CN110927745A - 一种低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统，所述系统包括固定基站端和移动测量端，其中固定基站端包括卫星定位基准仪、第一智能终端和第一电源供给单元，移动测量端包括卫星定位测量仪、第二智能终端和第二电源供给单元；本发明中卫星定位测量仪、智能终端等设备的集成度高，本系统整体重量和功耗都远低于现有技术中传统的定位测量系统重量和功耗。另，卫星定位基准仪与智能终端、以及卫星定位测量仪与智能终端均通过蓝牙模块进行通讯，固定基站端的智能终端与移动测量端的智能终端均通过移动通信网络进行传输通讯，即只要存在移动网络通讯信号，本系统中移动测量端就能够获得所需的差分数据信号，进而保证正常进行测量工作。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航、定位领域，特别是指一种低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统。
背景技术
在现有的测绘等领域中，常见的测量手段及技术主要包括：光学测量技术和卫星定位测量技术。其中，光学测量技术和卫星定位测量技术主要有以下不足：光学测量的测量时间耗时较长，人为造成的误差较大；在广阔的农村或者山区，由于缺乏基准坐标而难以进行较高精度的测量。而传统的卫星定位测量技术中，由于构成移动测量端所用设备集成度偏低，独立构件多，主要包括了卫星定位仪、用于接收差分数据的大功率无线通讯设备、手提电脑或笔记本电脑或平板电脑、大容量工作蓄电池、连接设备的专用电缆、测量三脚架和卫星定位天线等设备，总体的设备重量一般会超过20kg，间接的会导致测量工作人员需要长时间携带以上设备进行测量工作。另外，由于移动测量端需要多种设备构成，从而使整体总能耗较高，一般会超过40W。再一方面，卫星定位测量系统除了移动测量端设备外还包括了基准站端设备，通常只有在城市才有条件建立基准站端，但定位测量系统受到城市中高大的建筑物或构筑物阻挡时，移动测量端就不能保证可以正常地接收到差分信号，也就意味着测量工作不能正常进行。在乡、村或者土地、山林区域应用时，由于架设基站的困难较大、成本较高，也会使定位测量系统的应用受到一定程度的限制。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中测量耗时长、误差大，设备重量大、能耗高、应用范围较窄的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统，包括：固定基站端和移动测量端，其中所述固定基站端包括卫星定位基准仪、第一智能终端和第一电源供给单元，所述移动测量端包括卫星定位测量仪、第二智能终端和第二电源供给单元；
所述第一智能终端和第二智能终端包括蓝牙通讯模块、移动网络通信模块和数据处理模块；
所述第一智能终端通过所述蓝牙模块与所述卫星定位基准仪进行联接通讯，所述第二智能终端通过所述蓝牙模块与所述卫星定位测量仪进行联接通讯；
所述第一智能终端从卫星定位基准仪获取第一测量数据后经所述数据处理模块处理后获得第一处理数据，并将所述第一处理数据通过所述移动网络通信模块发送至预定的互联网WEB服务器和/或所述第二智能终端，相应地，所述第二智能终端可通过所述移动网络通信模块从指定的互联网WEB服务器和/或第一智能终端获取第一处理数据；
所述第二智能终端从卫星定位测量仪获取第二测量数据，并由所述数据处理模块处理后获得第二处理数据；
所述第二智能终端根据获取第一处理数据和第二处理数据，再由所述数据处理模块经RTK载波相位差分定位测量技术运算后获得所述移动测量端所在空间位置的测量结果。
进一步地，所述卫星定位基准仪包括：
第一卫星定位天线、第一RTK卫星定位模块、蓝牙通讯模块、第一DC-DC电源变换模块、第一MCU系统；
所述卫星定位测量仪包括：
第二卫星定位天线、第二RTK卫星定位模块、蓝牙通讯模块、第二DC-DC电源变换模块、第二MCU系统。
进一步地，所述卫星定位基准仪还包括：
固定基站端人机界面模块以及用于将第一卫星定位天线连接到固定基座的连杆和固定基座；
所述卫星定位测量仪还包括：
移动测量端人机界面模块以及用于将第二卫星定位天线连接到测量三脚架或移动测量基座的连杆和测量三脚架或移动测量基座。
可选地，所述第一智能终端和第二智能终端为智能手机、平板电脑、PDA中任意一种和/或多种。
进一步地，所述第一智能终端和第二智能终端还包括存储单元。
可选地，所述第一电源供给单元和第二电源供给单元包括充电宝、小容量蓄电池、太阳能电源和风能电源中的一种或多种。
可选地，所述移动网络通信模块为2G/3G/4G/5G通信芯片构成的通讯系统或配置有蓝牙功能的短波、微波通讯收发器。
本发明的一个技术方案具有以下优点或有益效果：
本发明的一个技术方案中所述的低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统中移动测量端所用的各设备，如卫星定位测量仪、智能终端的集成度高，一体化设计，所用的智能终端可供野外测量作业6小时以上，所需的第二电源供给单元和卫星定位测量仪，移动测量端整体重量可控制在6kg以内，同时由于设备的集成度高，使移动测量端整体的功耗可控制在平均4W以内。另外，本系统中，固定基站端与移动测量端的硬件组成是一致的，所以固定基站端能耗同样控制在平均4W以内，从而使本系统整体重量和功耗都远低于现有技术中传统的定位测量系统重量和功耗，方便测量工作人员的测量工作。同时，卫星定位基准仪与智能终端、以及卫星定位测量仪与智能终端均通过蓝牙模块进行通讯，固定基站端的智能终端与移动测量端的智能终端均通过移动通信网络进行传输通讯，即只要存在移动网络通讯信号，本系统中移动测量端就能够获得所需的差分数据信号，进而保证正常进行测量工作。由于移动测量端所需的差分数据信号都是来自互联网上指定的WEB服务器或固定基站端的直接广播这类环境，所以一个固定基站端可以同时服务于多个移动测量端进行野外测量作业。使本系统的应用范围远超传统的定位测量系统，如驾驶技能考试、测绘等领域，并且同时保证了测量工作的效率和准确度，测量速度达到50mS一个测量值。
附图说明
图1为本发明一种低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统实施例的结构框图；
图2为本发明中卫星定位基准仪实施例的结构框图；
图3为本发明中第一智能终端实施例的结构框图；
图4为本发明中卫星定位测量仪实施例的结构框图；
图5为本发明中第二智能终端实施例的结构框图；
图6为本发明在机动车驾驶人驾驶技能培训和考试领域的应用实施例结构框图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统实施例，本实施例中卫星定位测量系统包括：固定基站端和移动测量端，其中所述固定基站端包括卫星定位基准仪、第一智能终端和第一电源供给单元，所述移动测量端包括卫星定位测量仪、第二智能终端和第二电源供给单元；其中，第一电源供给单元除了向卫星定位基准仪供电外，还可根据设计需要向第一智能终端供电；第二电源供给单元除了向卫星定位测量仪供电外，同样还可根据设计需要向第二智能终端供电。
所述第一智能终端和第二智能终端包括蓝牙通讯模块、移动网络通信模块和数据处理模块；
如图3所示，第一智能终端的主要包括了蓝牙通讯模块、第一移动网络通信模块和第一数据处理模块，所述第一移动网络通讯模块是第一智能终端联接到互联网时所用的调制解调器或称收发器，可以是微波或其它无线数传设备，也可以是WIFI设备，或是手机2G/3G/4G/5G通信芯片模块，或是移动上网卡；所述第一数据处理模块包括了在第一智能终端上的软件和硬件，一方面管理和处理与卫星定位基准仪之间的交互数据，另一方面管理和处理与第一移动网络通讯模块之间的交互数据，再一方面，还用于管理和处理RTK数据信息的发布。上述模块可以直接采用市场上在售的独立模块或集成模块，在此不做限定，另外，第一智能终端还包括有第一DC-DC电源变换模块，用于转变来自第一电源供给单元的输入电压，以适用于第一智能终端。
所述第一智能终端通过所述蓝牙模块与所述卫星定位基准仪进行联接通讯，所述第二智能终端通过所述蓝牙模块与所述卫星定位测量仪进行联接通讯；
本发明实施例中，第一智能终端和第二智能终端均通过蓝牙技术，分别与卫星定位基准仪和卫星定位测量仪进行短距离数据交换，蓝牙技术相较于其他无线传输技术，最大的便利性为目前的各种智能终端(手机、pad、笔记本电脑)上皆已内建蓝牙，并且蓝牙标准还对收发过程的寄生辐射、射频容限、干扰和带外抑制等做了详尽的规定，以保证数据传输的安全。
所述第一智能终端从卫星定位基准仪获取第一测量数据后经所述数据处理模块处理后获得第一处理数据，并将所述第一处理数据通过所述移动网络通信模块发送至预定的互联网WEB服务器和/或所述第二智能终端，相应地，所述第二智能终端可通过所述移动网络通信模块从指定的互联网WEB服务器和/或第一智能终端获取第一处理数据；
如图1所示，手机通讯基站1……手机通讯基站N，构成本系统中的远程无线通讯网络，互联网WEB服务器位于互联网上，向移动测量端提供差分数据。
移动测量端获取所需的差分数据的途径是多样的，例如：1、利用智能终端(手机等设备)通过通讯网络连接到互联网WEB服务器，以获取WEB服务器中所存储的相关信息，如第一处理数据；2、利用无线WIFI网络连接到互联网WEB服务器，以获取WEB服务器中所存储的相关信息；3、通过WIFI网络连接的局域网WEB服务器，以获取WEB服务器中所存储的相关信息；4、通过WIFI网络连接到局域网非WEB数据服务器，以获取服务器中所存储的相关信息；5、第一智能终端发布传输无线广播信息；6、接收第一智能终端通过手机通讯基站传输的无线广播信息。获取途径可以根据应用的场景环境，择优选取获取方式，同样的，为了保证系统运行的稳定性，也可以择优选取2种或更多的获取方式。
所述第二智能终端从卫星定位测量仪获取第二测量数据，并由所述数据处理模块处理后获得第二处理数据；
所述第二智能终端根据获取第一处理数据和第二处理数据，再由所述数据处理模块经RTK载波相位差分定位测量技术运算后获得所述移动测量端所在空间位置的测量结果。
如图5所示，第二智能终端的主要包括了蓝牙通讯模块、第二移动网络通信模块和第二数据处理模块，第二DC-DC电源变换模块；第二移动网络通讯模块是第二智能终端联接到互联网时所用的调制解调器或称收发器，可以是小功率无线数传设备，也可以是WIFI设备，或是手机2G/3G/4G/5G通信芯片模块，或是移动上网卡；第二数据处理模块包括了在智能终端上的软件和硬件，一方面管理和处理与卫星定位测量仪之间的交互数据，另一方面管理和处理与第二移动网络通讯模块之间的交互数据，再一方面，还要管理和处理RTK数据信息并报告测量结果。测量结果为第二卫星天线所在空间位置的卫星地球坐标值的一次实时测量值，即本次测量的一个最终测量结果值。根据测量工作的需要，第二卫星天线所在空间位置的最终测量结果值可能是若干次实时测量值(这里称的“测量结果”是其中一次实时测量值)的某种平均值(不一定是几何平均)。第二DC-DC电源变换模块用于转变来自第二电源供给单元的输入电压，以适用于第二智能终端。
进一步地，如图2所示，本发明实施例中所述卫星定位基准仪包括：
第一卫星定位天线、第一RTK卫星定位模块、蓝牙通讯模块、第一DC-DC电源变换模块、第一MCU系统；
第一卫星定位天线为基准仪的第一RTK卫星定位模块配载的天线，通过连杆固定在固定基座上，与固定基座一样相对于地面是静止不动的；第一RTK卫星定位模块：卫星定位基准仪所用的具有RTK功能的全球卫星定位信号处理模块；第一MCU系统是为卫星定位基准仪服务的微型控制器即单片机系统，用于获取卫星定位信号和处理RTK数据，以及用于管理通讯和蓝牙模块；蓝牙模块是卫星定位基准仪与第一智能终端联接通讯的接口；第一DC—DC电源变换模块把第一电源供给单元提供的电源变换成能够满足卫星定位基准仪及第一智能终端工作时所需要的各种电源；
进一步地，所述卫星定位基准仪还包括：固定基站端人机界面模块。
所述固定基站端人机界面模块提供了为固定基站端正常维护所需的所有作业操作界面，包括有工作参数的设置和调整、数据处理和传输等操作。
如图4所示，所述卫星定位测量仪包括：
第二卫星定位天线、第二RTK卫星定位模块、蓝牙通讯模块、第二DC-DC电源变换模块、第二MCU系统。
第二卫星定位天线为卫星定位测量仪的第二RTK卫星定位模块配载的天线，通过连杆固定在用于移动测量基座上，也可通过连杆固定在用于移动测量的三角架上；第二RTK卫星定位模块：卫星定位测量仪所用的随测量工作需要而可以移动的具有RTK功能的全球卫星定位信号处理模块；第二MCU系统是为卫星定位测量仪服务的微型控制器即单片机系统，用于获取移动测量端在进行移动测量工作时所需要的卫星定位信号和处理RTK数据，以及用于管理通讯和蓝牙模块；蓝牙模块是卫星定位测量仪与第二智能终端联接通讯的接口；第二DC—DC电源变换模块：把第二电源供给单元提供的电源变换成能够满足测量仪及第二智能终端工作时所需要的各种电源；
进一步地，所述卫星定位测量仪还包括：移动测量端人机界面模块。
所述移动测量端人机界面模块提供进行定位测量所需的所有作业操作，包括工作参数的设置和调整、数据处理和传输等操作。
进一步地，所述第一智能终端和第二智能终端为智能手机、平板电脑、PDA中任意一种和/或多种。
优选地，第一智能终端和第二智能终端为智能手机。智能手机具有独立的操作系统，并且已经集成了定位测量时所需要的全部硬件，一体化设计，具有良好运算处理性能，并且可以对续航稳定性有较高的保障，通常可供野外测量作业6小时以上，是本实施例中优选地智能终端。另外，智能终端的硬件部分，还包括了用于存储定位测量信息的存储介质，目前智能手机的存储容量普遍大于10GB以上，极大地扩展了本系统所需有用信息的存储量。
进一步地，所述第一电源供给单元和第二电源供给单元包括充电宝、小容量蓄电池、太阳能电源和风能电源中的一种或多种。
第二电源供给单元优选采用充电宝，充电宝具有较小的体积和重量，便携性优良，充电宝设置数量及电容量可以根据使用需要进行设定；而第一电源供给单元除了可直接使用与第二电源供给单元外一样的充电宝外，由于其工作环境是相对固定的，其电源部分可以用大容量蓄电供电系统，太阳能和风能等绿色可再生能源供电系统。当然，在条件允许的情况下，为了延长移动测量端的续航，第二电源供给单元也可以选用合适的大容量蓄电供电系统，太阳能和风能等绿色可再生能源供电系统。
如图6所示，结合本发明的一种技术方案，此处再给出一种把卫星定位测量仪嵌入到机动车驾驶人驾驶技能培训和考试领域中的应用实施例2：
在本实施例中，第二DC-DC电源变换模块由机动车的车载DC-DC电源变换模块的相应功能替代，第二智能终端由机动车的车载电脑替代，第二RTK卫星定位模块与所述车载电脑的连接由有线连接替代蓝牙无线连接，第二移动网络通讯模块与车载电脑的连接由有线连接替代蓝牙无线连接。
采用本实施例中所述的方法制造的机动车驾驶人驾驶技能培训和考试时所使用的车辆，由于RTK信号传输路径是移动通讯网络，而此网络在城市的环境中尽管存在高楼大厦，也几乎不存在信号盲区，因此可以克服在机动车驾驶人驾驶技能考试中科目三考试道路上自建WIFI网络时很难避免网络盲区现象的缺陷和初建及之后维护的费用高困境。
本发明实施例还公开了一种低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量方法，包括：
S10、所述固定基站端中定位基准仪获取第一测量数据并将其发射至第一智能终端；
固定基站端包括了卫星定位基准仪、第一智能终端和第一电源供给单元，其中定位基准仪通过集成的硬件单元，获取所需要的第一测量数据，并由所述第一智能终端，如智能手机，利用智能手机的硬件及软件，对第一测量数据进行步骤S20的处理。
S20、所述第一智能终端对第一测量数据处理后获得第一处理数据，并将所述第一处理数据通过移动网络通信模块发送至指定互联网WEB服务器和/或第二智能终端；
第一智能终端通过自身的处理模块和通信模块，将处理后的第一处理数据发送至指定互联网WEB服务器和/或第二智能终端。
S30、所述第二智能终端从移动测量端获取第二测量数据，并将所述第二测量数据处理后获得第二处理数据；
S40、所述第二智能终端根据获取第一处理数据和第二处理数据，获得第一测量结果。
第二智能终端根据第一处理数据和第二处理数据，利用自身的数据处理模块经RTK载波相位差分定位测量技术运算后获得所述移动测量端所在空间位置的测量结果，以实现卫星定位测量任务。
或，
S31第二智能终端获取移动测量端的第二测量数据，并将所述第二测量数据处理后获得第二处理数据；
S41所述第二智能终端从指定互联网WEB服务器和/或第一智能终端获取第一处理数据；
第二智能终端根据需要，主动寻找指定的互联网WEB服务器和/或第一智能终端，以获取第一处理数据。
S51、所述第二智能终端根据获取第一处理数据和第二处理数据，获得第一测量结果。
第二智能终端根据第一处理数据和第二处理数据，利用自身的数据处理模块经RTK载波相位差分定位测量技术运算后获得所述移动测量端所在空间位置的测量结果，以实现卫星定位测量任务。
进一步地，所述固定基站端的卫星定位基准仪与第一智能终端之间和/或所述移动测量端的卫星定位测量仪与第二智能终端之间的连接方式为蓝牙。
本发明实施例中，固定基站端的卫星定位基准仪与第一智能终端之间和移动测量端的卫星定位测量仪与第二智能终端之间的数据交换均通过蓝牙技术实现，当然，也可以通过设置其他的硬件单元，实现相同的目的，例如使用WiFi无线网络等。本实施例中，第一智能终端和第二智能终端优选使用智能手机，智能手机相比其他的智能终端，设备集成度更高，基本集成本系统所需要的各种软、硬件，满足本测量系统的要求。
进一步地，所述移动测量端的卫星定位测量仪与第二智能终端之间的连接方式为有线连接。
在机动车驾驶人驾驶技能培训和考试领域中，第二智能终端通常为机动车的车载电脑，利用车载电脑与移动测量端进行数据交换，通过有线连接车载电脑和移动测量端，省去了为车载电脑添加蓝牙设备和调试过程，一定程度上节约不必要的成本，同时有线连接的具有更好的稳定性，实施过程也不存在技术难点。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式的其中一种而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统，其特征在于，包括：固定基站端和移动测量端，其中所述固定基站端包括卫星定位基准仪、第一智能终端和第一电源供给单元，所述移动测量端包括卫星定位测量仪、第二智能终端和第二电源供给单元；
所述第一智能终端和第二智能终端包括蓝牙通讯模块、移动网络通信模块和数据处理模块；
所述第一智能终端通过所述蓝牙模块与所述卫星定位基准仪进行联接通讯，所述第二智能终端通过所述蓝牙模块与所述卫星定位测量仪进行联接通讯；
所述第一智能终端从卫星定位基准仪获取第一测量数据后经所述数据处理模块处理后获得第一处理数据，并将所述第一处理数据通过所述移动网络通信模块发送至预定的互联网WEB服务器和/或所述第二智能终端，相应地，所述第二智能终端可通过所述移动网络通信模块从指定的互联网WEB服务器和/或第一智能终端获取第一处理数据；
所述第二智能终端从卫星定位测量仪获取第二测量数据，并由所述数据处理模块处理后获得第二处理数据；
所述第二智能终端根据获取第一处理数据和第二处理数据，再由所述数据处理模块经RTK载波相位差分定位测量技术运算后获得所述移动测量端所在空间位置的测量结果。
2.根据权利要求1所述的低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统，其特征在于，所述卫星定位基准仪包括：
第一卫星定位天线、第一RTK卫星定位模块、蓝牙通讯模块、第一DC-DC电源变换模块、第一MCU系统；
所述卫星定位测量仪包括：
第二卫星定位天线、第二RTK卫星定位模块、蓝牙通讯模块、第二DC-DC电源变换模块、第二MCU系统。
3.根据权利要求1所述的低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统，其特征在于，所述卫星定位基准仪还包括：
固定基站端人机界面模块以及用于将第一卫星定位天线连接到固定基座的连杆和固定基座；
所述卫星定位测量仪还包括：
移动测量端人机界面模块以及用于将第二卫星定位天线连接到测量三脚架或移动测量基座的连杆和测量三脚架或移动测量基座。
4.根据权利要求1-3任一所述的低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统，其特征在于，所述第一智能终端和第二智能终端为智能手机、平板电脑、PDA中任意一种和/或多种。
5.根据权利要求1-3任一所述的低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统，其特征在于，所述第一智能终端和第二智能终端还包括存储单元。
6.根据权利要求1-3任一所述的低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量系统，其特征在于，所述第一电源供给单元和第二电源供给单元包括充电宝、小容量蓄电池、太阳能电源和风能电源中的一种或多种。
7.根据权利要求1-3任一所述的低能耗移动式厘米级精度卫星定位测量方法，其特征在于，所述移动网络通信模块为2G/3G/4G/5G通信芯片构成的通讯系统或配置有蓝牙功能的短波、微波通讯收发器。
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