CN112946696A - 一种船载gnss接收机定位精度比测的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船载GNSS接收机定位精度比测的方法及装置，该方法步骤如下：在船载GNSS接收机天线外缘处粘贴特定标识，根据船舶所处的区域，在船体周围岸上合适位置布设两个高精度控制点，使控制点和船载GNSS接收机天线的标识之间通视，在其中一个控制点上架设照相机对准GNSS接收机天线，另一个控制点上架设黑白棋盘格，用于照相机标定，启动船载GNSS接收机，记录船载GNSS接收机定位坐标，启动照相机拍摄GNSS接收机天线照片，通过对照片进行处理获取GNSS接收机坐标序列，与船载GNSS接收机记录的坐标进行比对，获得比对结果并对船载GNSS接收机定位精度进行有效性评价。本方法使用非接触式方法达到比测的目的，具有一定的工程应用价值。

Description

一种船载GNSS接收机定位精度比测的方法及装置

技术领域

本发明属于海洋调查和GNSS接收机检定校准技术领域，尤其涉及一种船载动态下的GNSS接收机天线定位精度比测的方法。

背景技术

GNSS定位技术的快速发展使得GNSS接收机在各个领域应用广泛。陆地上的GNSS接收机通过RTK技术和CORS系统已经能够轻易实现平面和高程厘米级定位精度。而船载GNSS接收机为船舶提供精确的位置和方向，在海洋科考船上，GNSS接收机还为多种调查设备，例如多波束、超短基线和浅地层剖面仪等提供位置信息。但是受限于RTK和CORS系统的作用范围，其无法在深远海使用。随着海洋调查朝着精细化方向的发展，迫切需要在远海中应用的GNSS接收机能提供高精度的定位服务，结合星站差分技术，例如目前VeriPos，Starfire和OmniStar等几家公司提供的全球星站差分服务可以达到平面20cm、高程10cm的精度。

GNSS接收机在国家基础地理信息获取和工程建设中应用十分普遍。早在1995年国家测绘局就发布GNSS接收机鉴定和校准规程，检定和校准的周期往往在一年以内，相关部门建立了专门的GNSS接收机标定场用于测量型GNSS接收机检定和校准。在校准场内被检定或校准的GNSS接收机对中在观测墩上或在特制的滑轨中运动，用精确已知的数据和被测GNSS接收机数据比测，获得检定和校准结果。但是与陆地测量型GNSS接收机不同，船载GNSS接收机往往安装在船舶主桅的最高处，考虑到船舶条件和海上复杂的海况，GNSS接收机天线往往被固定的又高又牢固，且接收机主机和天线之间的信号缆较长并穿梭在船体各个舱室之间。如果采用拆卸并送往特定的检定和校准场，需要拆装设备，船舶在海上时开展这些工作十分危险和复杂。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种操作便捷、高效可靠的船载GNSS接收机定位精度比测的方法及装置，采用非接触式测量，精度高，应用拓展性强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1、本发明提供一种船载GNSS接收机定位精度比测的方法，包括以下步骤：

步骤一：在船载GNSS接收机天线外缘粘贴特定标识，量取标识与天线测量中心之间的相对位置(△X，△Y，△Z)；

步骤二：根据船舶所处的区域，在船体周围岸上的合适位置处布设两个高精度控制点，并获取控制点坐标C1(Xc1，Yc1，Zc1)和C2(Xc2，Yc2，Zc2)；

步骤三：在C1控制点上架设照相机，量取相机高，在C2点上架设黑白棋盘格；

步骤四：调整相机镜头照准棋盘格，进行相机标定，获得照相机畸变参数f，k，Sx，Sy，Cx，Cy和外方位元素α，β，γ，Tx，Ty，Tz，其中f为焦距，k为径向畸变量，Sx和Sy为缩放比例因子，Cx和Cy为图像的主点，T＝(Tx，Ty，Tz)为平移向量，R＝(α，β，γ)为旋转矩阵；

步骤五：启动船载GNSS接收机一段时间后，获得船载GNSS接收机天线测量中心的坐标序列(Xsti，Ysti，Zsti)；

步骤六：调整相机镜头，照准GNSS接收机天线上的标识，启动照相机开始拍摄GNSS接收机天线像片序列；

步骤七：对步骤六获取的天线像片序列进行处理，获取GNSS天线上标识的坐标序列(Xpmtj，Ypmtj，Zpmtj)；

步骤八：结合步骤一和步骤五，获得船载GNSS接收机天线标识的位置序列(Xsmti，Ysmti，Zsmti)＝(Xsti+△X，Ysti+△Y，Zsti+△Z)；

步骤九：通过对步骤七和步骤八中同一时刻的结果进行比较，获得船载GNSS接收机定位精度比测结果。

方案优选地，各坐标位置均位于同一个地平坐标系下，或者经转换均位于同一个地平坐标系下。

方案优选地，步骤二中高精度控制点坐标的获取方式为通过高等级的控制网联测或经过长期GNSS静态观测得到。

方案优选地，步骤二中控制点精度高于船载GNSS接收机定位精度。

方案优选地，步骤五中启动GNSS接收机的时间间隔大于10分钟或大于GNSS接收机完成初始化所需的时间。

2、本发明另提供一种船载GNSS接收机定位精度比测的装置，包括特定标识、黑白棋盘格、用于拍摄GNSS接收机天线标识的照相机、用于支撑照相机和黑白棋盘格的三脚架和用于数据处理的计算机及软件系统。

方案优选地，所述特定标识具备图案特征明显，自带强力黏胶，具备防水功能，粘贴在GNSS接收机天线上可使用数年。

方案优选地，所述计算机及软件系统具备影像定向和影像匹配功能，可完成空三解算。

本发明的一种船载GNSS接收机定位精度比测的方法及装置与现有技术相比所产生的有益效果是：

本方法使用非接触式方法高效便捷地达到比测的结果和目的，操作便捷，安全可靠，精度高，具有一定的工程应用价值。

附图说明

为了更清楚地描述本发明一种船载GNSS接收机定位精度比测的方法及装置的工作原理，下面将附上简图作进一步说明。

附图1是本发明一种船载GNSS接收机定位精度比测的装置及其测量示意图；

附图2是本发明一种船载GNSS接收机定位精度比测的技术路线。

图中各标号表示：

1-照相机，2-棋盘格，3-GNSS接收机天线，4-特定标识，5-三脚架，6-控制点，7-数据处理系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1、2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前摄影测量技术发展的十分成熟，使用照相机进行标定后开展立体测图，可轻易实现厘米级测量精度，甚至亚厘米级精度，远高于深远海星站差分服务提供的亚米级定位精度。因此利用摄影测量技术对船载GNSS接收机测量结果进行比测，开展检定或校准完全可行。

实施例一

如附图1所示，本发明提供一种船载GNSS接收机定位精度比测的装置，包括特定标识4、黑白棋盘格2、用于拍摄GNSS接收机天线3标识4的照相机1、用于支撑照相机1和黑白棋盘格2的三脚架5和用于数据处理的计算机及软件系统7。

其中特定标识4具备图案特征明显，自带强力黏胶，具备防水功能，粘贴在GNSS接收机天线3上可使用数年。

其中计算机及软件系统7具备影像定向和影像匹配功能，可完成空三解算。

实施例二

如附图2所示，本发明的一种船载GNSS接收机定位精度比测的方法，包括以下步骤：

步骤一：在船载GNSS接收机天线3外缘粘贴特定标识4，特定标识4一般选易于图像识别的标识，例如黑色十字丝或者宝马车标志，粘贴位置一般选在GNSS接收机天线高量取的标识处，或者用马克笔在天线外缘制作特定十字丝标记，根据天线的尺寸图，可获得标识与天线测量中心之间的相对位置△X，△Y，△Z，此过程无需拆下GNSS接收机天线3，且制作的标识防水，可以长久保存，便于后期比测使用。

步骤二：在船体周围岸上的合适位置处布设两个高精度控制点，高精度控制点要与天线通视，不存在遮挡，控制点可用水泥墩浇筑制成永久观测墩，也可以使用合金钢钉嵌入地层，控制点精度高于船载GNSS接收机定位精度，控制点布设完成后，可以使用全站仪从邻近的高等级控制点联测坐标，也可以使用GNSS静态观测或RTK及CORS站差分定位技术获得控制点坐标C1(Xc1，Yc1，Zc1)和C2(Xc2，Yc2，Zc2)。

步骤三：在C1控制点上使用三脚架5安置照相机1，照相机1测量中心对中控制点，量取相机高。

步骤四：在C2点上用三脚架5架设黑白棋盘格2，调整相机镜头照准棋盘格2，进行相机标定，获得照相机1畸变参数f，k，Sx，Sy，Cx，Cy和外方位元素α，β，γ，Tx，Ty，Tz，其中f为焦距，k为径向畸变量，Sx和Sy为缩放比例因子，Cx和Cy为图像的主点，T＝(Tx，Ty，Tz)为平移向量，R＝(α，β，γ)为旋转矩阵。启动C1点上的照相机1拍摄C2点上的棋盘格2，进行相机标定获取标定参数。

步骤五：打开船载GNSS接收机，等待10分钟或设备完成初始化，可以获得固定差分解后，开始记录天线3的测量中心的坐标序列Xsti，Ysti，Zsti，下标s表示船载GNSS接收机，ti表示历元序列。

步骤六：调整相机镜头，照准GNSS接收机天线上的标识4，开始拍摄GNSS接收机天线3的像片序列，并通过空三结算获得GNSS天线上标识4的坐标序列Xpmtj，Ypmtj，Zpmtj，p表示摄影测量系统，m表示标识，tj表示历元序列。

步骤七：对步骤六获取的天线像片序列进行处理，获取GNSS天线上标识4的坐标序列Xpmtj，Ypmtj，Zpmtj。

步骤八：结合步骤一GNSS接收机天线上的标识4与步骤五天线测量中心的相对位置关系，获得船载GNSS接收机天线的标识4的位置序列Xsmti，Ysmti，Zsmti＝Xsti+△X，Ysti+△Y，Zsti+△Z。

步骤九：最后查找相同时间历元下的坐标Xpmtj，Ypmtj，Zpmtj和Xsmti，Ysmti，Zsmti，两坐标序列之间作差求平均值并计算中误差即为船载GNSS接收机定位精度比测结果，根据结果对船载GNSS接收机定位精度作出有效性评价。

上述各坐标位置均位于同一个地平坐标系下，或者经转换均位于同一个地平坐标系下。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种船载GNSS接收机定位精度比测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在船载GNSS接收机天线(3)外缘粘贴特定标识(4)，量取标识与天线测量中心之间的相对位置(rX，rY，rZ)；

步骤二：根据船舶所处的区域，在船体周围岸上的合适位置处布设两个高精度控制点，并获取控制点坐标C1(Xc1，Yc1，Zc1)和C2(Xc2，Yc2，Zc2)；

步骤三：在C1控制点上架设照相机(1)，量取相机高，在C2点上架设黑白棋盘格(2)；

步骤四：调整相机镜头照准棋盘格(2)，进行相机标定，获得照相机(1)畸变参数f，k，Sx，Sy，Cx，Cy和外方位元素α，β，γ，Tx，Ty，Tz，其中f为焦距，k为径向畸变量，Sx和Sy为缩放比例因子，Cx和Cy为图像的主点，T＝(Tx，Ty，Tz)为平移向量，R＝(α，β，γ)为旋转矩阵；

步骤五：启动船载GNSS接收机一段时间后，获得船载GNSS接收机天线(3)测量中心的坐标序列(Xsti，Ysti，Zsti)；

步骤六：调整相机镜头，照准GNSS接收机天线(3)上的标识，启动照相机(1)开始拍摄GNSS接收机天线(3)像片序列；

步骤七：对步骤六获取的天线像片序列进行处理，获取GNSS天线上标识的坐标序列(Xpmtj，Ypmtj，Zpmtj)；

步骤八：结合步骤一和步骤五，获得船载GNSS接收机天线(3)标识的位置序列(Xsmti，Ysmti，Zsmti)＝(Xsti+rX，Ysti+rY，Zsti+rZ)；

步骤九：通过对步骤七和步骤八中同一时刻的结果进行比较，获得船载GNSS接收机定位精度比测结果。

2.根据权利要求1所述的一种船载GNSS接收机定位精度比测的方法，其特征在于，各坐标位置均位于同一个地平坐标系下，或者经转换均位于同一个地平坐标系下。

3.根据权利要求1所述的一种船载GNSS接收机定位精度比测的方法，其特征在于，步骤二中高精度控制点坐标的获取方式为通过高等级的控制网联测或经过长期GNSS静态观测得到。

4.根据权利要求1所述的一种船载GNSS接收机定位精度比测的方法，其特征在于，步骤二中控制点精度高于船载GNSS接收机定位精度。

5.根据权利要求1所述的一种船载GNSS接收机定位精度比测的方法，其特征在于，步骤五中启动GNSS接收机的时间间隔大于10分钟或大于GNSS接收机完成初始化所需的时间。

6.一种船载GNSS接收机定位精度比测的装置，其特征在于，包括特定标识(4)、黑白棋盘格(2)、用于拍摄GNSS接收机天线(3)标识的照相机(1)、用于支撑照相机(1)和黑白棋盘格(2)的三脚架(5)和用于数据处理的计算机及软件系统(7)。

7.根据权利要求6所述的一种船载GNSS接收机定位精度比测的装置，其特征在于，所述特定标识(4)具备图案特征明显，自带强力黏胶，具备防水功能，粘贴在GNSS接收机天线(3)上。

8.根据权利要求6所述的一种船载GNSS接收机定位精度比测的装置，其特征在于，所述计算机及软件系统(7)具备影像定向和影像匹配功能。

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