CN110850407B - 一种基于雷达技术的地形测量方法 - Google Patents

一种基于雷达技术的地形测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于雷达技术的地形测量方法，涉及工程测绘的技术领域，其包括如下步骤：S100：准备移动载具与GPS定位仪；S200：GPS定位仪对移动载具进行定位；S300：移动载具上安装测距装置；S400：两个移动载具同时沿待测山体的两侧行进且GPS定位仪定时向上位机上传移动载具的坐标，算出两个载具在同一时间的间距，得到数值a；S500：测距装置同时测量对应移动载具与山壁之间的距离并上传至上位机，两个测距装置在同一时间分别得到移动载具与山壁间距数值b1与b2；S600：c=a‑b1‑b2；S700：以时间为X轴，以距离为Y轴建立直角坐标系，在直角坐标系上输入多项数值c，连接相邻坐标点以形成曲线s1。本发明具有提升测量山体的水平截面面积的效率的效果。

Description

一种基于雷达技术的地形测量方法
技术领域
本发明涉及工程测绘的技术领域，尤其是涉及一种基于雷达技术的地形测量方法。
背景技术
目前，地形测量是指测绘地形图的作业。即对地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程进行测定，并按一定比例缩小，用符号和注记绘制成地形图的工作。
现有的地形测量方法主要依赖于GPS定位，通过在山体的周围设置多个坐标点，并对坐标点进行精准定位，再通过软件算法，绘制出山体的水平轮廓，以此计算山体的占地面积等具体参数。或者通过卫星拍摄图片，依据地貌颜色纹理等对所拍摄的图像进行分析和测算，可以得出山体的水平截面面积等各项参数，以此方便对山体进行开发。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：GPS定位需要选择适合的多个坐标点，当坐标点的分布较密时需要耗费大量人力物力，而当坐标点过少时难以达到测量的精度要求，因此需要做大量的前期工作，耗费的时间较长。而卫星图像的测量主要依赖于人工的划分与判断，存在较大的误差，难以达到精度要求。因此现有的测量山体的水平截面面积的方式效率较低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于雷达技术的地形测量方法，能提升测量山体的水平截面面积的效率。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于雷达技术的地形测量方法，包括如下步骤：
S100：准备两个移动载具，在两个移动载具上安装GPS定位仪；
S200：GPS定位仪对移动载具进行定位，并向上位机上传位置坐标信息进行记录；
S300：在移动载具上安装测距装置，通过测距装置探测移动载具至山体侧壁的间距；
S400：操控两个移动载具自交汇的起点同时沿待测山体的两侧行进至交汇的终点，两个移动载具的路线连接后环绕待测山体一周，GPS定位仪每隔一段时间向上位机上传一次移动载具的坐标位置信息，上位机获取两个移动载具的坐标位置信息，并通过计算公式算出两个载具在同一时间的间距，得到数值a；
S500：操控某一移动载具的速度以使两者坐标的连线始终与两者初始位置的连线平行，测距装置在定位仪上传坐标位置信息的同时测量对应移动载具与山壁之间的距离并上传至上位机，两个测距装置在同一时间分别得到移动载具与山壁间距数值b1与b2；
S600：计算公式：c=a-b1-b2；
S700：在软件端以时间为X轴，以距离为Y轴建立直角坐标系，在直角坐标系上输入多项数值c，连接相邻坐标点以形成曲线s1。
通过采用上述技术方案，操控两个移动载具同时沿山体的两侧行进，且保持两者坐标的连线始终与两者初始位置的连线平行，通过定位仪每过一段时间测量一下两个移动载具的位置坐标信息，以此得出两者的间距a，即两者坐标点连线的长度，b1与b2分别为对应移动载具上的测距装置测得的与待测山体侧壁的间距，通过计算公式：c=a-b1-b2可以得出沿两个载具连线方向的山体宽度，再经过多组对应山体宽度的数据，绘制出对应山体截面面积的区域，即c的多个连续的坐标点形成的曲线s1与X轴之间的区域，从而方便计算出山体的水平截面面积，方便山体的开发，提升测量山体的水平截面面积的效率。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S400还包括：
步骤S410：两个移动载具的航行路径均呈直线型且相互平行，所述测距装置的测量方向与移动载具的航向相互垂直。
通过采用上述技术方案，两个移动载具的航行路径均呈直线型且相互平行，以此方便确定a的值，a的值直接作为定值计算，减少数据测量的工作量，从而提升测绘的整体效率。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S700还包括：
步骤S710：在直角坐标系上标出多个连续的b1坐标点，两两连接对应相邻时间点的b1坐标点以形成连续的曲线s2；S720：在直角坐标系上标出多个连续的a-b2坐标点，两两连接对应相邻时间点的a-b2坐标点以形成连续的曲线s3。
通过采用上述技术方案，b1坐标点形成的连续曲线s2与a-b2坐标点形成的连续曲线s3之间的区域即山体水平截面的轮廓线，以此方便操作人员直接根据山体水平截面的轮廓测量山体的各项参数，提升测量效率。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S500还包括：
步骤S510：将所述测距装置转动连接于移动载具上，通过伺服电机对测距装置的转向进行操控，依据定位仪上反馈的角度信息操控所述测距装置的检测方向以使两个测距装置的检测方向相对。
通过采用上述技术方案，通过伺服电机对测距装置的转向进行操控，以此使两个测距装置的检测方向相对，使测距装置测量所得的b1与b2分布于两个移动载具的连线上，以此使b1、b2的矢量方向对应a的矢量方向，减少矢量的计算，简化计算步骤，从而提升测量山体的水平截面面积的效率。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S500还包括：
步骤S520：以两个移动载具同一时间的连线的垂直方向为预设方向，通过定位仪分别得出两个移动载具偏离预设方向的角度，依据偏离角度与某一移动载具的速度通过计算公式得出另一载具所需的速度以使两个移动载具坐标的连线始终与两者初始位置的连线平行。
通过采用上述技术方案，当测量的是附近路况复杂的山体，则需要移动载具进行转向以规避障碍物，因此通过测量移动载具转向角度测量移动载具沿预设方向的分速度，以此方便同步两个移动载具的速度，使两个移动载具坐标的连线始终与两者初始位置的连线平行，从而方便测量山体的水平截面轮廓。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S520还包括：
步骤S521：某一所述移动载具的移动速度为v1，其与两个移动载具连线的垂直方向的角度为d1，另一移动载具的移动速度为v2，其与两个移动载具连线的垂直方向的角度为d2，移动载具的速度操控计算公式：v1=v2*cos(d2)/cos(d1)。
通过采用上述技术方案，某一移动载具的移动速度为v1，其与两个移动载具连线的垂直方向的角度为d1，即其在与两个移动载具连线的垂直方向的分速度为v1*cos(d1)，另一移动载具的移动速度为v2，其与两个移动载具连线的垂直方向的角度为d2，即其在与两个移动载具连线的垂直方向的分速度为v2*cos(d2)，以此得到移动载具的速度操控计算公式：v1=v2*cos(d2)/cos(d1)。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S700还包括：
步骤S710：以两个移动载具同一时间的连线的垂直方向为预设方向，取预设方向上两个移动载具交汇的起点与终点之间的一端为基准线；S720：按测距装置测量的多个时间点分别在基准线上以移动装置此时的坐标点为端点作垂直于基准线的垂线，某一移动装置此时的坐标点与垂足之间的距离为e1，另一移动装置在同一时间的坐标点与垂足之间的距离为e2；S730：以时间为X轴，以距离为Y轴建立直角坐标系，在直角坐标系上绘出e1、-e2的坐标点，两两连接对应相邻时间点的e1坐标点以形成连续的曲线s4，两两连接对应相邻时间点的-e2坐标点以形成连续的曲线s5。
通过采用上述技术方案，e1、-e2的坐标点分别表示两个载具在同一时间偏离基准线的距离，以此通过e1坐标点形成的连续曲线s4与-e2坐标点形成的连续曲线s5呈现移动载具移动的路径，以此方便依据移动载具的路线测算山体的各项参数。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S700还包括：
步骤S740：在直角坐标系上绘出e1-b1、-e2+b2的坐标点，两两连接对应相邻时间点的e1-b1坐标点以形成连续的曲线s6，两两连接对应相邻时间点的-e2+b2坐标点以形成连续的曲线s7。
通过采用上述技术方案，e1-b1坐标点形成的连续曲线与-e2+b2坐标点形成的连续曲线之间的区域即山体水平截面的轮廓线，以此方便操作人员直接根据山体水平截面的轮廓测量山体的各项参数，提升测量效率。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述测距装置采用雷达探测仪。
通过采用上述技术方案，雷达探测仪具有定位测距的功能，以此方便测量移动载具至山体侧壁的距离，方便为后期计算山体各项参数提供数据来源。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述移动载具采用无人机。
通过采用上述技术方案，无人机可以减少地形限制的影响，同时减少测距装置的晃动以保障数据测量的准确性；同时无人机可以保持在同一水平高度航行，以此减少测距装置的高度波动对测量数据的影响。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.操控两个移动载具同时沿山体的两侧行进，通过定位仪每过一段时间测量一下两个移动载具的位置坐标信息，以此得出两者的间距a，并测得移动载具与待测山体侧壁的间距b1与b2，通过计算公式：c=a-b1-b2可以得出沿两个载具连线方向的山体宽度，再经过多组对应山体宽度的数据，得到c的多个连续的坐标点形成的曲线s1，曲线s1与X轴之间的区域即山体的水平截面面积，以此方便山体的开发，从而提升测量山体的水平截面面积的效率；
2.b1坐标点形成的连续曲线s2与a-b2坐标点形成的连续曲线s3之间的区域即山体水平截面的轮廓线，以此方便操作人员直接根据山体水平截面的轮廓测量山体的各项参数，提升测量效率；
3.e1、-e2的坐标点分别表示两个载具在同一时间偏离基准线的距离，以此通过e1坐标点形成的连续曲线s4与-e2坐标点形成的连续曲线s5呈现移动载具移动的路径，以此方便依据移动载具的路线测算山体的各项参数。
附图说明
图1是实施例一的原理示意图；
图2是实施例一的直角坐标系示意图，主要示意山体截面面积；
图3是实施例一的直角坐标系示意图，主要示意山体截面轮廓；
图4是实施例二的原理示意图；
图5是实施例二的直角坐标系示意图，主要示意山体截面轮廓。
附图标记：1、山体；2、移动装置；3、测距装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：参照图1，为本发明公开的一种基于雷达技术的地形测量方法，包括如下步骤：S100：准备两个移动载具，移动载具可以为工程车，本实施例中优选为无人机，无人机可以减少地形限制的影响，且无人机可以保持在同一水平高度航行，以此方便测量山体1的水平截面面积。优选型号为X1-00四轴飞行器，预设无人机的飞行高度在地面的障碍物以上，以此避免无人机与障碍物碰撞。之后在两个移动载具上通过螺钉固定GPS定位仪，GPS定位仪优选为T300型RTK测量仪。
S200：开启GPS定位仪，对无人机进行定位，得到坐标位置信息并上传至上位机进行记录。S300：在无人机上安装测距装置3，测距装置3可以采用测距仪，本实施例中优选为雷达探测仪，雷达探测仪具有定位测距的功能，以此方便测量移动载具至山体1侧壁的距离，方便为后期计算山体1各项参数提供数据来源。
S400：操控两个移动载具自交汇的起点同时沿待测山体1的两侧行进至交汇的终点，期间待测山体1始终处于两个移动载具之间，两个移动载具的路线连接后环绕待测山体1一周。每个无人机上的GPS定位仪每隔一段时间向上位机上传一次对应的移动载具的坐标位置信息，上位机获取两个移动载具的坐标位置信息，并通过计算公式算出两个载具在同一时间的间距，得到数值a，计算公式参考现有经纬度距离计算公式。例如一个坐标点的坐标为经度10.00°，纬度0.01°，另一坐标点的坐标为经度10.03°，纬度0.05°，则经度差与纬度差为0.03°、0.04°，赤道上经度1°对应在地面上的弧长大约是111km，全球各地纬度1°的间隔长度都相等，因为所有经线的长度都相等，大约是111km/1°，因此根据勾股定理，a约为5.55km。
S410：两架无人机的航行路径均呈直线型且相互平行，雷达探测仪的朝向与无人机的航向相互垂直，以此使雷达探测仪的探测方向相对。两架无人机保持等距同步航行，以此方便确定a的值，a的值直接可以作为定值计算，以此减少数据测量的工作量，从而提升测绘的整体效率。
S500：操控某一移动载具的速度以使两者坐标的连线始终与两者初始位置的连线平行，本实施例中两架无人机的速度保持一致，雷达探测仪在定位仪上传坐标位置信息的同时测量对应无人机与山壁之间的距离并上传至上位机进行记录，两个测距装置3在同一时间分别得到无人机与山壁间距数值b1与b2。S600：通过计算公式：c=a-b1-b2求出沿两架无人机坐标点连线方向的山体1宽度。
S700：参照图2，在软件端以时间为X轴，以距离为Y轴建立直角坐标系，经过多组对应山体1宽度的数据在直角坐标系上输入多项数值c，连接相邻坐标点以形成曲线s1，曲线s1与X轴之间的区域面积即山体1的水平截面面积。
S710：参照图3，在直角坐标系上标出多个连续的b1坐标点，两两连接对应相邻时间点的b1坐标点以形成连续的曲线s2，曲线s2即山体1一侧侧壁的轮廓。S720：在直角坐标系上标出多个连续的Y轴数值为a-b2的坐标点，两两连接对应相邻时间点的Y轴数值为a-b2坐标点以形成连续的曲线s3，曲线s3即山体1另一侧侧壁的轮廓。b1坐标点形成的连续曲线s2与a-b2坐标点形成的连续曲线s3之间的区域即山体1水平截面的轮廓线，以此方便操作人员直接根据山体1水平截面的轮廓测量山体1的各项参数，提升测量效率。
本实施例的实施原理为：先操控两个移动载具同时沿山体1的两侧行进，通过定位仪每过一段时间测量一下两个移动载具的位置坐标信息，以此得出两者的间距a，并测得移动载具与待测山体1侧壁的间距b1与b2，通过计算公式：c=a-b1-b2可以得出沿两个载具连线方向的山体1宽度，再经过多组对应山体1宽度的数据，得到c的多个连续的坐标点形成的曲线s1，曲线s1与X轴之间的区域即山体1的水平截面面积，以此方便山体1的开发，从而提升测量山体1的水平截面面积的效率。
实施例二：参照图4，一种基于雷达技术的地形测量方法，其与实施例一的区别在于：当测量的是附近路况复杂的山体1时，则需要移动载具进行转向以规避障碍物，因此在步骤S500中加入步骤S510：测距装置3采用测距仪，测距仪采用型号为Z5的测距望远镜，移动载具采用工程车，将测距仪通过轴承转动连接于移动载具上。再通过伺服电机与皮带对测距装置3的转向进行操控，依据定位仪上反馈的诸如南偏西30°等角度信息操控测距装置3的检测方向以使两个测距装置3的检测方向相对。测距仪的转向操控使测距装置3测量所得的b1与b2分布于两个移动载具的连线上，以此使b1、b2的矢量方向对应a的矢量方向，减少矢量的计算，简化计算步骤，从而提升测量山体1的水平截面面积的效率。
步骤S520：以两个移动载具同一时间的连线的垂直方向为预设方向，通过定位仪分别得出两个移动载具偏离预设方向的角度。依据偏离角度与某一移动载具的速度通过计算公式得出另一载具所需的速度以使两个移动载具坐标的连线始终与两者初始位置的连线平行，以此方便同步两个移动载具的速度，从而方便测量山体1的水平截面轮廓。
步骤S521：预设某一移动载具的移动速度为v1，而其与两个移动载具连线的垂直方向的角度为d1，预设另一移动载具的移动速度为v2，其与两个移动载具连线的垂直方向的角度为d2，当v1*cos(d1)=v2*cos(d2)时两个移动载具沿预设方向的分速度相等，则移动载具的速度操控计算公式：v1=v2*cos(d2)/cos(d1)。
步骤S700包括步骤S710：以两个移动载具同一时间的连线的垂直方向为预设方向，取预设方向上两个移动载具交汇的起点与终点之间的一端为基准线。本实施例中取预设方向上经过两个工程车起点连线的中点的直线为基准线。
步骤S720：按测距装置3测量的多个时间点分别在基准线上以移动装置2此时的坐标点为端点作垂直于基准线的垂线，某一移动装置2此时的坐标点与其对应的垂线的垂足之间的距离为e1，另一移动装置2在同一时间的坐标点与其对应的垂线的垂足之间的距离为e2。
步骤S730：参照图5，以时间为X轴，以距离为Y轴建立直角坐标系，在直角坐标系上绘出e1、-e2的坐标点，两两连接对应相邻时间点的e1坐标点以形成连续的曲线s4，两两连接对应相邻时间点的-e2坐标点以形成连续的曲线s5。e1、-e2的坐标点分别表示两个载具在同一时间偏离基准线的距离，以此通过e1坐标点形成的连续曲线s4与-e2坐标点形成的连续曲线s5呈现移动载具移动的路径，以此方便依据移动载具的路线测算山体1的各项参数。
步骤S740：在直角坐标系上绘出e1-b1、-e2+b2的坐标点，两两连接对应相邻时间点的e1-b1坐标点以形成连续的曲线s6，两两连接对应相邻时间点的-e2+b2坐标点以形成连续的曲线s7。e1-b1坐标点形成的连续曲线与-e2+b2坐标点形成的连续曲线之间的区域即山体1水平截面的轮廓线，以此方便操作人员直接根据山体1水平截面的轮廓测量山体1的各项参数，提升测量效率。
本实施例的实施原理为：当遇到待测山体1附近的路况较为复杂的情况或是采用陆用载具时，操作人员可通过计算公式v1=v2*cos(d2)/cos(d1)操控某一工程车的速度，同时保持另一工程车以恒定速度行驶，以此保持两辆工程车在预设方向上的分速度同步，从而方便测量待测山体1的轮廓。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于雷达技术的地形测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
S100：准备两个移动载具，在两个移动载具上安装GPS定位仪；
S200：GPS定位仪对移动载具进行定位，并向上位机上传位置坐标信息进行记录；
S300：在移动载具上安装测距装置(3)，通过测距装置(3)探测移动载具至山体(1)侧壁的间距；
S400：操控两个移动载具自交汇的起点同时沿待测山体(1)的两侧行进至交汇的终点，两个移动载具的路线连接后环绕待测山体(1)一周，GPS定位仪每隔一段时间向上位机上传一次移动载具的坐标位置信息，上位机获取两个移动载具的坐标位置信息，并通过计算公式算出两个载具在同一时间的间距，得到数值a；
S500：操控某一移动载具的速度以使两者坐标的连线始终与两者初始位置的连线平行，测距装置(3)在GPS定位仪上传坐标位置信息的同时测量对应移动载具与山壁之间的距离并上传至上位机，两个测距装置(3)在同一时间分别得到移动载具与山壁间距数值b1与b2；
S600：计算公式：c=a-b1-b2；
S700：在软件端以时间为X轴，以距离为Y轴建立直角坐标系，在直角坐标系上输入多项数值c，连接相邻坐标点以形成曲线s1。
2.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的地形测量方法，其特征在于：所述步骤S400还包括：
步骤S410：两个移动载具的航行路径均呈直线型且相互平行，所述测距装置(3)的测量方向与移动载具的航向相互垂直。
3.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的地形测量方法，其特征在于：所述步骤S700还包括：
步骤S710：在直角坐标系上标出多个连续的b1坐标点，两两连接对应相邻时间点的b1坐标点以形成连续的曲线s2；S720：在直角坐标系上标出多个连续的a-b2坐标点，两两连接对应相邻时间点的a-b2坐标点以形成连续的曲线s3。
4.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的地形测量方法，其特征在于：所述步骤S500还包括：
步骤S510：将所述测距装置(3)转动连接于移动载具上，通过伺服电机对测距装置(3)的转向进行操控，依据两个GPS定位仪上反馈的角度信息操控所述测距装置(3)的检测方向以使两个测距装置(3)的检测方向相对，其中测距装置(3)的检测初始方向与移动载具的航向相互垂直，所述移动载具采用无人机，所述无人机保持在同一水平高度航行且无人机的飞行高度在地面的障碍物以上。
5.根据权利要求4所述的一种基于雷达技术的地形测量方法，其特征在于：所述步骤S500还包括：
步骤S520：以两个移动载具同一时间的连线的垂直方向为预设方向，通过GPS定位仪分别得出两个移动载具偏离预设方向的角度，依据偏离角度与某一移动载具的速度通过计算公式得出另一载具所需的速度以使两个移动载具坐标的连线始终与两者初始位置的连线平行。
6.根据权利要求5所述的一种基于雷达技术的地形测量方法，其特征在于：所述步骤S520还包括：
步骤S521：某一所述移动载具的移动速度为v1，其与两个移动载具连线的垂直方向的角度为d1，另一移动载具的移动速度为v2，其与两个移动载具连线的垂直方向的角度为d2，移动载具的速度操控计算公式：v1=v2*cos(d2)/cos(d1)。
7.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的地形测量方法，其特征在于：所述步骤S700还包括：
步骤S710：以两个移动载具同一时间的连线的垂直方向为预设方向，取预设方向上两个移动载具交汇的起点与终点之间的一端为基准线；S720：按测距装置(3)测量的多个时间点分别在基准线上以移动装置(2)此时的坐标点为端点作垂直于基准线的垂线，某一移动装置(2)此时的坐标点与垂足之间的距离为e1，另一移动装置(2)在同一时间的坐标点与垂足之间的距离为e2；S730：以时间为X轴，以距离为Y轴建立直角坐标系，在直角坐标系上绘出e1、-e2的坐标点，两两连接对应相邻时间点的e1坐标点以形成连续的曲线s4，两两连接对应相邻时间点的-e2坐标点以形成连续的曲线s5。
8.根据权利要求7所述的一种基于雷达技术的地形测量方法，其特征在于：所述步骤S700还包括：
步骤S740：在直角坐标系上绘出e1-b1、-e2+b2的坐标点，两两连接对应相邻时间点的e1-b1坐标点以形成连续的曲线s6，两两连接对应相邻时间点的-e2+b2坐标点以形成连续的曲线s7。
9.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的地形测量方法，其特征在于：所述测距装置(3)采用雷达探测仪。
10.根据权利要求1所述的一种基于雷达技术的地形测量方法，其特征在于：所述移动载具采用无人机。
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