CN106707317A - 区域位置差分定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种区域位置差分定位方法及系统，包括如下步骤：设置GNSS终端作为基准站或移动站使用；所有GNSS终端基准站获取定位数据及所用卫星编号；将所有GNSS终端基准站真实位置值与卫星定位值做差，得出位置差分项；所有GNSS终端基准站将位置差分项及所用卫星编号打包发给数据服务器；GNSS终端移动站读取数据服务器上的打包数据，取其中所用卫星编号全部一致的位置差分项作为修正值，计算得到GNSS终端移动站的差分定位值。本发明通过对现有普通GNSS终端进行简单改造，并在区域内进行基准站布局，就能获得较高的定位精度，是一种简易高效低成本的高精度定位方法及系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种区域位置定位方法及系统，尤其涉及一种区域位置差分定位方法及系统。
背景技术
2010年《关于深化我国低空空域管理改革的意见》的出台视为通用航空大发展的起点，此后鼓励政策陆续出台，通用航空的企业数量和机队规模也确实得到了扩张。由于通用航空的发展最终要反映到飞行量上，并对区域内通用航空及交通运输领域的定位精度的要求越来越高。
现有的GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)包括美国的卫星导航系统GPS，俄罗斯的GLONASS，欧盟的Galileo以及中国的北斗。因此，如何利用现有普通GNSS终端，解决区域内通用航空及交通运输领域的定位精度不高的问题，并尽量降低系统实现成本，一直是本领域的研究热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种区域位置差分定位方法及系统，通过对现有普通GNSS终端进行简单改造，并在区域内进行基准站布局，就能获得较高的定位精度，是一种简易高效低成本的高精度定位方法。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种区域位置差分定位方法，包括如下步骤：设置GNSS终端作为基准站或移动站使用；所有GNSS终端基准站获取定位数据及所用卫星编号；将所有GNSS终端基准站真实位置值与卫星定位值做差，得出位置差分项；所有GNSS终端基准站通过通信模块将GNSS终端基准站编号、位置差分项及所用卫星编号打包发给数据服务器；GNSS终端移动站获取定位信息；GNSS终端移动站读取数据服务器上的所有GNSS基准站的打包数据或者将GNSS终端移动站编号、卫星编号和定位信息打包发送给数据服务器；GNSS终端移动站对比所有基准站所用的卫星编号，取其中所用卫星编号全部一致的位置差分项作为修正值；或者由数据服务器对比GNSS终端移动站和所有基准站所有的卫星编号，取其中所用卫星编号全部一致的位置差分项作为修正值，并发送给GNSS终端移动站；GNSS终端移动站依据其定位信息和修正值计算差分定位值。
上述的区域位置差分定位方法，其中，所述基准站按如下方式进行登记：当基准站开启定位功能并与数据服务器建立通信时，基准站发送登记请求至数据服务器，数据服务器记录基准站发送的登记请求，并发送登记回执给基准站；当基准站在预设时间内没有接收到数据服务器发送的回执，将再次发送登记请求，直到接收到回执。
上述的区域位置差分定位方法，其中，当基准站完成登记后，所述基准站与数据服务器实时通信以提供差分计算服务，当某一时刻基准站与数据服务器通信中断时，所述基准站判断该时刻通信异常，并记录报警。
上述的区域位置差分定位方法，其中，所述基准站测量定位数据与真实位置值作差并计算该向量的模，当该模大于设定阈值，则由基准站判断该时刻的定位数据异常并舍去，基准站通过通信模块将[警告提示]或[异常数据值]或[警告提示和异常数据值]，发送至数据服务器，并由数据服务器转发至移动站，数据服务器和移动站自动接收并记录。
上述的区域位置差分定位方法，其中，所述移动站按如下方式进行登记：当移动站开启定位功能并与数据服务器建立通信时，移动站发送登记请求至数据服务器，数据服务器记录移动站发送的登记请求，并发送登记回执给移动站；当移动站在预设时间内没有接收到数据服务器发送的回执，将再次发送登记请求，直到接收到回执。
上述的区域位置差分定位方法，其中，当移动站完成登记后，所述移动站与数据服务器实时通信以获取基准站的位置差分项，当出现基准站定位异常、位置差分项数据异常、通信异常或者移动站无法匹配到使用相同一组卫星的基准站，所述移动站采用原始定位数据，并作标记。
上述的区域位置差分定位方法，其中，所述移动站或数据服务器在匹配移动站和基准站的卫星编号过程中，将所有基准站的卫星编号与移动站的卫星编号逐个比对，如果有两个以上基准站和移动站使用了同一组卫星，则分别计算这些基准站到移动站的距离，选取距离最小的基准站作为差分项计算来源设备。
上述的区域位置差分定位方法，其中，当某时刻，所述数据服务器接收到的基准站或移动站的数据内容无法解析时，判断该数据无效，并发送警告提示给移动站，移动站自动记录异常，此刻的定位不做差分处理，定位数据采用原始定位数据，并作标记；当数据服务器接收来自基准站或移动站的数据无法解析，并且连续无法解析超过预设时间，则判断基准站或移动站设备异常，并发送重启指令给基准站或移动站，其中，基准站接收到重启指令后自动重启，移动站接收到重启指令后将提示人工确认，当超过预设时间没有人工确认，则自动确认重启。
本发明为解决上述技术问题还提供一种区域位置差分定位系统，包括至少1台GNSS终端基准站、1个数据服务器以及至少1台GNSS终端移动站，所有基准站在移动站的使用区域内呈蜂窝状布局，任意两个基准站按预定距离分布，使得所有移动站均匹配到使用同样一组卫星的基准站；所述GNSS终端基准站和GNSS终端移动站均由GNSS终端配置而成，所有基准站、移动站均与数据服务器通信，并共享卫星编号、终端编号、定位数据和差分数据信息；所述GNSS终端基准站将卫星定位值与真实位置值作差得到差分项，同时将所用的卫星编号、GNSS终端基准站编号打包进行发布；所有发布信息在数据服务器中进行实时存储；所有移动站匹配到使用同一组卫星的基准站，从而获取差分项，并计算得到差分修正后的定位值。
上述的区域位置差分定位系统，其中，所述任意两个基准站之间的预定距离为80公里。
上述的区域位置差分定位系统，所述GNSS终端由GNSS模块、数据处理模块、存储模块、通信模块、输入模块和显示模块组成；所述GNSS终端作为基准站或移动站使用；所述GNSS模块获取定位数据及所用卫星的编号；存储模块用于存储终端使用模式、卫星定位值、GNSS终端基准站真实位置值、卫星编号、差分项和差分修正定位值；所述数据处理模块用于数据计算与分发；所述通信模块用于数据发布，通信模块是有线、无线通信方式或多种通信方式组合；所述多种通信方式设置有不同优先级，高优先级的通信失联，则使用下一级的通信方式。
上述的区域位置差分定位系统，数据服务器由数据处理模块、存储模块、通信模块、输入模块和显示模块组成；当基准站处于待机状态时，数据服务器可以主动发起登记指令，从而开启基准站的差分定位服务功能，基准站接收指令后，发送登记请求给数据服务器，数据服务器接收到登记请求后发送回执，基准站接收到回执后，停止发送登记请求，基准站与数据服务器建立连接；基准站与数据服务器建立连接后，数据服务器对基准站进行远程操作、配置管理和数据监视；移动站与数据服务器建立连接后，数据服务器对移动站进行远程操作和数据监视。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的区域位置差分定位方法及系统，通过对现有普通GNSS终端进行简单改造，并在区域内进行基准站布局，就能获得较高的定位精度，是一种简易高效低成本的高精度定位方法。
附图说明
图1为本发明区域位置差分定位过程示意图；
图2为本发明的GNSS终端登记过程示意图；
图3为本发明区域位置差分定位系统架构示意图；
图4为本发明区域位置差分定位系统布局示意图；
图5为本发明区域位置差分定位系统中GNSS终端组成示意图；
图6为本发明区域位置差分定位系统中数据服务器组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明区域位置差分定位过程示意图。
请参见图1，本发明提供的区域位置差分定位方法，包括如下步骤：
设置GNSS终端作为基准站或移动站使用；
所有GNSS终端基准站获取定位数据及所用卫星编号；
将所有GNSS终端基准站真实位置值与卫星定位值做差，得出差分项；
所有GNSS终端基准站通过通信模块将GNSS终端基准站编号、位置差分项及所用卫星编号打包发给数据服务器；
GNSS终端移动站获取定位信息；GNSS终端移动站读取数据服务器上的所有GNSS基准站的打包数据；或者将GNSS终端移动站编号、卫星编号和定位信息打包发送给数据服务器。
GNSS终端移动站对比所有基准站所用的卫星编号，取其中所用卫星编号全部一致的差分项作为修正值；或者由数据服务器对比GNSS终端移动站和所有基准站所有的卫星编号，取其中所用卫星编号全部一致的位置差分项作为修正值，并发送给GNSS终端移动站。GNSS终端移动站依据其定位信息和修正值计算差分定位值。
本发明的GNSS终端基准站和移动站可以根据设定，将其位置数据、卫星数据、差分项、使用模式等定时或实时上传至数据服务器。GNSS终端基准站和移动站可以根据需要从服务器读取其它终端的位置数据、卫星数据、差分项、使用模式等数据，从而实现数据共享。
本发明运行管理和容错处理过程如下。
(1)基准站
(a)基准站登记：当基准站开启定位功能并与服务器建立通信时，基准站发送登记请求至服务器，服务器记录基准站发送的登记请求，并发送登记回执给基准站。当基准站在设定时间内没有接收到数据服务器发送的回执，将再次发送登记请求，直到接收到回执，如图2所示。
(b)基准站测量数据异常：基准站测量定位数据(二维或三维坐标)与真实位置值(二维或三维坐标)作差并计算该向量的模，当该模大于设定阈值，则由基准站判断该时刻的定位数据异常。异常数据应舍去，不用做差分项计算，基准站通过通信模块将[警告提示]或[异常数据值]或[警告提示和异常数据值]，发送至服务器，并由服务器转发至移动站，服务器和移动站自动接收并记录。
(c)基准站与服务器通信异常：在基准站登记后，基准站与服务器需要实时通信以提供差分计算服务，当某一时刻基准站与服务器通信中断时，基准站判断该时刻通信异常，并记录。
(2)移动站
(a)移动站登记：当移动站开启定位功能并与服务器建立通信时，移动站发送登记请求至服务器，服务器记录移动站发送的登记请求，并发送登记回执给移动站。当移动站在设定时间内没有接收到数据服务器发送的回执，将再次发送登记请求，直到接收到回执。
(b)移动站与服务器通信异常：在移动站登记后，移动站与服务器需要实时通信以进行差分，当某一时刻移动站与服务器通信中断时，移动站判断该时刻通信异常，并记录。此时刻的值移动站定位数据采用原始定位数据，并作标记。
(3)差分计算
(a)差分项计算异常：当由于[基准站定位异常]或[基准站与服务器通信异常导致]或[移动站与服务器通信异常]，该时刻差分项无法计算时，不再计算差分项，移动站定位数据采用原始定位数据，并作标记。
(b)移动站无法匹配到使用相同一组卫星的基准站：在实时定位过程中，当某一时刻无法匹配到基准站，此时，服务器记录异常并发送警告至移动站，移动站自动记录异常，移动站此刻的定位不做差分处理，移动站定位数据采用原始定位数据，并作标记。
(c)移动站和多个基准站都使用同一组卫星：移动站或数据服务器在匹配移动站和基准站的卫星编号过程中，将所有基准站的卫星编号与移动站的卫星编号逐个比对，如果有两个以上基准站和移动站使用了同一组卫星，则分别计算这些基准站到移动站的距离，选取距离最小的基准站作为差分项计算来源设备。
(4)服务器对异常情况的监测
(a)服务器与移动站通信异常中断：服务器与所有移动站在差分定位过程中需要实时通信，当某一移动站未注销(即取消开机登记)，而服务器与其通信中断时，则判断与该移动站通信异常，则记录异常。当超过设定时间，服务器与移动站任然连续通信中断，则判断移动站异常，服务器注销(取消登记)该移动站，并断开通信。
(b)服务器与基准站通信异常中断：服务器与所有基准站在差分定位过程中需要实时通信，当与某一基准站通信中断时，则判断与该基准站通信异常，则记录异常并将警告提示发送至移动站，移动站自动记录异常。
(c)服务器接收来自基准站或移动站的数据异常：
(c.1)非连续数据异常的处理：当某时刻，服务器接收到的基准站或移动站的数据内容无法解析时，判断该数据无效，并发送警告提示给移动站，移动站自动记录异常，此刻的定位不做差分处理，定位数据采用原始定位数据，并作标记；
(c.2)连续数据异常的处理：当服务器接收来自基准站或移动站的数据无法解析，并连续无法解析超过设定时间，则判断基准站或移动站设备异常，并发送重启指令给基准站或移动站，其中，基准站接收到重启指令后自动重启，移动站接收到重启指令后将提示人工确认，当超过设定时间没有人工确认，则自动确认重启。
(d)数据服务器的远程管理
(d.1)数据服务器对基准站的远程登记指令：当基准站处于待机状态时，数据服务器可以主动发起登记指令，从而开启基准站的差分定位服务功能，基准站接收指令后，发送登记请求给数据服务器，数据服务器接收到登记请求后发送回执，基准站接收到回执后，停止发送登记请求，基准站与数据服务器建立连接。
(d.2)基准站与数据服务器建立连接后，数据服务器可以对基准站进行远程操作、配置管理和数据监视。
(d.3)移动站与数据服务器建立连接后，数据服务器可以对移动站进行远程操作和数据监视。(远程操作包括如c.2所述，可以对移动站进行重启操作)
本发明的区域位置差分定位系统由1台或以上GNSS终端基准站、1个数据服务器及1台或以上GNSS终端移动站组成，如图3所示。所有基准站呈蜂窝状在移动站的使用区域内固定布局，任意两个基准站距离在80公里左右，所有移动站在蜂窝状在区域内运行，因此所有移动站能够匹配到使用同样一组卫星的基准站，如图4所示，空心圆圈表示GNSS终端基准站，实心圆圈代表GNSS终端移动站，从而进行位置差分计算(位置差分计算必须使用同一组卫星，否则误差较大)。
本发明的GNSS终端由GNSS模块、数据处理模块、存储模块、通信模块、输入模块和显示模块组成，如图5所示；GNSS终端可作为基准站或移动站使用，GNSS终端具备有线(互联网)或无线(电台、4G)通信方式。所有基准站、移动站可以与数据服务器通信，从而共享卫星编号、终端编号、定位数据、差分数据等信息。各主要模块实现功能如下：
GNSS模块获取定位数据及所用卫星的编号；
存储模块用于存储终端使用模式、卫星定位值、GNSS终端基准站真实位置值、卫星编号、差分项、差分修正定位值等数据和参数；
数据处理模块用于数据计算与分发；
通信模块用于数据发布，通信模块可以是有线或无线通信方式。比如通过接入有线互联网，或接入移动通信网络，或使用电台设备通信，或多种通信方式组合，加强通信的可靠性，可设置多种通信方式的优先级，高优先级的通信失联，则使用下一级的通信方式。
本发明的数据服务器由数据处理模块、存储模块、通信模块、输入模块和显示模块组成，如图6所示。管理人员通过数据服务器可以对基准站和移动站进行管理和信息查看
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (12)
1.一种区域位置差分定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
设置GNSS终端作为基准站或移动站使用；
所有GNSS终端基准站获取定位数据及所用卫星编号；
将所有GNSS终端基准站真实位置值与卫星定位值做差，得出位置差分项；
所有GNSS终端基准站通过通信模块将GNSS终端基准站编号、位置差分项及所用卫星编号打包发给数据服务器；
GNSS终端移动站获取定位信息；
GNSS终端移动站读取数据服务器上的所有GNSS基准站的打包数据，或者将GNSS终端移动站编号、卫星编号和定位信息打包发送给数据服务器；
GNSS终端移动站对比所有基准站所用的卫星编号，取其中所用卫星编号全部一致的位置差分项作为修正值；或者由数据服务器对比GNSS终端移动站和所有基准站所有的卫星编号，取其中所用卫星编号全部一致的位置差分项作为修正值，并发送给GNSS终端移动站；
GNSS终端移动站依据其定位信息和修正值计算差分定位值。
2.如权利要求1所述的区域位置差分定位方法，其特征在于，所述基准站按如下方式进行登记：当基准站开启定位功能并与数据服务器建立通信时，基准站发送登记请求至数据服务器，数据服务器记录基准站发送的登记请求，并发送登记回执给基准站；当基准站在预设时间内没有接收到数据服务器发送的回执，将再次发送登记请求，直到接收到回执。
3.如权利要求2所述的区域位置差分定位方法，其特征在于，当基准站完成登记后，所述基准站与数据服务器实时通信以提供差分计算服务，当某一时刻基准站与数据服务器通信中断时，所述基准站判断该时刻通信异常，并记录报警。
4.如权利要求1所述的区域位置差分定位方法，其特征在于，所述基准站测量定位数据与真实位置值作差并计算该向量的模，当该模大于设定阈值，则由基准站判断该时刻的定位数据异常并舍去，基准站通过通信模块将[警告提示]或[异常数据值]或[警告提示和异常数据值]，发送至数据服务器，并由数据服务器转发至移动站，数据服务器和移动站自动接收并记录。
5.如权利要求1所述的区域位置差分定位方法，其特征在于，所述移动站按如下方式进行登记：当移动站开启定位功能并与数据服务器建立通信时，移动站发送登记请求至数据服务器，数据服务器记录移动站发送的登记请求，并发送登记回执给移动站；当移动站在预设时间内没有接收到数据服务器发送的回执，将再次发送登记请求，直到接收到回执。
6.如权利要求5所述的区域位置差分定位方法，其特征在于，当移动站完成登记后，所述移动站与数据服务器实时通信以获取基准站的位置差分项，当出现基准站定位异常、位置差分项数据异常、通信异常或者移动站无法匹配到使用相同一组卫星的基准站，所述移动站采用原始定位数据，并作标记。
7.如权利要求1所述的区域位置差分定位方法，其特征在于，所述移动站或数据服务器在匹配移动站和基准站的卫星编号过程中，将所有基准站的卫星编号与移动站的卫星编号逐个比对，如果有两个以上基准站和移动站使用了同一组卫星，则分别计算这些基准站到移动站的距离，选取距离最小的基准站作为差分项计算来源设备。
8.如权利要求1所述的区域位置差分定位方法，其特征在于，当某时刻，所述数据服务器接收到的基准站或移动站的数据内容无法解析时，判断该数据无效，并发送警告提示给移动站，移动站自动记录异常，此刻的定位不做差分处理，定位数据采用原始定位数据，并作标记；当数据服务器接收来自基准站或移动站的数据无法解析，并且连续无法解析超过预设时间，则判断基准站或移动站设备异常，并发送重启指令给基准站或移动站，其中，基准站接收到重启指令后自动重启，移动站接收到重启指令后将提示人工确认，当超过预设时间没有人工确认，则自动确认重启。
9.一种区域位置差分定位系统，其特征在于，包括至少1台GNSS终端基准站、1个数据服务器以及至少1台GNSS终端移动站，所有基准站在移动站的使用区域内呈蜂窝状布局，任意两个基准站按预定距离分布，使得所有移动站均匹配到使用同样一组卫星的基准站；
所述GNSS终端基准站和GNSS终端移动站均由GNSS终端配置而成，所有基准站、移动站均与数据服务器通信，并共享卫星编号、终端编号、定位数据和差分数据信息；
所述GNSS终端基准站将卫星定位值与真实位置值作差得到差分项，同时将所用的卫星编号、GNSS终端基准站编号打包进行发布；所有发布信息在数据服务器中进行实时存储；所有移动站匹配到使用同一组卫星的基准站，从而获取差分项，并计算得到差分修正后的定位值。
10.如权利要求9所述的区域位置差分定位系统，其特征在于，所述任意两个基准站之间的预定距离为80公里。
11.如权利要求9所述的区域位置差分定位系统，其特征在于，所述GNSS终端由GNSS模块、数据处理模块、存储模块、通信模块、输入模块和显示模块组成；
所述GNSS终端作为基准站或移动站使用；
所述GNSS模块获取定位数据及所用卫星的编号；
所述存储模块用于存储终端使用模式、卫星定位值、GNSS终端基准站真实位置值、卫星编号、差分项和差分修正定位值；
所述数据处理模块用于数据计算与分发；
所述通信模块用于数据发布，通信模块是有线、无线通信方式或多种通信方式组合；所述多种通信方式设置有不同优先级，高优先级的通信失联，则使用下一级的通信方式。
12.如权利要求9所述的区域位置差分定位系统，其特征在于，所述数据服务器由数据处理模块、存储模块、通信模块、输入模块和显示模块组成；当基准站处于待机状态时，数据服务器主动发起登记指令，从而开启基准站的差分定位服务功能，基准站接收指令后，发送登记请求给数据服务器，数据服务器接收到登记请求后发送回执，基准站接收到回执后，停止发送登记请求，基准站与数据服务器建立连接；基准站与数据服务器建立连接后，数据服务器对基准站进行远程操作、配置管理和数据监视；移动站与数据服务器建立连接后，数据服务器对移动站进行远程操作和数据监视。
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