CN108761511A - 无人机gnss基准站数据传输和控制方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无人机GNSS基准站数据传输和控制方法、装置及系统，该系统包括无人机GNSS基准站数据传输和控制装置、GNSS板卡、联网通信装置、数据采集记录装置；无人机GNSS基准站数据传输和控制装置包括分别与终端设备连接的命令交互服务器、差分转发服务器、FTP文件服务器。本发明将差分数据、主机信息/控制交互、文件操作三条数据链路整合到一起，终端设备可以访问不同端口服务器获取到对应数据，还能通过相应端口直接交互，控制基准站设备。本发明实施例将基准站数据流整合到一个数据链路中，减少复杂、多样的通信交互，仅从一个通信链接中可获取多种数据、实现主机控制，提高作业效率。

Description

无人机GNSS基准站数据传输和控制方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及测绘行业GNSS定位设备的技术领域，尤其涉及无人机GNSS基准站数据传输和控制方法、装置及系统。
背景技术
随着GNSS天线的小型化，机载型GNSS接收机设备的使用越发成熟。在无人机空间定位技术上，实时RTK(Real-time kinematic，载波相位差分技术)和后处理PPK(PostProcessing Kinematic，动态测量数据后处理技术)为两大最成熟的技术应用。对于两种技术而言，地面参考基准站都是其重要组成部分。
机载GNSS接收机进行实时RTK定位需要通过数据传输模块接收地面基准站发送的差分数据进行实时解算，得到RTK解。RTK技术作业效率较高，但是对机载端和基准站当前所处卫星接收环境要求苛刻，差分数据需要实时传输，对数据传输模块要求也较高。目前，RTK接收机基准站需要在空旷环境工作，采用UHF内置电台或者外挂大功率电台进行差分传输。
相较RTK技术而言，PPK技术基准站与机载接收机不需要实时通信，GNSS基准站和机载GNSS接收机同时记录存储卫星观测值和星历数据，通过这两份数据的后处理解析，解算得到流动站机载GNSS接收机的动态定位结果。
如今，能同时为机载GNSS接收机提供PPK/RTK服务的一体化基准站接收机，可实现记录静态数据(卫星观测值和星历数据)存储在本地用于PPK处理，同时通过内置/外接数据传输模块传输差分数据给机载GNSS接收机做实时RTK解算。为实现PPK/RTK作业，基准站操作通常就要涉及交互手段多样化，常见的方式有按键控制工作模式、蓝牙/WIFI设置交互、GPRS网络/UHF电台传输差分数据、文件拷贝等等，配置过程复杂度高。
现有技术中使用的基准站提供RTK/PPK作业服务的一体化通用型基准站，存在通用性不强，主机配置操作交互繁琐，数据链复杂多样的缺点。传统基准站RTK差分数据只通过内置数据传输模块和外部物理串口输出，没有通用的无线通信端口，则会增加系统连接复杂度；而且对基准站接收机的交互设置需要使用一种数据链进行通信(物理按键/触摸屏/蓝牙/WIFI)；静态数据文件下载拷贝也涉及一种数据链路(USB/SD卡)。这样，每次进行作业就需要涉及多种数据链通信，不利于系统一体化集成。
另外，若基准站所处环境恶劣，导致自身差分数据质量不佳，将对机载端GNSS接收机RTK解算结果产生影响。这通常是GNSS接收机难以克服的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供无人机GNSS基准站数据传输和控制方法、装置及系统，旨在解决现有技术无人机实现空间定位RTK和PPK一体化基准站的数据传输复杂多样、控制交互繁琐、易受作业环境影响的问题。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种无人机GNSS基准站数据传输和控制方法，包括：
命令交互步骤，接收终端设备发送的控制交互命令，解析控制交互命令，响应控制交互命令，返回应答数据到终端设备；
差分转发步骤，接收终端设备发送的数据转发命令，获取差分数据，将差分数据发送到终端设备；
FTP文件步骤，接收终端设备发送的文件操作命令，进行相应的文件操作，并将操作结果返回到终端设备。
在上述实施例的基础上，优选的，所述控制交互命令包括GNSS板卡参数设置命令、GNSS板卡输出请求命令、基准站工作模式切换命令、开始/停止数据采集命令、查询/设置基准站参数命令中的一种或多种。
在上述任意实施例的基础上，优选的，所述获取差分数据的步骤，具体为：
确定差分数据获取模式；所述差分数据获取模式包括自身板卡模式和网络转发模式；
当差分数据获取模式为自身板卡模式时，从GNSS板卡处获取GNSS差分数据作为差分数据；
当差分数据获取模式为网络转发模式时，从联网通信装置处获取网络差分数据作为差分数据。
在上述任意实施例的基础上，优选的，所述文件操作命令包括文件查询命令和/或文件下载命令。
一种无人机GNSS基准站数据传输和控制装置，包括分别与终端设备连接的命令交互服务器、差分转发服务器、FTP文件服务器；
命令交互服务器还与GNSS板卡、联网通信装置、数据采集记录装置连接；
差分转发服务器还与GNSS板卡、联网通信装置连接；
FTP文件服务器还与数据采集记录装置连接；
命令交互服务器接收终端设备发送的控制交互命令，解析控制交互命令，与GNSS板卡、联网通信装置和/或数据采集记录装置进行交互，返回应答数据到终端设备；
差分转发服务器接收终端设备发送的数据转发命令，从GNSS板卡处或者联网通信装置处获取差分数据，将差分数据发送到终端设备；
FTP文件服务器接收终端设备发送的文件操作命令，在数据采集记录装置处进行相应的文件操作，并将操作结果返回到终端设备。
在上述实施例的基础上，优选的，所述差分转发服务器获取差分数据的方式，具体为：
确定差分数据获取模式；所述差分数据获取模式包括自身板卡模式和网络转发模式；
当差分数据获取模式为自身板卡模式时，从GNSS板卡处获取GNSS差分数据作为差分数据；
当差分数据获取模式为网络转发模式时，从联网通信装置处获取网络差分数据作为差分数据。
一种无人机GNSS基准站数据传输和控制系统，包括：
上述任一项实施例中的无人机GNSS基准站数据传输和控制装置；
GNSS板卡，还与数据采集记录装置连接，GNSS板卡输出GNSS数据到数据采集记录装置；
联网通信装置，还与网络参考站连接，联网通信装置从网络参考站处获取差分数据；
数据采集记录装置，以文件形式保存GNSS数据。
在上述实施例的基础上，优选的，还包括与终端设备连接的WIFI通信设备；
命令交互服务器通过WIFI通信设备与终端设备连接；
差分转发服务器通过WIFI通信设备与终端设备连接；
FTP文件服务器通过WIFI通信设备与终端设备连接。
在上述任意实施例的基础上，优选的，联网通信装置通过内置GPRS模块与网络参考站连接。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明公开了无人机GNSS基准站数据传输和控制方法、装置及系统，将差分数据、主机信息/控制交互、文件操作三条数据链路整合到一起，终端设备通过访问不同端口服务器获取到对应数据，还能通过相应端口直接交互，控制基准站设备(如：切换数据链模式，设置GNSS主板，实时获取GNSS主板数据等)；通过连接网络参考站服务获取实时差分数据代替当前质量不佳的GNSS板卡自身的差分数据进行转发，解决RTK基准站在恶劣环境中的定位质量不佳的缺陷。
本发明将设备配置、差分数据传输、静态文件下载等作业操作流程统一整合到同一个通信链路中进行复用传输。所有工作都通过一个数据链路通信进行，终端设备只需通过无线网络访问，即可实现获取差分数据、设置基准站参数、下载基准站静态数据文件等一体化作业操作。通过数据链路的复用，使控制交互、设置、数据传输这个复杂繁琐的过程变得简洁并灵活。另外，针对恶劣环境，GNSS基准站自身的差分数据质量不佳，可切换使用GPRS模块连接环境较好的网络参考站服务(如：北斗地基增强系统参考站、千寻参考站、自建单基站)获取的差分数据进行转发，保证机载实时RTK的最优解算结果。
与现有技术相比，本发明将基准站数据流整合到一个数据链路中，减少复杂、多样的通信交互，仅从一个通信链接中可获取多种数据、实现主机控制，提高作业效率。通过无线传输的方式，方便地与地面站终端进行交互，可获取差分数据、GNSS板卡信息，进行基准站主机管理、基准站主机静态文件管理，给地面站提供更灵活、简洁的方式管理整套无人机RTK/PPK作业系统。另外，为克服基准站地面遮挡环境或电磁干扰问题，本发明提供一种可选的网络差分网络转发模式。在自身GNSS系统受到复杂因素干扰不能以良好状态为机载端GNSS接收机作地面参考时，可切换到网络转发模式，通过网络获取网络参考接收机提供的差分数据继续为机载端GNSS接收机提供定位修正参考。本发明提供的无人机基准站对环境的适应性更强，不易受到作业环境影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1示出了本发明实施例提供的一种无人机GNSS基准站数据传输和控制方法的流程示意图；
图2示出了本发明实施例提供的一种无人机GNSS基准站数据转发网络差分数据的流程示意图；
图3示出了本发明实施例提供的一种无人机GNSS基准站数据传输和控制装置的结构示意图；
图4示出了本发明实施例提供的一种无人机GNSS基准站数据传输和控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
具体实施例一
如图1所示，本发明实施例提供了一种无人机GNSS基准站数据传输和控制方法，包括：
命令交互步骤，接收终端设备发送的控制交互命令，解析控制交互命令，响应控制交互命令，返回应答数据到终端设备；
差分转发步骤，接收终端设备发送的数据转发命令，获取差分数据，将差分数据发送到终端设备；
FTP文件步骤，接收终端设备发送的文件操作命令，进行相应的文件操作，并将操作结果返回到终端设备。
本发明实施例将差分数据、主机信息/控制交互、文件操作三条数据链路整合到一起，终端设备可以访问不同端口服务器获取到对应数据，还能通过相应端口直接交互，控制基准站设备(如：切换数据链模式，设置GNSS主板，实时获取GNSS主板数据等)。本发明实施例将基准站数据流整合到一个数据链路中，减少复杂、多样的通信交互，仅从一个通信链接中可获取多种数据、实现主机控制，提高作业效率。
本发明实施例中的基准站设备，可以包括GNSS板卡、联网通信装置、数据采集记录装置。
优选的，所述控制交互命令可以包括GNSS板卡参数设置命令、GNSS板卡输出请求命令、基准站工作模式切换命令、开始/停止数据采集命令、查询/设置基准站参数命令中的一种或多种。
优选的，所述获取差分数据的步骤，可以具体为：确定差分数据获取模式；所述差分数据获取模式包括自身板卡模式和网络转发模式；当差分数据获取模式为自身板卡模式时，从GNSS板卡处获取GNSS差分数据作为差分数据；如图2所示，当差分数据获取模式为网络转发模式时，从联网通信装置处获取网络差分数据作为差分数据。这样做的好处是，提供可选的差分数据获取模式，通过联网通信装置连接网络参考站服务获取实时差分数据代替当前质量不佳的GNSS板卡自身的差分数据进行转发，克服基准站地面遮挡环境或电磁干扰问题，解决RTK基准站在恶劣环境中的定位质量不佳的缺陷，在自身GNSS系统受到复杂因素干扰不能以良好状态为机载端GNSS接收机作地面参考时，可切换到网络转发模式，通过网络获取网络参考接收机提供的差分数据继续为机载端GNSS接收机提供定位修正参考，因此本发明实施例提供的无人机基准站对环境的适应性更强，不易受到作业环境影响。
优选的，所述文件操作命令可以包括文件查询命令和/或文件下载命令。
在上述的具体实施例一中，提供了无人机GNSS基准站数据传输和控制方法，与之相对应的，本申请还提供无人机GNSS基准站数据传输和控制装置。由于装置实施例基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的装置实施例仅仅是示意性的。
具体实施例二
如图3所示，本发明实施例提供了一种无人机GNSS基准站数据传输和控制装置，包括分别与终端设备连接的命令交互服务器、差分转发服务器、FTP文件服务器；
命令交互服务器还与GNSS板卡、联网通信装置、数据采集记录装置连接；
差分转发服务器还与GNSS板卡、联网通信装置连接；
FTP文件服务器还与数据采集记录装置连接；
命令交互服务器接收终端设备发送的控制交互命令，解析控制交互命令，与GNSS板卡、联网通信装置和/或数据采集记录装置进行交互(包括相关参数设置)，返回应答数据到终端设备；
差分转发服务器接收终端设备发送的数据转发命令，从GNSS板卡处或者联网通信装置处获取差分数据，将差分数据发送到终端设备；
FTP文件服务器接收终端设备发送的文件操作命令，在数据采集记录装置处进行相应的文件操作，并将操作结果返回到终端设备。
本发明实施例将差分数据、主机信息/控制交互、文件操作三条数据链路整合到一起，终端设备可以访问不同端口服务器获取到对应数据，还能通过相应端口直接交互，控制基准站设备(如：切换数据链模式，设置GNSS主板，实时获取GNSS主板数据等)。本发明实施例将基准站数据流整合到一个数据链路中，减少复杂、多样的通信交互，仅从一个通信链接中可获取多种数据、实现主机控制，提高作业效率。
优选的，所述差分转发服务器获取差分数据的方式，可以具体为：确定差分数据获取模式；所述差分数据获取模式包括自身板卡模式和网络转发模式；当差分数据获取模式为自身板卡模式时，从GNSS板卡处获取GNSS差分数据作为差分数据；当差分数据获取模式为网络转发模式时，从联网通信装置处获取网络差分数据作为差分数据。
具体实施例三
如图4所示，本发明实施例提供了一种无人机GNSS基准站数据传输和控制系统，包括：
具体实施例二中的无人机GNSS基准站数据传输和控制装置；
GNSS板卡，还与数据采集记录装置连接，GNSS板卡输出GNSS数据到数据采集记录装置；
联网通信装置，还与网络参考站连接，联网通信装置从网络参考站处获取差分数据；
数据采集记录装置，以文件形式保存GNSS数据。
本发明实施例将差分数据、主机信息/控制交互、文件操作三条数据链路整合到一起，终端设备可以访问不同端口服务器获取到对应数据，还能通过相应端口直接交互，控制基准站设备(如：切换数据链模式，设置GNSS主板，实时获取GNSS主板数据等)。本发明实施例将基准站数据流整合到一个数据链路中，减少复杂、多样的通信交互，仅从一个通信链接中可获取多种数据、实现主机控制，提高作业效率。
优选的，还包括与终端设备连接的WIFI通信设备；命令交互服务器通过WIFI通信设备与终端设备连接；差分转发服务器通过WIFI通信设备与终端设备连接；FTP文件服务器通过WIFI通信设备与终端设备连接。这样做的好处是，通过WIFI无线通信方式进行通信，终端设备仅通过WIFI通信设备即可访问不同端口服务器获取到对应数据，通过无线传输的方式方便地与地面站终端进行交互，可获取差分数据、GNSS板卡信息，进行基准站主机管理、基准站主机静态文件管理，给地面站提供更灵活、简洁的方式管理整套无人机RTK/PPK作业系统。
优选的，联网通信装置可以通过内置GPRS模块与网络参考站连接。
联网通信装置通过控制GPRS网络硬件模块通过标准协议通信实现连接网络参考站服务，获取差分数据。其中，硬件操作主要包括：驱动底层GPRS网络模块、拨号联网(网络流量)两个操作；遵循GNSS领域标准Ntrip(Networked Transport of RTCM via InternetProtocol，通过互联网进行RTCM网络传输的协议)进行通信。从无人机GNSS基准站数据传输和控制装置获取设置参数(如,IP/端口、源节点、用户名、密码等)，进行连接特定网络参考站获取差分数据转发到终端设备。
通过无人机GNSS基准站数据传输和控制装置设置GNSS板卡参数使板卡实时输出卫星观测值、星历数据，再由数据采集记录装置完整记录板卡输出所有数据，并以文件形式保存到本地存储介质(如：硬盘、SD卡)。另外，通过对数据采集记录装置的控制交互命令，可以实现对数据采样速率的设置、开始/停止数据记录操作。
本发明实施例中，数据转发处理需要处理的数据有三类：差分数据、主机信息/控制交互、文件传输。主要的实现方式是，通过WIFI连接建立无线局域网，在同一局域网下基准站主机创建不同端口下的网络服务器分别用于差分数据的转发、主机命令协议解析交互处理、FTP(File Transfer Protocol，文件传输协议)查询与下载。
终端设备访问命令交互服务器，双方握手成功后，终端设备通过定义的协议发送控制交互命令，该控制交互命令主要可实现的功能包括：GNSS板卡参数设置(如：设置基准站坐标、设置卫星系统等)、GNSS板卡输出请求、基准站工作模式切换、开始/停止数据采集、查询/设置基准站参数(如：查询当前版本信息、电池电量、存储介质剩余容量，设置网络连接参数、数据采样速率等)；相应地，命令交互服务器将向设备终端的每一次命令交互做出应答，返回应答数据，根据设置输出实时返回GNSS信息(如NMEA-0183标准协议数据、Binex协议数据、GNSS原始数据等板卡支持的数据输出类型)。
终端设备访问差分转发服务器，双方握手成功后，差分转发服务器会根据当前工作模式，从GNSS板卡自身或联网通信处得到差分数据，进行实时发送到设备终端上。
终端设备访问FTP文件服务器，通过标准FTP协议进行文件查询与下载。
以上三大服务器都是标准网络协议，在主机内同时工作，互不冲突，可以实现同时访问，数据同时收发。
本发明实施例利用WIFI通信设备实现了无线数据链复用：用无线局域网通信，将所有数据流合并到同一个数据链通信中，仅通过无线WIFI网络与基准站进行交互，取代传统的方法(差分数据传输、主机控制设置、数据存储拷贝等复杂的操作需要多种数据通路配合(如：串口、蓝牙、WIFI、USB))，使用更加高效、简洁。如需从传统基准站获取差分数据给外部终端使用，需要从基准站物理串口获取或添加通信模块，其中就会涉及串口波特率匹配、接线、供电、配置等繁琐步骤。使用无线WIFI传输后，地面站通过终端设备快速访问基准站，获取差分数据，终端设备可以使用更灵活的方式(网络、电台)进行数据转发到机载端。这样，基准站具备更强的通用性、灵活性、可扩展性。另外，传统基准站会通过多种方式进行设置静态数据采集配置，USB或SD卡方式进行拷贝到终端设备进行PPK后处理解算；运用复用数据链之后，静态采集启动/停止、采集速率、数据下载都可以统一访问操作。这样的方式更利于无人机系统地面站系统集成与管理。
本发明实施例在传统基准站依靠自身GNSS板卡输出差分数据的基础上，增加网络转发模式(连接网络参考服务站，获取网络参考站差分数据以替代GNSS板卡自身的差分数据)。GNSS基准站在恶劣环境或强干扰环境，差分数据质量较差，对机载RTK结果产生影响；切换使用网络差分模式，基准站变成一个转发器，输出网络参考站的差分数据以解决GNSS基准站受到干扰的问题。
本发明从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其具有的实用进步性，己符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本发明以上的说明及附图，仅为本发明的较佳实施例而己，并非以此局限本发明，因此，凡一切与本发明构造，装置，待征等近似、雷同的，即凡依本发明专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本发明的专利申请保护的范围之内。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人机GNSS基准站数据传输和控制方法，其特征在于，包括：
命令交互步骤，接收终端设备发送的控制交互命令，解析控制交互命令，响应控制交互命令，返回应答数据到终端设备；
差分转发步骤，接收终端设备发送的数据转发命令，获取差分数据，将差分数据发送到终端设备；
FTP文件步骤，接收终端设备发送的文件操作命令，进行相应的文件操作，并将操作结果返回到终端设备。
2.根据权利要求1所述的无人机GNSS基准站数据传输和控制方法，其特征在于，所述控制交互命令包括GNSS板卡参数设置命令、GNSS板卡输出请求命令、基准站工作模式切换命令、开始/停止数据采集命令、查询/设置基准站参数命令中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的无人机GNSS基准站数据传输和控制方法，其特征在于，所述获取差分数据的步骤，具体为：
确定差分数据获取模式；所述差分数据获取模式包括自身板卡模式和网络转发模式；
当差分数据获取模式为自身板卡模式时，从GNSS板卡处获取GNSS差分数据作为差分数据；
当差分数据获取模式为网络转发模式时，从联网通信装置处获取网络差分数据作为差分数据。
4.根据权利要求1或2所述的无人机GNSS基准站数据传输和控制方法，其特征在于，所述文件操作命令包括文件查询命令和/或文件下载命令。
5.一种无人机GNSS基准站数据传输和控制装置，其特征在于，包括分别与终端设备连接的命令交互服务器、差分转发服务器、FTP文件服务器；
命令交互服务器还与GNSS板卡、联网通信装置、数据采集记录装置连接；
差分转发服务器还与GNSS板卡、联网通信装置连接；
FTP文件服务器还与数据采集记录装置连接；
命令交互服务器接收终端设备发送的控制交互命令，解析控制交互命令，与GNSS板卡、联网通信装置和/或数据采集记录装置进行交互，返回应答数据到终端设备；
差分转发服务器接收终端设备发送的数据转发命令，从GNSS板卡处或者联网通信装置处获取差分数据，将差分数据发送到终端设备；
FTP文件服务器接收终端设备发送的文件操作命令，在数据采集记录装置处进行相应的文件操作，并将操作结果返回到终端设备。
6.根据权利要求5所述的无人机GNSS基准站数据传输和控制装置，其特征在于，所述差分转发服务器获取差分数据的方式，具体为：
确定差分数据获取模式；所述差分数据获取模式包括自身板卡模式和网络转发模式；
当差分数据获取模式为自身板卡模式时，从GNSS板卡处获取GNSS差分数据作为差分数据；
当差分数据获取模式为网络转发模式时，从联网通信装置处获取网络差分数据作为差分数据。
7.一种无人机GNSS基准站数据传输和控制系统，其特征在于，包括：
权利要求5或6所述的无人机GNSS基准站数据传输和控制装置；
GNSS板卡，还与数据采集记录装置连接，GNSS板卡输出GNSS数据到数据采集记录装置；
联网通信装置，还与网络参考站连接，联网通信装置从网络参考站处获取差分数据；
数据采集记录装置，以文件形式保存GNSS数据。
8.根据权利要求7所述的无人机GNSS基准站数据传输和控制系统，其特征在于，还包括与终端设备连接的WIFI通信设备；
命令交互服务器通过WIFI通信设备与终端设备连接；
差分转发服务器通过WIFI通信设备与终端设备连接；
FTP文件服务器通过WIFI通信设备与终端设备连接。
9.根据权利要求7或8所述的无人机GNSS基准站数据传输和控制系统，其特征在于，联网通信装置通过内置GPRS模块与网络参考站连接。
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