CN110730898B - 在控制勘测仪器的处理单元中实施的方法、处理单元以及勘测仪器 - Google Patents

在控制勘测仪器的处理单元中实施的方法、处理单元以及勘测仪器 Download PDF

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Abstract

提供了一种在控制勘测仪器(100)的处理单元(160)中实施的方法(500)。该方法(500)包括：利用该勘测仪器(100)从对觇标(140)进行的光学跟踪获得(510)第一组数据，以及从该第一组数据识别(520)表示该觇标(140)的运动的至少一个参数随时间变化的相关性。该方法(500)进一步包括：经由通信信道从传感器单元(150)接收(530)第二组数据，该第二组数据包括关于该至少一个参数随时间变化的信息，以及判定(540)由该至少一个参数随时间变化的相关性所限定的被光学跟踪的觇标(140)的运动模式是否与由从该第二组数据获得的该至少一个参数随时间变化的相关性所限定的运动模式相同，或者偏离预定区间。

Description

在控制勘测仪器的处理单元中实施的方法、处理单元以及勘 测仪器
技术领域
本披露总体上涉及勘测领域。具体地，本披露涉及配置为跟踪觇标并且测量到觇标的方向和/或距离的勘测仪器。
背景技术
在勘测领域中，存在能够跟踪移动觇标的勘测仪器。然而，在跟踪过程中可能丢失觇标，并且由于勘测仪器的视线较窄，可能很难再次找到觇标。这通常意味着需要人工干预并重新定位觇标，这可能是耗时的。
本领域中的另一个问题是确保正在被跟踪的觇标是正确的觇标。在潜在地具有多个要跟踪的可能觇标和其他对象的勘测环境中，可能难以验证正在被跟踪的觇标是要跟踪的正确的觇标，而不是在勘测仪器的视线中碰巧被捕获的另一觇标。
因此，本技术领域的一个挑战是提供一种能够改进对移动觇标进行跟踪的勘测仪器。
发明内容
因此，本披露的目的是减轻上述缺点中的一些。为了实现这个目的，提供了如独立权利要求中所限定的在控制勘测仪器的处理单元中实施的方法、处理单元和勘测仪器。在从属权利要求中限定了其他实施例。
根据一个方面，提供了一种在控制勘测仪器的处理单元中实施的方法。该方法包括：利用勘测仪器从对觇标进行的光学跟踪获得第一组数据，以及从该第一组数据中识别表示觇标的运动的至少一个参数随时间变化的相关性。该方法进一步包括：经由通信信道从传感器单元接收第二组数据，该第二组数据包括关于该至少一个参数随时间变化的信息，以及判定由该至少一个参数随时间变化的相关性所限定的被光学跟踪觇标的运动模式是否与由从第二组数据获得的该至少一个参数随时间变化的相关性所限定的运动模式相同、或者偏离预定区间。
采用该方法，控制勘测仪器的处理单元可以接收和使用比以前更多的信息，并且由此可以改进对觇标进行的光学跟踪。从两个数据集确定的(多个)运动模式可以用于确保正确地进行光学跟踪，并且可以用于确保觇标的身份，使得被光学跟踪的觇标是正确的觇标。
已经认识到，使用来自传感器单元的数据与由勘测仪器经由光学跟踪收集的数据结合可以用于总体上改进对觇标进行的跟踪。例如，通过获得由勘测仪器收集的数据以及来自传感器单元的随时间变化的数据并将它们进行比较，可以得出关于觇标身份及其旋转的结论，或者可以得出可以改进由勘测仪器进行的跟踪的其他结论。使用另一组独立的测量数据(比如，来自传感器单元的第二组数据)可以帮助验证光学跟踪所得数据的精度。使用两组不同的测量数据可以用于使觇标的勘测和跟踪更加自动化。在以下实施例中将例示其他实施方式。
觇标可以是适用于光学跟踪的任何类型的觇标。例如，可以使用包括棱镜以反射从勘测仪器发射的光的觇标，但是也可以使用其他类型的觇标。
勘测仪器可以是大地测量的勘测仪器，或者是适用于对觇标进行光学跟踪 (即，能够在觇标移动时跟踪觇标)的另一勘测仪器。
应当认识到的是，“判定由所述至少一个参数随时间变化的相关性所限定的被光学跟踪觇标的运动模式是否与由从第二组数据获得的所述至少一个参数随时间变化的相关性所限定的运动模式相同，或者偏离预定区间”可以被称为运动模式匹配、运动模式相似、或者觇标具有相同或几乎相同的运动模式。
应当认识到的是，由于例如测量公差和/或其他原因，分别从第一组数据和第二组数据确定的两个运动模式可能不完全相同，尽管它们源自相同的觇标(即，被光学跟踪的觇标是传感器单元所附接的觇标)。因此，确定两种运动模式仅相差预定区间可能就足够了。
在本说明书中，术语“运动模式”可以包括任何对象随时间变化的运动，近似为与其他“运动模式”相当的模式。如上所述，运动模式可以被定义为表示觇标(多个)运动的参数随时间变化的相关性。
进一步地，术语“处理单元”可以指“控制勘测仪器的处理单元”。该处理单元可以与勘测仪器分离或者可以是勘测仪器的一部分。该处理单元还可以被称为处理器或处理装置。
术语“运动”是指任何类型的运动，可以包括但不限于倾斜度的改变、罗盘方向的改变或旋转、位置的改变等。
通信信道可以是用于通信的任何类型的信道或链路，例如无线信道或链路，比如无线电链路，或适用于设备之间的通信的另一连接。
根据一个实施例，判定可以包括将从第二组数据获得的至少一个参数随时间变化的相关性与从第一组数据获得的至少一个参数随时间变化的表示(或相关性)进行比较。可以基于逐点、回归分析、内插或通过坐标系中近似路径来进行比较。例如，可以使用卡尔曼滤波器(Kalman filter)。随时间变化对两个数据组进行比较可以给出由数据表示的觇标的运动模式的准确图片。
可以使用不同的数据量进行比较。例如，处理单元可以使用来自预定的时间秒数的数据，或者可以使用预定数量的数据点。由于在两个数据组之间可能存在时间差，因此比较可以包括调整第一数据组与第二数据组之间的时间差。进一步地，觇标可能相对于勘测设备旋转，处理单元可以在判定运动模式是否匹配之前对其进行调整。
在实施例中，该方法可以进一步包括：如果被光学跟踪的觇标的运动模式与从第二组数据获得的运动模式相同，或者偏离预定幅度(或区间)，则确定第二组数据源自附接在觇标(被光学跟踪)处的传感器单元，并且继续对觇标进行的光学跟踪。这样的幅度(或区间)可以例如是传感器单元和勘测仪器的组合精度的至少120％或130％。该组合精度是传感器单元和勘测仪器的最大预期测量误差。例如，如果传感器单元和勘测仪器的组合精度为+-1％，则幅度或区间可能是1.2％内的差值。使预定幅度或区间大于测量中的预期误差允许更准确地确定运动模式是相同的。
该处理单元可以使用所接收的数据来验证被光学跟踪的觇标是正确的觇标，并且当确定该觇标是正确的觇标时继续跟踪该觇标。例如，当在该区域中存在多个潜在觇标时，或者当觇标在存在妨碍光学跟踪的物体的区域内时，这可能是有利的。例如，每次恢复跟踪时无需手动验证觇标的身份，处理单元可以利用接收到的数据自动对其进行验证。
根据实施例，该方法可以包括如果觇标的运动模式在从第二组数据获得的运动模式的预定幅度或区间之外，则确定第二组数据不是源自附接在被光学跟踪的觇标处的传感器单元。该方法可以进一步包括停止对觇标进行光学跟踪。处理单元可以等待预定的时间量、预定数量的测量、或者直到在停止对觇标进行光学跟踪之前有足够的数据在预定置信区间内以确定第二组数据不是源自附接在被光学跟踪的觇标处的传感器单元。该处理单元可以确定正在被光学跟踪的觇标不是正确觇标，并且作为响应，停止跟踪该觇标。停止对错误的觇标进行跟踪可以减少错误的跟踪数据。该确定进一步给出了尽早意识到勘测仪器正在跟踪错误的觇标的可能性并且在时间和/或资源可能被浪费之前校正该错误跟踪。
该方法可以进一步包括发起搜索传感器单元所附接的觇标。该发起可以包括光学地搜索新觇标，并且一旦新觇标被发现，则使用上述的方法来验证该觇标是否为正确的觇标。如果不是，该勘测仪器可以发起另一次觇标搜索。在确定觇标不是正确的觇标后停止跟踪时，可以自动地发起搜索。如果已知一正确的觇标，则搜索可以从该觇标的上一个已知位置开始。
应当认识到的是，觇标可以包括大地测量杆(或竿)以及布置在大地测量杆上的光学元件。该大地测量杆可以是伸缩的，并且作为配置步骤，可以将传感器单元与觇标的光学元件之间的、沿着大地测量杆的距离输入到处理单元。在下文中，输入到处理单元的该距离可以被称为所配置的距离。在一些实施例中，传感器单元被布置在大地测量杆的固定部位，而光学元件可能被布置在大地测量杆的伸缩(或可延伸)部位。因此，传感器单元与光学元件之间的距离会不时地或在不同的测量值之间变化。操作者或用户可以经由用户界面输入传感器单元与光学元件之间的距离。
在无源觇标的情况下，光学元件可以例如是棱镜或反射镜，或更一般地，是用于光学跟踪目的的光学反射元件。在有源觇标的情况下，光学元件可以是光源，然后该光源也可以用于光学跟踪的目的。
如果传感器单元与光学元件没有沿着大地测量杆定位在相同的位置，从第一组数据获得的运动模式(即，经由光学元件的光学跟踪获得的)可以与从第二组数据获得的运动模式(即，从传感器单元发送的数据获得的)不完全相同。然而，可以基于在传感器单元与光学元件之间配置的距离来校正从第一组数据(即，通过光学跟踪)获得的运动模式。如果正确地配置了距离，则从第一组数据获得的校正后的运动模式将与从第二组数据获得的运动模式是等效的，或者至少是类似的，并且处理单元可以配置为确定传感器单元(根据其接收第二组数据)被布置在被光学跟踪的觇标处。于是，勘测仪器可以继续对觇标进行的光学跟踪。在以上示例中，应当认识到的是，从第二组数据获得的运动模式，而非从第一组数据获得的运动模式，是可以被校正的。
根据实施例，觇标可以包括大地测量杆和用于光学跟踪的光学元件，并且该方法可以包括以下步骤：至少基于光学元件与传感器单元之间、沿着大地测量杆的所配置的距离判定从第一组数据(被光学跟踪的觇标)获得的运动模式是否与从第二组数据获得的运动模式匹配。因此，处理单元能够使得该勘测仪器继续对该觇标进行光学跟踪。
在本实施例中，可以考虑该光学元件与布置在觇标上的该传感器单元之间的距离，从而降低应当停止进行跟踪的错误确定的风险。
根据实施例，该方法可以进一步包括：如果已经基于该传感器单元与该光学元件之间、沿着该觇标的大地测量杆的所配置的距离确定从第一组数据获得的运动模式与从第二组数据获得的运动模式不匹配，则使用该传感器单元与该觇标的光学元件之间、沿着大地测量杆的另一距离判定光学跟踪所得数据的运动模式是否与从第二组数据获得的运动模式匹配。然后该方法可以进一步包括：发送指示该传感器单元与该光学元件之间的距离没有被正确配置的警报的步骤。
如上所述，该勘测仪器可以继续对该觇标进行光学跟踪。然而，如果在接收到警报时，确定该距离实际上已经被正确地配置，则该处理单元(或操作者的动作)可能使得光学跟踪停止。
在上述实施例中，应当认识到的是，操作者或用户可能已经配置了距离a作为该传感器单元与该觇标的光学元件之间的预期距离。如果基于距离a而没有确定被光学跟踪的该觇标的运动模式与从第二组数据获得的运动模式相同，或者偏离预定幅度(或区间)，而可能存在可以确定运动模式匹配的距离d。如果存在这样的距离d，则可以发送警报以指示该距离可能被错误地配置。
通过发送该觇标被错误地配置的警报，可以避免或至少减少测量的错误。在该实施例中，可以检测该传感器单元与用于光学跟踪的该觇标的光学元件之间距离的变化。这可能是大地测量杆的伸缩布置改变的结果，使得用于光学跟踪的棱镜或其他光学部件与该传感器单元之间的距离已经改变。
一旦找到并识别了正确的觇标，则勘测仪器可以开始对觇标进行光学跟踪。由于减少或甚至消除了人工干预的需求，因此这可能是有益的。实际上，勘测仪器本身可以确定被光学跟踪的觇标不是正确的觇标，且响应于该信息，发起对正确觇标的搜索，并且当找到该正确觇标时，光学跟踪该觇标。因为处理单元可以自动地发起对正确觇标的搜索，这可以增加勘测和跟踪觇标的自动化，并且可以进一步减少误差和/或所需的人工。
根据实施例，该方法可以包括：如果被光学跟踪的觇标的运动模式与从第二组数据获得的运动模式相同，或者偏离预定幅度或区间，则确定觇标相对于勘测仪器的朝向。与勘测仪器相比，觇标可以被旋转，这意味着例如觇标的前部不与勘测仪器的前部面对相同的方向。该旋转可以影响光学跟踪和传感器单元数据的方向。例如，该觇标的旋转可以影响反射的光的量，或者所反射的光的方向。进一步地，确定觇标的朝向以及了解至少一个参数可以改进对觇标未来的位置的预测。因此，与勘测仪器相比，确定觇标的旋转(即，确定觇标的朝向)的处理单元可以改进对觇标进行的光学跟踪。进一步地，在确定运动模式以及在比较数据组时使用该旋转可以使得所需要的计算更少。所确定的旋转还可以用于由操作者(如果有的话)以更有利的方式旋转觇标。
旋转估计可以由处理单元用来重置速度和位置漂移。
该方法可以进一步包括：基于第一组数据在勘测仪器的坐标系中确定被光学跟踪的觇标的第一路径，基于第二组数据在坐标系中确定第二路径，比较这两条路径以确定该第一路径与该第二路径之间的角度，以及基于该比较(并且特别地，基于该角度)确定觇标相对于勘测仪器的旋转。
还可以通过以下步骤来进行比较：基于第一坐标系中的第一组数据确定第一路径，基于第二坐标系中的第二组数据确定第二路径，以及如果第一组数据和第二组数据的运动模式相同或几乎相同，则确定两个坐标系之间的旋转。基于第一坐标系与第二坐标系之间的旋转，可以获得对觇标相对于勘测仪器的旋转的估计。
根据实施例，该第二组数据包括来自加速度计的数据、来自陀螺仪的数据、罗盘数据、来自气压高度计的数据或来自基于图像的运动传感器的数据中的至少一者。处理单元可以使用这种信息来改进跟踪，因为这种信息提供了表示觇标移动的数据。
根据本实施例，附接在觇标处的传感器单元可以例如是基于图像的运动传感器，即通过基于图像的运动感测来获得数据，使得第二组数据包括来自这种基于图像的运动传感器的数据。基于图像的运动传感器可以是用于视频导航(或用于导航目的)的视频相机，并且基于图像的运动传感器(或视频相机)朝向地面 (即，视频相机的视场朝向地面)，使得视频相机提供运动的实时测量。
基于图像的运动传感器从以下意义上说可以检测六个维度上的运动，即该传感器可以检测三个位置(沿着笛卡尔坐标系的三个坐标轴)和三种旋转(围绕笛卡尔坐标系的三个坐标轴)。
根据实施例，表示觇标随时间变化的运动的至少一个参数包括加速度、速度、位置、朝向、压力或温度。确定随时间变化的运动可以促进两个数据组的比较。如上所述，可以从传感器单元接收到不同类型的数据。进一步地，根据从传感器单元接收到的数据的不同，可以采用不同的参数来减少所需的处理量。
根据实施例，第二组数据的接收可以包括在处理单元与勘测单元之间建立通信信道。为了建立通信信道，可以识别发送数据的传感器单元和/或数据所对应的觇标，并且因此数据在发送时与其他觇标的数据混淆的风险较小。当建立通信信道时，处理单元和传感器单元可以通信，并且传感器单元可以发送指示觇标运动的数据。进一步地，通过这个步骤，勘测仪器与应该被光学跟踪的觇标建立通信信道。
通信信道的建立可以包括使用预定的频率。传感器单元和处理单元可以配置为使用预定的频率进行通信，以便于处理单元对第二组数据的通信和识别。在一些实施方式中，处理单元以及与特定觇标相关联的传感器单元可以经由专用频率(即，此特定觇标唯一的频率)进行通信，使得其他觇标(或者更确切地说，与那些觇标相关联的其他传感器单元)使用其他(不同的)专用频率进行通信。
在实施例中，第二组数据可以包括用于经由勘测仪器与觇标之间的通信信道建立通信的标识符。这个标识符可以用于确保第二组数据源自附接到要跟踪的正确觇标，或与之相关联的传感器单元。
在实施例中，至少一个参数可以包括觇标随时间变化在坐标系中的位置。该坐标系可以是任何类型的坐标系及其表示。可以在数据用于分析之前对其进行整理，例如，通过近似，内插或确定数据组指示的运动模式。可以为第一组数据确定运动模式，并且可以为第二组数据确定另一运动模式。
根据实施例，处理单元可以是勘测仪器的一部分。换言之，处理单元可以集成在勘测仪器中。然后，与觇标相关联的传感器单元可以配置为与勘测仪器通信。
还应当认识到的是，传感器单元可以具有一个附接到觇标上的灵敏的部件，该部件用于检测表示觇标的运动的参数的值。然而，与处理单元通信的部件可以位于其他地方，只要它已经获得由灵敏的部件测量的参数值。
在实施例中，光学跟踪可以包括：在发射时间向觇标发射透射光信号；在接收时间接收来自觇标对透射光信号的反射的返回光信号；以及至少基于发射时间和接收时间确定觇标的方向和/或位置。
根据一个方面，提供了处理单元。该处理单元配置为根据如先前实施例中的任一个所限定的方法进行操作。
根据一个方面，提供了勘测仪器。该勘测仪器可以包括如上述实施例中的任何一个中所限定的处理单元。
在一个实施例中，该勘测仪器可以包括配置为与传感器单元通信的收发器。
在一个实施例中，该勘测仪器可以包括具有仪器光轴的中心单元，该中心单元被安装在照准仪上以绕第一轴线旋转，并且被安装在基座上以绕第二轴线旋转。
应注意的是，本发明的实施例涉及权利要求中引用的特征的所有可能组合。进一步地，应当认识到的是，针对该方法描述的各种实施例都可以与根据本发明的其他方面所限定的处理单元和/或勘测设备组合，反之亦然。
附图说明
将在下文中参照附图对示例性实施例进行描述，其中：
图1a展示了勘测仪器，并且图1b展示了附接有传感器单元的觇标；
图2是根据本披露的实施例的勘测系统中的勘测仪器、处理单元、觇标和传感器单元的框图；
图3a至图3c提供了觇标相对于勘测仪器旋转的示意图，以及由传感器单元和勘测仪器测量的觇标运动的表示；
图4a至图4e示出了勘测仪器跟踪多个觇标的示意图，以及分别来自勘测仪器和多个传感器单元的觇标运动的表示；
图5至图8示出了在处理单元中实施的方法的一个或多个实施例的概览图。
在附图中，除非另有说明，否则相似的附图标记将用于相似的元件。除非明确地相反说明，否则附图仅示出了说明示例实施例所必需的那些元件，而为了清楚起见，其他元件可以省略或仅仅被提出。如图所示，出于说明性目的，元件和区域的尺寸可以被夸大，并且因此被提供以展示实施例的总体结构。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地对示例性实施例进行描述。附图示出了当前优选实施例，然而，本发明可以通过许多不同形式来体现并且不应被解释为受限于本文中阐述的实施例；相反，这些实施例被提供用于获得彻底性和完整性、并且向技术人员充分地传达本披露的范围。
图1A示意性地展示了根据一些实施例的勘测仪器100。勘测仪器100可以包括具有仪器光轴110的中心单元105，比如望远镜组件。该望远镜组件或中心单元105被安装成绕两个轴旋转：在照准仪115的耳轴上以绕第一(耳轴)轴 120旋转，以及在基座125上以绕第二(方位角)轴130旋转。勘测仪器100例如可以是比如全站仪、扫描仪或经纬仪等大地测量仪器，并且配置为实施如本文稍后将描述的一种或多种方法的至少一部分。
勘测仪器100可以配置为测量到觇标的距离、测量到觇标的方向和/或测量觇标的位置。勘测仪器100可以配置为进行对觇标的跟踪。中心单元105可以配置为通过向觇标发射跟踪光信号来跟踪、确定到觇标的距离或者确定觇标的位置，并且如果有来自觇标的跟踪返回信号的话，则接收该跟踪返回信号。中心单元105可以配置为随着觇标移动而保持中心单元105的光轴110对准觇标。
图1B展示了觇标140，该觇标可以具有附接到其上的传感器单元150。觇标140可以包括棱镜或另一光学元件，比如配置为反射光线的反射镜145。觇标 140配置为实施如本文稍后将描述的一种或多种方法的至少部分。
勘测仪器100可以包括配置为与传感器单元150无线通信的收发器。
在一些示例中，该觇标可以包括伸缩竿或伸缩大地测量杆。该伸缩竿或伸缩大地测量杆可以包括可延伸的上部分以及不可延伸的下部分，即固定的部分。棱镜或其他光学元件，比如反射镜，可以被布置在竿上可延伸的部分上，而传感器单元可以被布置在竿上固定的部分上。对于包括伸缩竿的觇标，可能需要配置竿的长度，以便正确计算觇标的位置。
如果该觇标具有传感器单元，觇标140还可以包括电池(未展示)以对传感器单元150供电，尽管设想的是也可以通过导线、太阳能等从外部源向传感器单元150提供电力。例如，如果觇标140被安装在车辆或其他结构上，则该车辆或其他结构可以向传感器单元150提供电力。可替代地，电池可以被包括在该传感器单元150本身中。
传感器单元150配置为检测一个或多个表示觇标140的运动的参数。传感器单元150可以配置为收集并且发送包括觇标140的加速度、速度、位置、朝向、压力或温度的数据。传感器单元150可以进一步包括收发器(未示出)以与勘测仪器100或与勘测仪器相关联的处理单元进行无线通信。传感器单元150 可以被附接到觇标140。传感器单元150可以配置为实施如本文稍后将描述的一种或多种方法的至少部分。
图2是勘测系统的概览图，该勘测系统包括勘测仪器100(比如参照图1A 所描述的勘测仪器)、附接到觇标140的传感器单元150以及处理单元160。处理单元160可以控制勘测仪器100，或者处理单元160可以将信息提供给控制勘测仪器100的另一处理单元。处理单元160配置为实施如本文稍后将描述的一种或多种方法的至少部分。
勘测仪器100可以向觇标140发送光信号170并且觇标140可以反射光信号170。所反射的信号172可以由勘测仪器100接收，并且可以用于确定到觇标 140的距离，到觇标140的方向和/或觇标140的位置。例如，可以基于将光信号170从勘测仪器100发射到觇标140的发射时间和所反射的信号172在觇标 140处的接收时间、使用飞行时间方法来确定到觇标140的距离。换言之，勘测仪器100可以光学跟踪觇标140。
处理单元160可以从附接到觇标140的传感器单元150以及从勘测仪器100 接收数据。如上所述，从勘测仪器100接收的数据可以是通过对觇标140进行光学跟踪而获得的第一组数据。从传感器单元150接收的数据可以是指示觇标 140的运动的第二组数据。
从传感器单元150接收的数据可以涉及随时间变化的特定参数，指示觇标的运动，或者它可以是原始的测量数据。处理单元160可以处理数据并且提取参数以获得参数随时间变化的相关性，从而基于第二组数据确定运动模式。
指示觇标的运动的参数可以是但不限于加速度、速度、位置、和/或朝向。
特别地，处理单元可以通过无线通信信道或链路从传感器单元接收数据。处理单元可以基于但不限于用于发送数据的频率或与数据一起发送的标识符来识别数据所源自的传感器单元。频率可以是预定的频率。标识符可以是处理单元可以识别传感器单元或者传感器单元所附接到的觇标的任何类型的数据。
第二组数据的接收可以包括接收用于经由勘测仪器与觇标之间的通信信道建立通信的标识符。
仍然参考参照图2描述的示例性勘测系统，下面参照图3A至图3C描述运动模式和数据的示例。
图3A是觇标140和勘测仪器100的概览图。勘测仪器可以具有前向方向 ySI以及侧向方向xSI。觇标可以具有正面方向yT以及侧向方向xT。觇标可以相对于勘测仪器旋转角度α。
图3B和图3C分别示出了表示基于来自附接到觇标140的传感器单元的数据的运动以及由勘测仪器100确定的觇标140的运动的示例数据。
图3C中的表示f1是从附接到觇标140的传感器单元150发送的示例数据的图示。图3C中的表示f2是可以由勘测仪器100经由光学跟踪获得的示例数据的图示。根据通过光学跟踪获得的数据，处理单元可以确定参数随时间变化的相关性，从而确定运动模式。
图3B示出了随时间变化的觇标运动或运动模式的表示f1，该表示由参数p 随时间t的变化表示，该参数由附接到觇标140的传感器单元测量。
图3C示出了随时间变化的觇标的运动或运动模式的表示f2，该表示由参数 p随时间t的变化表示，该参数由勘测仪器光学测量。例如，通过确定觇标的位置、到觇标的距离或觇标的方向，可以在光学跟踪期间获得数据。
处理单元160可以接收两组数据，即原始测量数据本身或例如图3B或图 3C中所示出的表示f。如果还没有表示，则处理单元160可以分析数据并提取具有至少一个参数的觇标随时间变化的运动的表示。处理单元160可以对数据进行回归分析或内插。如果数据组随时间变化具有相同的参数，则处理单元160 可以比较它们而无需首先提取随时间变化的另一参数。如果该参数已经在另一数据组中表示，则处理单元160可以仅从其中一个数据组中提取参数。
处理单元160还可以随时间变化进一步比较两个表示，并确定它们是否具有相同的运动模式。如果两个数据组在预定区间内，则处理单元160可以确定它们指示相同的运动模式，并且相应地，如果两个数据组在预定区间或偏差之外，则处理单元160可以确定它们指示不同的运动模式。这样的区间或偏差可以是例如传感器的组合精度的120％、130％或更多。
处理单元160可以以不同的方式比较随时间变化的运动，其中一个示例是通过逐点比较。另一示例是通过比较近似函数或路径。
仅作为说明性示例，处理单元160可以从传感器单元150接收指示觇标在不同时间点的加速度的数据。处理单元还可以接收包括觇标在不同时间点的位置的光学跟踪数据。处理单元160可以处理光学跟踪数据并在不同的时间点提取觇标的加速度。最终，处理单元160可以逐时间点比较两个数据组，并判定每个时间点的加速度是否在彼此的预定区间内。
一旦处理单元160已经确定两个数据组提供相同或几乎相同的运动模式，则可以确定觇标140相对于勘测仪器100的旋转。觇标140相对于勘测仪器100 的旋转角度可以对应于坐标系中随时间变化的运动的两种表示f1与f2之间的角度。
图3B和图3C中，坐标系由二维坐标系表示，但是还可以使用例如三维坐标系的其他坐标系。坐标可以是参数p与时间t。不同的坐标系也是可以的，例如笛卡尔坐标系或极坐标系。
处理单元160还可以补偿从传感器单元150接收的数据与从对觇标140的进行光学跟踪的数据之间的时间差。传感器单元150可以具有一个时间戳，该时间戳可以不同于从光学跟踪获得的数据的时间戳。
响应于判定根据从传感器单元数据接收的数据确定的运动模式f1是否具有与由光学跟踪数据确定的运动模式f2相同的运动模式、或者是否与由光学跟踪所得数据确定的运动模式f2在预定区间内，勘测仪器100可以继续跟踪具有匹配的运动模式的觇标140。
如果已经确定被光学跟踪的觇标140的运动模式与来自传感器单元150的数据的运动模式不匹配，则可以停止对觇标140的跟踪。在确定之后，跟踪可以继续进行一些时间。可以继续跟踪，直到有足够的数据可以确定在预定的置信区间内被光学跟踪的觇标的运动模式与来自传感器单元150的数据模式不匹配。
处理单元160可以基于沿觇标140的竿在附接到觇标140的传感器单元150 与光学元件145之间的所配置的距离来确定两个数据组具有相同的运动模式。换言之，这意味着，基于配置为传感器单元150与光学元件145之间、沿着大地测量杆的(预期的)距离，可以校正从第一组或第二组数据中的任一组获得的运动模式，并且可以将校正后的运动模式与其他运动模式进行比较以检查它们是否匹配。如果基于所配置的距离确定运动模式不匹配，则处理单元160可以确定匹配的运动模式的距离。
如果处理单元没有找到任何可以校正的两个运动模式之一以便匹配的距离，则可以停止光学跟踪。
然而，如果确定存在两个移动模式可以匹配的距离，则可能传感器单元与光学元件之间、沿着觇标140的大地测量杆的距离没有被正确地配置。然后,勘测仪器100可以继续跟踪觇标140。
如果已经确定在传感器单元150与光学元件145之间、沿着觇标140的竿的距离没有被正确地配置，则可能发送警报(例如，经由用户接口或其他装置发送到操作者/用户)。处理单元160可以发送警报。
如果跟踪已经停止，则勘测仪器100可以发起对觇标的搜索以进行光学跟踪，并使用本文描述的任何步骤或方法。
应当认识到的是，处理单元160可以与若干个传感器单元通信。
参照图4，描述了在处理单元160中实施的用于搜索(丢失的或尚未跟踪的) 觇标的方法。
勘测仪器100可能会丢失对觇标的跟踪并发起搜索以再次找到它。可替代地，勘测仪器100可以发起对觇标的跟踪。然而，环境中可能存在多个潜在觇标。
图4A是勘测仪器100的概览图，该仪器经由光学跟踪识别环境中的多个潜在觇标140Aa、140B、140C。处理单元160可以获得所有觇标110A、110B、 110C的光学跟踪数据。处理单元160还可以从附接到正确觇标(即，勘测仪器 100应该跟踪的觇标)的传感器单元150接收数据。图4B示出了来自附接到正确觇标的传感器单元的示例数据。图4C、图4D、图4E示出了通过光学跟踪获得的觇标110A、110B、110C的示例数据。处理单元160可以将传感器单元150 的数据4B分别与觇标110A、110B、110C的、图4C、4D、4E中表示的数据进行比较，以判定是否有任何数据具有与来自传感器单元150的数据相同或几乎相同的运动模式。在本示例中，处理单元160可以确定由4Cc表示的数据的运动模式具有与从传感器单元150获得的数据4B的运动模式相同或几乎相同的运动模式，或在预定区间内。如图4B和图4C所指示的，处理单元160可能必须针对时间以及旋转进行调整以改进数据的比较。
当已经确定图4C中所示的数据的运动模式与图4B中的运动模式匹配时，可以进一步确定传送图4B的数据的传感器单元被附接到觇标140A。
可以确定的是，图4B中所示出的数据不是源自附接到觇标110B或110C中的任一个的传感器单元150，因为图4D和图4E中所示的运动模式不匹配或者在它们都在图4B中所示的运动模式的预定区间内。
图5是在控制勘测仪器100的处理单元160中实施的方法500的概览图。
方法500包括获得510第一组数据的步骤。第一组数据可以从勘测仪器100 获得。根据该组数据，可以确定520随时间变化的运动的表示。随时间变化的运动可以由特定参数表示，视情况而定(并且如上所述)。
该方法可以进一步包括接收530第二组数据的步骤。第二组数据还可以包括关于从第一组数据获得的特定参数的信息。可以通过通信信道从传感器单元接收第二组数据。
应当认识到的是，步骤510、520以及530可以以任何顺序进行。
该方法可以进一步包括判定540第一组数据的运动模式是否与第二组数据相似、相等或在预定范围内。
如果已经确定运动模式是匹配的，则可以确定550第二组数据源自附接到觇标的传感器单元，已经通过光学跟踪从该觇标获得第一组数据550。然后该跟踪可以继续560。
图6展示了在步骤540中确定运动模式匹配或者偏离预定区间之后的更多可能步骤。
例如，可以确定610觇标相对于勘测仪器的旋转。步骤610可以包括如步骤612-618中的子步骤。步骤610可以包括子步骤612：在坐标系中，基于第一组数据确定被光学跟踪的觇标的第一路径。如上所述，坐标系可以是随时间变化的参数的任何坐标系。
步骤610可以进一步包括子步骤614：在子步骤612中使用的坐标系中，基于第二组数据确定第二路径。
应该认识到的是，子步骤612和614可以以任何顺序进行。
步骤610可以进一步包括子步骤616：比较如子步骤612和614中所确定的两条路径，以确定第一路径与第二路径之间的角度。该角度可以在所使用的坐标系中视情况而定地被确定。
步骤610可以进一步包括子步骤618：基于比较确定觇标相对于勘测仪器的旋转。该旋转的确定可以基于该角度。在一些坐标系中，两条路径之间的角度直接对应于觇标相对于勘测系统的旋转。
应当认识到的是，步骤560与步骤550可以以任何顺序进行。
图7是在步骤540中确定运动模式不匹配之后可能的步骤的图示。
如果在步骤540中已经确定运动模式不匹配和/或彼此相距不在预定区间内，则在步骤710中可以确定第二组数据不是源自附接到第一组数据的觇标的传感器单元。还可以得出结论：被光学跟踪的觇标不是要跟踪的正确觇标。因此，在步骤720可以停止对觇标进行光学跟踪。相反，可以在步骤730发起对传感器单元所附接的觇标的搜索。
可以根据勘测仪器的功能以光学方式或视觉方式进行搜索。一旦发现了新的潜在觇标，则可以再次进行方法500。
觇标的光学跟踪510可以包括：步骤810：在发射时间向觇标发射光信号；步骤820：在接收时间接收来自觇标对透射光信号的反射的返回光信号；以及步骤830：至少基于发射时间和接收时间确定觇标的方向和/或位置。不同的光源和/或不同的接收器可以用于确定觇标的方向和位置。例如，第一光源和第一接收器可以用于确定觇标的方向，并且第二光源和第二接收器可以用于确定到觇标的距离或觇标的位置。
处理单元可配置为包含指令，当执行这些指令时，使得处理单元通过其自身和/或通过引导还包括的其他部件来进行根据本文描述的任何实施例的一个或多个步骤或方法。如果一种方法涉及若干设备(比如勘测仪器、传感器单元和觇标) 的操作，则用于勘测仪器的处理单元可以负责进行方法的各部分，该方法涉及该处理单元配置为控制的设备(并且该处理单元可能位于其中)。
除非明确地相反说明，否则本文所披露的任何方法的步骤不一定必须以所披露的确切顺序来进行。
本领域技术人员认识到，本披露决不限于上述实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。
虽然以上以特定组合描述了特征和要素，但是每个特征或要素都可在没有其他特征和要素的情况下单独使用，或者以具有或不具有其他特征和要素的各种组合来使用。
进一步地，尽管已经参考勘测系统描述了勘测仪器和觇标的应用，但是本披露可以适用于需要在这种勘测仪器附近检测觇标或对象的任何系统或仪器。
可替代地，所披露的实施例的变化可以由技术人员在实践所要求保护的发明时通过学习附图、披露内容、以及所附权利要求来理解并实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其他要素，并且不定冠词“一个(a)”或“一种(an)”不排除复数。在彼此不同的从属权利要求中陈述的某些特征的简单事实并不表明这些特征的组合不能被有利地使用。

Claims (19)

1.一种在控制勘测仪器的处理单元中实施的方法，该方法包括：
利用该勘测仪器从对觇标进行的光学跟踪获得第一组数据；
从该第一组数据中识别表示所述觇标的运动的至少一个参数随时间变化的相关性；
经由通信信道从传感器单元接收第二组数据，所述第二组数据包括关于所述至少一个参数随时间变化的信息；
如果由所述至少一个参数随时间变化的相关性所限定的被光学跟踪的觇标的运动模式与由从该第二组数据获得的所述至少一个参数随时间变化的相关性所限定的运动模式相同、或者偏离预定区间，则确定该第二组数据源自附接在该觇标处的传感器单元；以及
继续对所述觇标进行光学跟踪。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该确定包括将从该第二组数据获得的所述至少一个参数随时间变化的相关性与从该第一组数据获得的所述至少一个参数随时间变化的表示进行比较。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
如果该觇标的运动模式在从该第二组数据获得的运动模式的预定区间之外，则确定该第二组数据不是源自附接在该觇标处的传感器单元；以及
停止对所述觇标进行光学跟踪。
4.如权利要求3所述的方法，进一步包括：
发起对该传感器单元所附接到的觇标的搜索。
5.如权利要求1所述的方法，其中，该方法进一步包括：至少基于布置在所述觇标的大地测量杆上的用于光学跟踪的光学元件与附接到所述觇标的传感器单元之间的所配置距离，判定通过该第一组数据获得的运动模式是否与通过该第二组数据获得的运动模式匹配。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括：
如果已经基于附接到所述觇标的传感器单元与该光学元件之间、沿着该觇标的大地测量杆的所配置距离确定通过该第一组数据和该第二组数据获得的这些运动模式不匹配，则使用该传感器单元与该觇标的光学元件之间、沿着该大地测量杆的另一距离判定该被光学跟踪的觇标的运动模式是否与从该第二组数据获得的运动模式匹配。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
如果该被光学跟踪的觇标的运动模式与从该第二组数据获得的运动模式相同、或者偏离预定区间，则通过以下来确定该觇标相对于该勘测仪器的朝向：
基于该第一组数据在该勘测仪器的坐标系中确定该被光学跟踪的觇标的第一路径；
基于该第二组数据在该坐标系中确定第二路径；
比较这两条路径以确定该第一路径与该第二路径之间的角度；以及
基于所述比较确定该觇标相对于该勘测仪器的旋转。
8.如权利要求1所述的方法，其中，该第二组数据包括来自加速度计的数据、来自陀螺仪的数据、罗盘数据、来自气压高度计的数据或来自基于图像的运动传感器的数据中的至少一者。
9.如权利要求1所述的方法，其中，表示该觇标随时间变化的运动的至少一个参数包括加速度、速度、位置、朝向、压力或温度。
10.如权利要求1所述的方法，其中，该第二组数据的接收包括在该处理单元与该传感器单元之间建立通信信道。
11.如权利要求10所述的方法，其中，该建立包括使用预定的频率。
12.如权利要求1所述的方法，其中，该第二组数据包括用于经由该通信信道在该勘测仪器与该觇标之间建立通信的标识符。
13.如权利要求1所述的方法，其中，该至少一个参数包括该觇标在坐标系中随时间变化的位置。
14.如任一前述权利要求所述的方法，其中，该处理单元是该勘测仪器的一部分。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述光学跟踪包括：
在发射时间向该觇标发射透射光信号；
在接收时间接收来自该觇标对该透射光信号的反射的返回光信号；以及
至少基于该发射时间和该接收时间来确定该觇标的方向和/或位置。
16.一种处理单元，其中，该处理单元配置为根据如权利要求1-15中任一项所限定的方法进行操作。
17.一种勘测仪器，包括如权利要求16所限定的处理单元。
18.如权利要求17所述的勘测仪器，包括收发器，该收发器配置为与传感器单元通信。
19.如权利要求17所述的勘测仪器，进一步包括具有仪器光轴的中心单元，该中心单元被安装在照准仪上以绕第一轴线旋转，并且被安装在基座上以绕第二轴线旋转。
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