CN104215229B - Rtk设备调节方法、系统及rtk测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RTK设备调节方法、系统及RTK测量方法，所述调节方法包括：接收RTK设备的姿态传感器采集的姿态数据；将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据；将所述设备姿态数据转换为所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度；根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域。实施本发明的方法及系统，通过姿态传感器采集的姿态数据可精确获得所述RTK设备的设备姿态数据，进而计算出倾斜角度，参照所述RTK设备的电子气泡进行调节，可快速精确地将RTK设备整平，提高整平效率。

Description

RTK设备调节方法、系统及RTK测量方法

技术领域

本发明涉及测绘技术领域，特别是涉及一种RTK设备调节方法、系统及RTK测量方法。

背景技术

在测绘领域里，使用RTK(Real-time kinematic，实时差分定位)设备进行测量作业时，要求连接的对中杆或基座能保持仪器与水平面的平行，使用RTK设备进行测量，需要仪器的对中、整平。对中可使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂线上。整平可使仪器的竖轴竖直、水平度盘水平。目前测量时使用的对中杆或基座，都会装配有水平气泡用以辅助整平。气泡因为其物理特性，会向升高的方向移动，可根据物理气泡的偏移方向和程度，自行调整仪器的姿态。

然而，在测量过程中无法一步到位整平。当气泡显示了偏移，就需要进行设备调整，且调整时惯性作用使气泡很容易越过整平标志，导致调整设备的操作繁复、测量效率低。

发明内容

基于此，有必要针对上述RTK设备调节方法，调整设备的操作繁复、测量效率低的问题，提供一种RTK设备调节方法、系统及RTK测量方法。

一种RTK设备调节方法，包括以下步骤：

接收RTK设备的姿态传感器采集的姿态数据；

将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据；

将所述设备姿态数据转换为所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度；

根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域。

一种RTK设备调节系统，包括：

接收模块，用于接收RTK设备的姿态传感器采集的姿态数据；

姿态转换模块，用于将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据；

角度转换模块，用于将所述设备姿态数据转换为所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度；

调节模块，用于根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域。

上述RTK设备调节方法及系统，通过姿态传感器采集的姿态数据可精确获得所述RTK设备的设备姿态数据，进而计算出倾斜角度，参照所述RTK设备的电子气泡进行调节，可快速精确地将RTK设备整平，提高整平效率。

一种RTK测量方法，包括以下步骤：

接收RTK设备的姿态传感器采集的姿态数据；

将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据；

将所述设备姿态数据转换为所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度；

根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域；

通过调节后的RTK设备进行RTK测量。

上述RTK测量方法，通过姿态传感器采集的姿态数据可精确获得所述RTK设备的设备姿态数据，进而计算出倾斜角度，参照所述RTK设备的电子气泡进行调节，可快速精确地将RTK设备整平，提高整平效率，进而提高RTK测量的精确度和效率。

附图说明

图1是本发明RTK设备调节方法第一实施方式的流程示意图；

图2是本发明RTK设备调节方法中电子气泡的示意图；

图3是本发明RTK设备调节方法第二实施方式的流程示意图；

图4是本发明RTK设备调节系统第一实施方式的结构示意图；

图5是本发明RTK测量方法第一实施方式的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明的RTK设备调节方法第一实施方式的流程示意图。

本实施方式的所述RTK设备调节方法包括以下步骤：

步骤S101，接收RTK设备的姿态传感器采集的姿态数据。

步骤S102，将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据。

步骤S103，将所述设备姿态数据转换为所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度。

步骤S104，根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域。

本实施方式，通过姿态传感器采集的姿态数据可精确获得所述RTK设备的设备姿态数据，进而计算出倾斜角度，参照所述RTK设备的电子气泡进行调节，可快速精确地将RTK设备整平，提高整平效率。

其中，对于步骤S101，可将所述姿态传感器装设于所述RTK设备的内部。所述姿态传感器优选地为基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)技术的高性能三维运动姿态测量系统。所述姿态传感器可包括重力传感器、三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘等辅助运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器输出校准过的角速度，加速度，磁数据等，通过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量，实时输出以四元数、欧拉角等表示的零漂移三维姿态数据。

对于步骤S102，由于RTK设备在装配时，焊接存在个体差异，导致RTK设备内部的姿态传感器的位置并非水平的状态。姿态传感器采集的姿态数据反应的仅仅是传感器芯片本身的姿态。可预存姿态传感器的坐标系和RTK设备的坐标系。

优选地，若所述姿态传感器的坐标系与所述RTK设备的坐标系相同，或偏差度在预设范围内，可直接将所述姿态传感器的姿态数据作为所述RTK设备的姿态数据，所述将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据的步骤包括以下步骤：

将所述姿态传感器的姿态数据在所述姿态传感器的坐标系中的坐标作为所述RTK设备姿态数据在所述RTK坐标系中的坐标。

进一步地，可将所述RTK设备的姿态数据通过线缆、蓝牙、wifi或其他网络传送至手持设备，进行显示，便于用户参阅。

在一个实施例中，将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据的步骤包括以下步骤：

通过预设点数的移动平均值滤波器对接收的姿态数据进行滤波处理；

将滤波处理后的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据。

本实施例，可有效抑制采集到的姿态数据中的噪声数据，提高调节精度。

优选地，所述预设的点数优选地为n个点，n个点的移动平均值滤波器的滤波公式为：

其中，n表示预设的滤波器采样点数；i表示第i个采样点；j表示从第j个点开始参与累加运算。

参与滤波计算的点数越多，数据就越精确，但是同时，也会牺牲传感器的响应速度。在其他实施例中可依据不同的姿态传感器和RTK设备的应用场景调整参与滤波计算的点数，以到达检测精度和响应速度的平衡。

在另一个实施例中，将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据的步骤包括以下步骤：

通过以下所述公式，将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据：

其中，x’、y’和z’为接收的姿态数据在所述姿态传感器的坐标系中的坐标值，x、y和z为所述RTK设备的设备姿态数据。

本实施例，可以快速将姿态传感器采集的姿态数据转换为RTK设备的姿态数据。

在其他实施方式中，也可以通过上述转换公式，将姿态传感器的滤波处理后的姿态数据转换为RTK设备的姿态数据。

对于步骤S103，所述预设整平方向优选地为水平方向，也可为与水平方向存在预设的角度误差的方向。

优选地，可在所述RTK设备的坐标系中通过角度计算公式，将所述RTK设备的姿态数据和预设的整平方向的坐标转换所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度。

在其他实施例中，可预存所述RTK设备的姿态数据与所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度的对应关系，根据转换所得所述RTK设备的姿态数据获取对应的倾斜角度。

对于步骤S104，所述姿态调节优选地为调节所述RTK设备在相应方向的倾斜度。所述预设的居中区域为存在预设的测量误差的气泡区域。

如图2所示，电子气泡为1010，居中区域1020所对应的测量误差为0.02m至0.04m，居中区域1030所对应的测量误差为0m至0.02m。如果气泡在外圈。

请参阅图3，图3是本发明的RTK设备调节方法第二实施方式的流程示意图。

本实施方式的所述RTK设备调节方法与第一实施方式的区别在于：根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域的步骤还包括以下步骤：

步骤S201，根据以下所述公式获取所述倾斜角度对应的位置测量误差：

Δd＝H×sinθ；

其中，θ为所述倾斜角度，H为所述RTK设备的对中杆的杆长，Δd为位置测量误差。

步骤S202，若所述测量误差不在预设的误差范围内，则根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节。

步骤S203，若所述测量误差在预设的误差范围内，则不对所述RTK设备进行调整。

本实施方式，可在所述测量误差在预设的误差范围内时，不对所述RTK设备进行调整。能进一步提高RTK设备的整平效率。

优选地，可将所述预设的误差范围对应图2所示的居中区域1030所对应的测量误差，即0m至0.02m。

请参阅图4，图4是本发明的RTK设备调节系统第一实施方式的结构示意图。

本实施方式的所述RTK设备调节系统包括接收模块100、姿态转换模块200、角度转换模块300和调节模块400，其中：

接收模块100，用于接收RTK设备的姿态传感器采集的姿态数据。

姿态转换模块200，用于将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据。

角度转换模块300，用于将所述设备姿态数据转换为所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度。

调节模块400，用于根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域。

本实施方式，通过姿态传感器采集的姿态数据可精确获得所述RTK设备的设备姿态数据，进而计算出倾斜角度，参照所述RTK设备的电子气泡进行调整，可快速精确地将RTK设备整平，提高整平效率。

其中，对于接收模块100，所述姿态传感器优选地为基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)技术的高性能三维运动姿态测量系统。所述姿态传感器可包括重力传感器、三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘等辅助运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器输出校准过的角速度，加速度，磁数据等，通过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量，实时输出以四元数、欧拉角等表示的零漂移三维姿态数据。

对于姿态转换模块200，由于RTK设备在装配时，焊接存在个体差异，导致RTK设备内部的姿态传感器的位置并非水平的状态。姿态传感器采集的姿态数据反应的仅仅是传感器芯片本身的姿态。可预存姿态传感器的坐标系和RTK设备的坐标系。

在一个实施例中，姿态转换模块200还可用于：

通过预设点数的移动平均值滤波器对接收的姿态数据进行滤波处理；

将滤波处理后的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据。

本实施例，可有效抑制采集到的姿态数据中的噪声数据，提高调节精度。

优选地，所述预设的点数优选地为n个点，n个点的移动平均值滤波器的滤波公式为：

其中，n表示预设的滤波器采样点数；i表示第i个采样点；j表示从第j个点开始参与累加运算。

参与滤波计算的点数越多，数据就越精确，但是同时，也会牺牲传感器的响应速度。在其他实施例中可依据不同的姿态传感器和RTK设备的应用场景调整参与滤波计算的点数，以到达检测精度和响应速度的平衡。

在另一个实施例中，姿态转换模块200还可进一步用于：

通过以下所述公式，将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据：

其中，x’、y’和z’为接收的姿态数据在所述姿态传感器的坐标系中的坐标值，x、y和z为所述RTK设备的设备姿态数据。

本实施例，可以快速将姿态传感器采集的姿态数据转换为RTK设备的姿态数据。

在其他实施方式中，也可以通过上述转换公式，将姿态传感器的滤波处理后的姿态数据转换为RTK设备的姿态数据。

对于角度转换模块300，所述预设整平方向优选地为水平方向，也可为与水平方向存在预设的角度误差的方向。

优选地，可在所述RTK设备的坐标系中通过角度计算公式，将所述RTK设备的姿态数据和预设的整平方向的坐标转换所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度。

在其他实施例中，可预存所述RTK设备的姿态数据与所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度的对应关系，根据转换所得所述RTK设备的姿态数据获取对应的倾斜角度。

对于调节模块400，所述姿态调节优选地为调节所述RTK设备在相应方向的倾斜度。所述预设的居中区域为存在预设的测量误差的气泡区域。

如图2所示，电子气泡为1010，居中区域1020所对应的测量误差为0.02m至0.04m，居中区域1030所对应的测量误差为0m至0.02m。如果气泡在外圈。

以下所述是本发明的RTK设备调节系统第二实施方式。

本实施方式的所述RTK设备调节系统与第一实施方式的区别在于：调节模块400进一步可用于：

根据以下所述公式获取所述倾斜角度对应的位置测量误差：

Δd＝H×sinθ；

其中，θ为所述倾斜角度，H为所述RTK设备的对中杆的杆长，Δd为位置测量误差。

若所述测量误差不在预设的误差范围内，则根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节。

若所述测量误差在预设的误差范围内，则不对所述RTK设备进行调整。

本实施方式，可在所述测量误差在预设的误差范围内时，不对所述RTK设备进行调整。能进一步提高RTK设备的整平效率。

优选地，可将所述预设的误差范围对应图2所示的居中区域1030所对应的测量误差，即0m至0.02m。

请参阅图5，图5是本发明的RTK测量方法第一实施方式的流程示意图。

本实施方式的所述RTK测量方法包括以下步骤：

步骤S501，接收RTK设备的姿态传感器采集的姿态数据。

步骤S502，将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据。

步骤S503，将所述设备姿态数据转换为所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度。

步骤S504，根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域。

步骤S505，通过调节后的RTK设备进行RTK测量。

本实施方式所述的RTK测量方法，通过姿态传感器采集的姿态数据可精确获得所述RTK设备的设备姿态数据，进而计算出倾斜角度，参照所述RTK设备的电子气泡进行调整，可快速精确地将RTK设备整平，提高整平效率，进而提高RTK测量的精确度和效率。

本实施方式所述的步骤S501至步骤504与图1至图3中所示的步骤相应。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种RTK设备调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收RTK设备的姿态传感器采集的姿态数据；

将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据；

将所述设备姿态数据转换为所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度；

根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域。

2.根据权利要求1所述的RTK设备调节方法，其特征在于，将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据的步骤包括以下步骤：

通过预设点数的移动平均值滤波器对接收的姿态数据进行滤波处理；

将滤波处理后的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据。

3.根据权利要求1所述的RTK设备调节方法，其特征在于，将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据的步骤包括以下步骤：

通过以下所述公式，将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cos\θ}}_y& {\mathrm{sin\θ}}_y\\ 0& -{\mathrm{sin\θ}}_y& {\mathrm{cos\θ}}_y\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\θ}}_x& 0& {\mathrm{sin\θ}}_x\\ 0& 1& 0\\ -{\mathrm{sin\θ}}_x& 0& {\mathrm{cos\θ}}_x\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}^{\′}\\ y^{\′}\\ z^{\′}\end{array}\right];$

${\mathrm{\θ}}_x={\tan }^{-1}\left(\frac{x}{\sqrt{y^2+z^2}}\right);$

${\mathrm{\θ}}_y={\tan }^{-1}\left(\frac{y}{\sqrt{x^2+z^2}}\right);$

其中，x’、y’和z’为接收的姿态数据在所述姿态传感器的坐标系中的坐标值，x、y和z为所述RTK设备的设备姿态数据。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的RTK设备调节方法，其特征在于，根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域的步骤还包括以下步骤：

根据以下所述公式获取所述倾斜角度对应的位置测量误差：

Δd＝H×sinθ；

其中，θ为所述倾斜角度，H为所述RTK设备的对中杆的杆长，Δd为位置测量误差；

若所述测量误差不在预设的误差范围内，则根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节；

若所述测量误差在预设的误差范围内，则不对所述RTK设备进行调整。

5.一种RTK测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收RTK设备的姿态传感器采集的姿态数据；

将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据；

将所述设备姿态数据转换为所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度；

根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域；

通过调节后的RTK设备进行RTK测量。

6.一种RTK设备调节系统，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收RTK设备的姿态传感器采集的姿态数据；

姿态转换模块，用于将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据；

角度转换模块，用于将所述设备姿态数据转换为所述RTK设备相对预设整平方向的倾斜角度；

调节模块，用于根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节，直至所述RTK设备的电子气泡处于预设居中区域。

7.根据权利要求6所述的RTK设备调节系统，其特征在于，所述接收模块还用于：

通过预设点数的移动平均值滤波器对接收的姿态数据进行滤波处理；

将滤波处理后的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据。

8.根据权利要求6所述的RTK设备调节系统，其特征在于，所述姿态转换模块还用于：

通过以下所述公式，将接收的姿态数据从所述姿态传感器的坐标系向所述RTK设备的坐标系转换，转换为所述RTK设备的设备姿态数据：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cos\θ}}_y& {\mathrm{sin\θ}}_y\\ 0& -{\mathrm{sin\θ}}_y& {\mathrm{cos\θ}}_y\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\θ}}_x& 0& {\mathrm{sin\θ}}_x\\ 0& 1& 0\\ -{\mathrm{sin\θ}}_x& 0& {\mathrm{cos\θ}}_x\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}^{\′}\\ y^{\′}\\ z^{\′}\end{array}\right];$

${\mathrm{\θ}}_x={\tan }^{-1}\left(\frac{x}{\sqrt{y^2+z^2}}\right);$

${\mathrm{\θ}}_y={\tan }^{-1}\left(\frac{y}{\sqrt{x^2+z^2}}\right);$

其中，x’、y’和z’为接收的姿态数据在所述姿态传感器的坐标系中的坐标值，x、y和z为所述RTK设备的设备姿态数据。

9.根据权利要求6至8中任意一项所述的RTK设备调节系统，其特征在于，所述调节模块还用于：

根据以下所述公式获取所述倾斜角度对应的位置测量误差：

Δd＝H×sinθ；

其中，θ为所述倾斜角度，H为所述RTK设备的对中杆的杆长，Δd为位置测量误差；

若所述测量误差不在预设的误差范围内，则根据所述倾斜角度对所述RTK设备进行姿态调节；

若所述测量误差在预设的误差范围内，则不对所述RTK设备进行调整。

10.根据权利要求9所述的RTK设备调节系统，其特征在于，所述姿态传感器为重力传感器。