，在第一流动点利用卫星定位与数码相机对待测目标进行摄影，获得第一影像，并获得第一流动点的精确坐标，计算第一影像的外方位元素。
步骤S102，在第二流动点利用卫星定位与数码相机对待测目标进行摄影，获得第二影像，并获得第二流动点的精确坐标，计算第二影像的外方位元素。
上述两步中使用GPS接收机、数字罗盘和数码相机集成为一体的综合信息采集器来获取坐标，外方位元素及影像。将采集器安置于海平面操作平台上，通过海平面操作平台在第一流动点和第二流动点之间移动来获取数据。
卫星定位采用差分定位或实时动态差分法（Real-time kinematic，RTK）技术，流动点的卫星定位精度可达到10cm，三维数字罗盘姿态测量精度一般为1/100（0.5°）。由误差分析方法可知，当流动点与目标之间的平均距离（下称作用距离）为400m时，仅姿态误差就可导致目标定位误差达到2m。此时，即使目标影像的分辨率优于30cm，目标的定位误差也很难优于2m。因此，要提高目标主动式动态定位精度，必须提高姿态测量精度或影像外方位元素的获取精度，并保证影像分辨率至少与定位精度指标相匹配。可以通过布测少量像控点来提高影像外方位元素的获取精度（像控点三维坐标精确已知，像片上的坐标也已知，可以得到高精度外方位元素），从而通过适当提高影像分辨率，在扩大海平面操作平台到目标的作用距离（最大作用距离1km）的同时，使得主动式动态定位精度达到1.5m。
上述计算第一影像和第二影像的外方位元素有两种方式：
1、可采用三维数字罗盘通过现场测量来计算第一影像和第二影像的外方位元素。
2、当用于不可到达的海岛（礁）定位时，可在海面布设少量GPS浮标作为动态像控点，并测定GPS浮标的精确坐标，根据像控点的精确坐标来计算第一影像的外方位元素和第二影像的外方位元素。当摄影范围内的GPS浮标数少于3个时，三维数字罗盘可辅助获取影像的外方位元素；当摄影范围内的GPS浮标数大于等于3个时，三维数字罗盘不再参与影像的外方位元素计算，但三维数字罗盘本身仍可用于提高系统的可靠性与现场数据质量控制。
GPS数码近景摄影海岛（礁）主动式动态定位时，可在附近40km范围内设立GPS基准站（保证卫星动态定位精度优于10cm），并布设GPS浮标。作业过程中，GPS基准站和GPS浮标之间无需通信，相对独立，GPS浮标定位时刻、海平面操作平台摄影曝光时刻可以通过GPS时间保证同步。
S3：根据第一影像，第一流动点的精确坐标、第一影像的外方位元素及第二影像、第二流动点的精确坐标、第二影像的外方位元素计算待测目标的三维坐标。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (3)
1.一种主动式动态定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在第一流动点利用卫星定位与数码相机对待测目标进行摄影，获得第一影像，并获得第一流动点的精确坐标，计算第一影像的外方位元素；
S2：在第二流动点利用卫星定位与数码相机对待测目标进行摄影，获得第二影像，并获得第二流动点的精确坐标，计算第二影像的外方位元素；
S3：根据第一影像，第一流动点的精确坐标、第一影像的外方位元素及第二影像、第二流动点的精确坐标、第二影像的外方位元素计算待测目标的三维坐标；
所述步骤S1和步骤S2中，通过分别在摄影范围内布设至少3个像控点，并测定所述像控点的精确坐标，根据像控点的精确坐标来计算第一影像的外方位元素和第二影像的外方位元素。
2.如权利要求1所述的主动式动态定位方法，其特征在于，卫星定位采用差分定位技术。
3.如权利要求1或2所述的主动式动态定位方法，其特征在于，所述卫星定位由GPS基准站辅助定位。
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