CN105388494A - 一种应用于rtk接收机的激光测距定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于RTK接收机的激光测距定位方法，包括如下步骤：步骤S1、选择激光测距前方交会功能观测模式，并预设一待测点C；步骤S2、选取第一观测点A，在第一观测点A进行激光雷达瞄准待测点，并测量获取RTK坐标、姿态角、距离；步骤S3、选取第二观测点B，在第二观测点B进行激光雷达瞄准待测点，并测量获取RTK坐标、姿态角、距离；步骤S4、进行前方交会计算，选择第一观测点A和第二测量点B的测量数据，计算出待测点C的坐标；步骤S5、激光测距观测结束，恢复常规测量模式；步骤S6、重复步骤S1至步骤S5，测量下一待测点的坐标。本发明解决了非接触测量问题，方法简单易用，实时性较好。

Description

一种应用于RTK接收机的激光测距定位方法

技术领域

本发明涉及测绘领域，具体涉及到一种应用于RTK接收机的激光测距定位方法。

背景技术

传统RTK(Real-TimeKinematic)是一种常用的基于卫星导航技术的GPS测量方法。它采用了载波相位动态实时差分方法，可以实时得到厘米级定位精度，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新技术手段，极大地提高了外业作业效率。但是，传统RTK测量无法很好的解决非接触式测量，比如树下、墙角等信号遮挡严重的地方测量。

发明内容

本发明提供了一种应用于RTK接收机的激光测距定位方法，包括如下步骤：

步骤S1、选择激光测距前方交会功能观测模式，并预设一待测点C；

步骤S2、选取第一观测点A，在第一观测点A进行激光雷达瞄准待测点，并测量获取RTK坐标、姿态角、距离；

步骤S3、选取第二观测点B，在第二观测点B进行激光雷达瞄准待测点，并测量获取RTK坐标、姿态角、距离；

步骤S4、进行前方交会计算，选择第一观测点A和第二测量点B的测量数据，计算出待测点C的坐标；

步骤S5、激光测距观测结束，恢复常规测量模式；

步骤S6、重复步骤S1至步骤S5，测量下一待测点的坐标。

在上述的激光测距定位方法中，进行前方交会计算的步骤包括：

根据测量方式和几何条件得出观测方程：

$S_{AC}=\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}$

$S_{BC}=\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}$

LP_AC＝(Z_C-Z_A)/S_AC

LP_BC＝(Z_C-Z_B)/S_BC

$L_{AC}=\frac{X_C-X_A}{S_{AC}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)}$

$L_{BC}=\frac{X_C-X_B}{S_{BC}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)}$ 公式1；

其中，X_A、Y_A、Z_A分别为第一观测点A坐标观测值X、Y、Z三个方向分量，X_B、Y_B、Z_B分别为第二观测点B坐标观测值X、Y、Z三个方向分量，X_c、Y_c、Z_c分别为待测点C坐标待求值X、Y、Z三个方向分量，pitch_AC为第一观测点A到待测点C的俯仰角，pitch_BC为第二观测点B到待测点C的俯仰角，S_AC为第一观测点A和待测点C之间的观测距离，S_BC为第二观测点B和待测点C之间的观测距离，L_AC、L_BC为虚拟观测值，L_AC＝cos(yaw_AC)，L_BC＝cos(yaw_BC)，LP_AC、LP_BC为虚拟观测值，LP_AC＝sin(pitch_AC)，LP_BC＝sin(pitch_BC)；

对公式1按照间接平差线性化之后得到：

$\left[\begin{array}{c}{S}_{AC}\\ S_{BC}\\ {\mathrm{LP}}_{AC}\\ {\mathrm{LP}}_{BC}\\ L_{AC}\\ L_{BC}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Z_C}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\end{array}\right]+d$

其中偏导数为：

$\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}=\frac{X_C}{\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}}$

$\frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}=\frac{Y_C}{\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}}$

$\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{Z_C}{\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}}$

$\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}=\frac{X_C}{\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}}$

$\frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}=\frac{Y_C}{\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}}$

$\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{Z_C}{\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂X_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{AC}}^2}\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Y_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{AC}}^2}\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{(S_{AC}-Z_C\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C})}{{S_{AC}}^2}-\frac{-Z_A}{{S_{AC}}^2}\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{BC}}^2}\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{BC}}^2}\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{(S_{AC}-Z_C\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C})}{{S_{BC}}^2}-\frac{-Z_A}{{S_{BC}}^2}\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{X_C}{S_{AC}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂X_C}=\frac{(S_{AC}-X_C\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C})}{{(S_{AC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}-\frac{-X_A}{{(S_{AC}\·cos({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂Y_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{AC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}\·\cos \left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{AC}\·cos({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}$

$\frac{\∂L_{BC}}{\∂X_C}=\frac{(S_{BC}-X_C\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C})}{{(S_{BC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}-\frac{-X_A}{{(S_{BC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{BC}\left)\right)}^2}\·\cos \left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂L_{BC}}{\∂Y_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{BC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{BC}\left)\right)}^2}\·\cos \left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂L_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{BC}\·cos({\mathrm{pitch}}_{BC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C};$

令 $B=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Z_C}\end{array}\right];$

其中， $\begin{array}{c}\hat{X}={(X_c,Y_c,Z_c)}^T\\ \hat{L}={(S_{AC},S_{BC},{\mathrm{LP}}_{AC},{\mathrm{LP}}_{BC},L_{AC},L_{BC})}^T\end{array};$

简化后得到： $\hat{L}=B\·\hat{X}+d;$

组成误差方程：

平差准则为：V^T·P·V＝min；

按照间接平差得到：

$\begin{array}{c}\hat{x}=(B^T\·P\·B)\·B^T\·P\·l\\ \hat{X}=X_0+\hat{x}\end{array};$

为观测值，为观测方程待求参数，B为观测矩阵，V为观测值改正数，为误差方程待求参数，l＝L-(B·X₀+d)为误差方程常数项，X₀为待求参数的初始近似值；

P为观测权，根据先验精度定权， $P=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{\σ}}_{S_{AC}}& & & & & \\ & {\mathrm{\σ}}_{S_{BC}}& & & & \\ & & {\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{LP}}_{AC}}& & & \\ & & & {\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{LP}}_{BC}}& & \\ & & & & {\mathrm{\σ}}_{L_{AC}}& \\ & & & & & {\mathrm{\σ}}_{L_{BC}}\end{array}\right],$ 分别为S_AC、S_BC、LP_AC、LP_BC、L_AC、L_BC的观测精度。

在上述的激光测距定位方法中，第一观测点A和第二观测点B的距离不小于5米。

同时本发明还提供了一种应用于RTK接收机的激光测距定位方法，包括如下步骤：

步骤S1、选择激光测距自由设站功能观测模式，并预设一待测点C；

步骤S2、选取第一观测点A，在第一观测点A架设GNNS接收机，进行测量获取第一观测点A的RTK坐标，测量完成后，在第一观测点A架设后视标杆，该后视标杆具有一后视点A1；

步骤S3、选取第二观测点B，在第二观测点B架设GNNS接收机，使用激光雷达瞄准后视点A1，进行定向测量获取RTK坐标、姿态角、距离，然后选择后视点A1数据进行角度方位校正；

步骤S4、完成角度方位校正后进行连续测量，在第二观测点B使用激光雷达瞄准待测点C，进行测量以获取RTK坐标、姿态角、距离，计算出待测点C坐标；

步骤S5、重复步骤S4，测量下一待测点坐标；

步骤S6、激光测距观测结束，恢复常规测量模式。

在上述的激光测距定位方法中，采用自由设站模式观测目标点的计算公式为：

Dz_BC＝S_BC·sin(pitch_BC)

Dx_BC＝S_BC·cos(pitch_BC)·cos(yaw_BC)

Dy_BC＝S_BC·cos(pitch_BC)·sin(yaw_BC)

$\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_B\\ Y_B\\ Z_B\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}D{x}_{BC}\\ {\mathrm{Dy}}_{BC}\\ {\mathrm{Dz}}_{BC}\end{array}\right];$

其中，X_B、Y_B、Z_B分别为第二观测点B坐标观测值X、Y、Z三个方向分量，X_c、Y_c、Z_c分别为待测点C坐标待求值X、Y、Z三个方向分量，Dx_BC、Dy_BC、Dz_BC为第二观测点B和待测点C的坐标差值X、Y、Z三个方向分量，yaw_BC为第二观测点B到待测点C的方位角，pitch_BC为第二观测点B到待测点C的俯仰角，S_BC为第二观测点B和待测点C之间的观测距离。

与现有技术相比，与第一部分的现有技术方案相比，本发明通过激光测距测量可以解决墙角、树荫等GPS信号观测条件不好的测量问题，同时可以解决由于河道，围栏阻挡等无妨到达的目标点进行观测的问题。本发明采用激光测距进行非接触测量，方法简单易用，实时性较好。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1A为本发明采用前方交会模式作业方法的测绘示意图；

图1B为本发明采用前方交会模式作业方法的流程图；

图2A为本发明采用自由设站模式作业方法的测绘示意图；

图2B为本发明采用自由设站模式作业方法的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

在本发明中，提供了两种应用于RTK接收机的激光测距定位方法，主要技术路线为：

1、通过在测量型GNSS设备中集成激光测距传感器、陀螺仪传感器、倾角传感器，从而可以获取设备RTK坐标、姿态、目标点方位角、距离等多种观测值。

2、融合RTK坐标、姿态、目标点方位角、距离，采用前方交会的方式，实现单目标点的非接触测量。

3、融合RTK坐标、姿态、目标点方位角、距离，采用自由设站的方式，实现连续的多目标点的非接触式测量。

本发明主要外业作业模式如下：

GNSS设备中集成激光测距传感器、陀螺仪传感器、倾角传感器，从而可以获取设备RTK坐标、姿态、目标点方位角、距离等多种观测值，使用这些数据可以采用前方交会和自由设站两种方式实现目标点的测量，如图1所示。其中，前方交会是利用在两个已知点上瞄准同一个目标点进行测距计算目标点距离，它的优点是使用绝对的倾角数据和基线数据，计算精度较高，缺点是一个目标点要在不同位置观测两次，作业流程复杂。自由设站是指通过观测一个已知后视点进行位置和角度的校准，然后连续观测目标点的测量方式，它的优点是可连续测量目标点，缺点是受限于标定和陀螺仪定位精度会略低，并且定位精度随时间增大。

下面就本发明提供的两种应用于RTK接收机的激光测距定位方法进行分开描述。

实施例一

一种应用于RTK接收机的激光测距定位方法，参照图1A和图1B所示，包括如下步骤：

步骤S1、选择激光测距前方交会功能观测模式，并预设一待测点C。

步骤S2、选取第一观测点A，在第一观测点A进行激光雷达瞄准待测点，并测量获取RTK坐标、姿态角、距离。

步骤S3、选取第二观测点B，在第二观测点B进行激光雷达瞄准待测点，并测量获取RTK坐标、姿态角、距离。

需要特别说明的是，图1中三角形ABC应该尽量成等边三角形，并且AB应该之间距离应该不低于5米，最好10米以上。

步骤S4、进行前方交会计算，选择第一观测点A和第二测量点B的测量数据，计算出待测点C的坐标。

进行前方交会计算的步骤包括：

根据测量方式和几何条件得出观测方程：

$S_{AC}=\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}$

$S_{BC}=\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}$

LP_AC＝(Z_C-Z_A)/S_AC

LP_BC＝(Z_C-Z_B)/S_BC

$L_{AC}=\frac{X_C-X_A}{S_{AC}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)}$

$L_{BC}=\frac{X_C-X_B}{S_{BC}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)}$ 公式1；

其中，X_A、Y_A、Z_A分别为第一观测点A坐标观测值X、Y、Z三个方向分量，X_B、Y_B、Z_B分别为第二观测点B坐标观测值X、Y、Z三个方向分量，X_c、Y_c、Z_c分别为待测点C坐标待求值X、Y、Z三个方向分量，pitch_AC为第一观测点A到待测点C的俯仰角，pitch_BC为第二观测点B到待测点C的俯仰角，S_AC为第一观测点A和待测点C之间的观测距离，S_BC为第二观测点B和待测点C之间的观测距离，L_AC、L_BC为虚拟观测值，L_AC＝cos(yaw_AC)，L_BC＝cos(yaw_BC)，LP_AC、LP_BC为虚拟观测值，LP_AC＝sin(pitch_AC)，LP_BC＝sin(pitch_BC)；

对公式1按照间接平差线性化之后得到：

$\left[\begin{array}{c}{S}_{AC}\\ S_{BC}\\ {\mathrm{LP}}_{AC}\\ {\mathrm{LP}}_{BC}\\ L_{AC}\\ L_{BC}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Z_C}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\end{array}\right]+d$

其中偏导数为：

$\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}=\frac{X_C}{\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}}$

$\frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}=\frac{Y_C}{\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}}$

$\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{Z_C}{\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}}$

$\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}=\frac{X_C}{\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}}$

$\frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}=\frac{Y_C}{\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}}$

$\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{Z_C}{\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂X_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{AC}}^2}\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Y_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{AC}}^2}\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{(S_{AC}-Z_C\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C})}{{S_{AC}}^2}-\frac{-Z_A}{{S_{AC}}^2}\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{BC}}^2}\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{BC}}^2}\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{(S_{AC}-Z_C\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C})}{{S_{BC}}^2}-\frac{-Z_A}{{S_{BC}}^2}\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{X_C}{S_{AC}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂X_C}=\frac{(S_{AC}-X_C\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C})}{{(S_{AC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}-\frac{-X_A}{{(S_{AC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}\·\cos \left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂Y_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{AC}\·cos({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{AC}\·cos({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}$

$\frac{\∂L_{BC}}{\∂X_C}=\frac{(S_{BC}-X_C\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C})}{{(S_{BC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}-\frac{-X_A}{{(S_{BC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{BC}\left)\right)}^2}\·\cos \left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂L_{BC}}{\∂Y_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{BC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{BC}\left)\right)}^2}\·\cos \left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂L_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{BC}\·cos({\mathrm{pitch}}_{BC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C};$

令 $B=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Z_C}\end{array}\right];$

其中， $\begin{array}{c}\hat{X}={(X_c,Y_c,Z_c)}^T\\ \hat{L}={(S_{AC},S_{BC},{\mathrm{LP}}_{AC},{\mathrm{LP}}_{BC},L_{AC},L_{BC})}^T\end{array};$

简化后得到： $\hat{L}=B\·\hat{X}+d;$

组成误差方程：

平差准则为：V^T·P·V＝min；

按照间接平差得到：

$\begin{array}{c}\hat{x}=(B^T\·P\·B)\·B^T\·P\·l\\ \hat{X}=X_0+\hat{x}\end{array};$

为观测值，为观测方程待求参数，B为观测矩阵，V为观测值改正数，为误差方程待求参数，l＝L-(B·X₀+d)为误差方程常数项，X₀为待求参数的初始近似值；

P为观测权，根据先验精度定权， $P=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{\σ}}_{S_{AC}}& & & & & \\ & {\mathrm{\σ}}_{S_{BC}}& & & & \\ & & {\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{LP}}_{AC}}& & & \\ & & & {\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{LP}}_{BC}}& & \\ & & & & {\mathrm{\σ}}_{L_{AC}}& \\ & & & & & {\mathrm{\σ}}_{L_{BC}}\end{array}\right],$ 分别为S_AC、S_BC、LP_AC、LP_BC、L_AC、L_BC的观测精度。

步骤S5、激光测距观测结束，恢复常规测量模式；

步骤S6、重复步骤S1至步骤S5，测量下一待测点的坐标。

实施例二

在本实施例中，本发明还提供了另外一种应用于RTK接收机的激光测距定位方法，参照图2A和图2B所示，具体包括如下步骤：

步骤S1、选择激光测距自由设站功能观测模式，并预设一待测点C。

步骤S2、选取第一观测点A，在第一观测点A架设GNNS(GlobalNavigationSatelliteSystem,全球导航卫星系统)接收机，进行测量获取第一观测点A的RTK坐标，测量完成后，在第一观测点A架设后视标杆，该后视标杆具有一后视点A1。

步骤S3、选取第二观测点B，在第二观测点B架设GNNS接收机，使用激光雷达瞄准后视点A1，进行定向测量获取RTK坐标、姿态角、距离，然后选择后视点A1数据进行角度方位校正。

步骤S4、完成角度方位校正后进行连续测量，在第二观测点B使用激光雷达瞄准待测点C，进行测量以获取RTK坐标、姿态角、距离，计算出待测点C坐标。

具体的，采用自由设站模式观测目标点的计算公式为：

Dz_BC＝S_BC·sin(pitch_BC)

Dx_BC＝S_BC·cos(pitch_BC)·cos(yaw_BC)

Dy_BC＝S_BC·cos(pitch_BC)·sin(yaw_BC)

$\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_B\\ Y_B\\ Z_B\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}D{x}_{BC}\\ {\mathrm{Dy}}_{BC}\\ {\mathrm{Dz}}_{BC}\end{array}\right];$

其中，X_B、Y_B、Z_B分别为第二观测点B坐标观测值X、Y、Z三个方向分量，X_c、Y_c、Z_c分别为待测点C坐标待求值X、Y、Z三个方向分量，Dx_BC、Dy_BC、Dz_BC为第二观测点B和待测点C的坐标差值X、Y、Z三个方向分量，yaw_BC为第二观测点B到待测点C的方位角，pitch_BC为第二观测点B到待测点C的俯仰角，S_BC为第二观测点B和待测点C之间的观测距离。

步骤S5、重复步骤S4，测量下一待测点如C2、C3、C4的坐标。

步骤S6、激光测距观测结束，恢复常规测量模式。

综上所述，由于本发明采用了如上的技术方案，采用RTK接收机扩展摄像机设备可实现本发明的目的，主要是在通过近景摄影测量的方式进行目标点观测。采用摄影测量方法的优点是获取数据量信息量大，图像上任意匹配点都可计算坐标，同时观测瞬间被保存成图像，可内业采集核对。采用机激光测距方式的优点是实现和计算简单，方便实用。

本发明可成功应用于内置了激光传感器和倾斜传感器的RTK测地型接收机，解决了非接触式测量的问题。在本发明中，可以采用RTK和倾斜传感器，实现了前方交会模式测量目标点；另外还同时采用了陀螺仪传感器，实现了自由设站模式测量目标点。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种应用于RTK接收机的激光测距定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、选择激光测距前方交会功能观测模式，并预设一待测点C；

步骤S2、选取第一观测点A，在第一观测点A进行激光雷达瞄准待测点，并测量获取RTK坐标、姿态角、距离；

步骤S3、选取第二观测点B，在第二观测点B进行激光雷达瞄准待测点，并测量获取RTK坐标、姿态角、距离；

步骤S4、进行前方交会计算，选择第一观测点A和第二测量点B的测量数据，计算出待测点C的坐标；

步骤S5、激光测距观测结束，恢复常规测量模式；

步骤S6、重复步骤S1至步骤S5，测量下一待测点的坐标。

2.如权利要求1所述的激光测距定位方法，其特征在于，进行前方交会计算的步骤包括：

根据测量方式和几何条件得出观测方程：

$S_{AC}=\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}$

$S_{BC}=\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}$

LP_AC＝(Z_C-Z_A)/S_AC

LP_BC＝(Z_C-Z_B)/S_BC

$L_{AC}=\frac{X_C-X_A}{S_{AC}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)}$

$L_{BC}=\frac{X_C-X_B}{S_{BC}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)}$ 公式1；

其中，X_A、Y_A、Z_A分别为第一观测点A坐标观测值X、Y、Z三个方向分量，X_B、Y_B、Z_B分别为第二观测点B坐标观测值X、Y、Z三个方向分量，X_c、Y_c、Z_c分别为待测点C坐标待求值X、Y、Z三个方向分量，pitch_AC为第一观测点A到待测点C的俯仰角，pitch_BC为第二观测点B到待测点C的俯仰角，S_AC为第一观测点A和待测点C之间的观测距离，S_BC为第二观测点B和待测点C之间的观测距离，L_AC、L_BC为虚拟观测值，L_AC＝cos(yaw_AC)，L_BC＝cos(yaw_BC)，LP_AC、LP_BC为虚拟观测值，LP_AC＝sin(pitch_AC)，LP_BC＝sin(pitch_BC)；

对公式1按照间接平差线性化之后得到：

$\left[\begin{array}{c}{S}_{AC}\\ S_{BC}\\ {\mathrm{LP}}_{AC}\\ {\mathrm{LP}}_{BC}\\ L_{AC}\\ L_{BC}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Z_C}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\end{array}\right]+d$

其中偏导数为：

$\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}=\frac{X_C}{\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}}$

$\frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}=\frac{Y_C}{\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}}$

$\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{Z_C}{\sqrt{{(X_C-X_A)}^2+{(Y_C-Y_A)}^2+{(Z_C-Z_A)}^2}}$

$\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}=\frac{X_C}{\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}}$

$\frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}=\frac{Y_C}{\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}}$

$\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{Z_C}{\sqrt{{(X_C-X_B)}^2+{(Y_C-Y_B)}^2+{(Z_C-Z_B)}^2}}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂X_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{AC}}^2}\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Y_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{AC}}^2}\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{(S_{AC}-Z_C\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C})}{{S_{AC}}^2}-\frac{-Z_A}{{S_{AC}}^2}\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{BC}}^2}\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{-(Z_C-Z_A)}{{S_{BC}}^2}\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{(S_{AC}-Z_C\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C})}{{S_{BC}}^2}-\frac{-Z_A}{{S_{BC}}^2}\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{X_C}{S_{AC}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂X_C}=\frac{(S_{AC}-X_C\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C})}{{(S_{AC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}-\frac{-X_A}{{(S_{AC}\·cos({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂Y_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{AC}\·cos({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{AC}\·cos({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{AC}\right)\·\frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}$

$\frac{\∂L_{BC}}{\∂X_C}=\frac{(S_{BC}-X_C\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C})}{{(S_{BC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{AC}\left)\right)}^2}-\frac{-X_A}{{(S_{BC}\·cos({\mathrm{pitch}}_{BC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}$

$\frac{\∂L_{BC}}{\∂Y_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{BC}\·\cos ({\mathrm{pitch}}_{BC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}$

$\frac{\∂L_{BC}}{\∂Z_C}=\frac{-(X_C-X_A)}{{(S_{BC}\·cos({\mathrm{pitch}}_{BC}\left)\right)}^2}\·cos\left({\mathrm{pitch}}_{BC}\right)\·\frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C};$

令 $B=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\∂S_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂S_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂S_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂{\mathrm{LP}}_{BC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{AC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{AC}}{\∂Z_C}\\ \frac{\∂L_{BC}}{\∂X_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Y_C}& \frac{\∂L_{BC}}{\∂Z_C}\end{array}\right];$

其中， $\begin{array}{c}\hat{X}={(X_c,Y_c,Z_c)}^T\\ \hat{L}={(S_{AC},S_{BC},{\mathrm{LP}}_{AC},{\mathrm{LP}}_{BC},L_{AC},L_{BC})}^T\end{array};$

简化后得到： $\hat{L}=B\·\hat{X}+d;$

组成误差方程：

平差准则为：V^T·P·V＝min；

按照间接平差得到：

$\begin{array}{c}\hat{x}=(B^T\·P\·B)\·B^T\·P\·l\\ \hat{X}=X_0+\hat{x}\end{array};$

为观测值，为观测方程待求参数，B为观测矩阵，V为观测值改正数，为误差方程待求参数，l＝L-(B·X₀+d)为误差方程常数项，X₀为待求参数的初始近似值；

P为观测权，根据先验精度定权， $P=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{\σ}}_{S_{AC}}& & & & & \\ & {\mathrm{\σ}}_{S_{BC}}& & & & \\ & & {\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{LP}}_{AC}}& & & \\ & & & {\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{LP}}_{BC}}& & \\ & & & & {\mathrm{\σ}}_{L_{AC}}& \\ & & & & & {\mathrm{\σ}}_{L_{BC}}\end{array}\right],$ 分别为S_AC、S_BC、LP_AC、LP_BC、L_AC、L_BC的观测精度。

3.如权利要求1所述的激光测距定位方法，其特征在于，第一观测点A和第二观测点B的距离不小于5米。

4.一种应用于RTK接收机的激光测距定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、选择激光测距自由设站功能观测模式，并预设一待测点C；

步骤S2、选取第一观测点A，在第一观测点A架设GNNS接收机，进行测量获取第一观测点A的RTK坐标，测量完成后，在第一观测点A架设后视标杆，该后视标杆具有一后视点A1；

步骤S3、选取第二观测点B，在第二观测点B架设GNNS接收机，使用激光雷达瞄准后视点A1，进行定向测量获取RTK坐标、姿态角、距离，然后选择后视点A1数据进行角度方位校正；

步骤S4、完成角度方位校正后进行连续测量，在第二观测点B使用激光雷达瞄准待测点C，进行测量以获取RTK坐标、姿态角、距离，计算出待测点C坐标；

步骤S5、重复步骤S4，测量下一待测点坐标；

步骤S6、激光测距观测结束，恢复常规测量模式。

5.如权利要求4所述的激光测距定位方法，其特征在于，采用自由设站模式观测目标点的计算公式为：

Dz_BC＝S_BC·sin(pitch_BC)

Dx_BC＝S_BC·cos(pitch_BC)·cos(yaw_BC)

Dy_BC＝S_BC·cos(pitch_BC)·sin(yaw_BC)

$\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_B\\ Y_B\\ Z_B\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}D{x}_{BC}\\ {\mathrm{Dy}}_{BC}\\ {\mathrm{Dz}}_{BC}\end{array}\right];$

其中，X_B、Y_B、Z_B分别为第二观测点B坐标观测值X、Y、Z三个方向分量，X_c、Y_c、Z_c分别为待测点C坐标待求值X、Y、Z三个方向分量，Dx_BC、Dy_BC、Dz_BC为第二观测点B和待测点C的坐标差值X、Y、Z三个方向分量，yaw_BC为第二观测点B到待测点C的方位角，pitch_BC为第二观测点B到待测点C的俯仰角，S_BC为第二观测点B和待测点C之间的观测距离。