CN116086417B - 一种固定样地复位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固定样地复位方法，包括如下步骤：（1）在固定样地的样桩处布设电子定位桩；（2）设置电子定位桩监听口令；（3）固定样地复位，启动移动测量终端并连接移动计算终端，利用移动计算终端搜索并连接电子定位桩；（4）计算电子定位桩至移动测量终端的中心的斜距以及方位角；（5）构建以移动测量终端的中心为原点的水平坐标系，通过实时获取电子定位桩至移动测量终端的中心的斜距以及方位角，计算电子定位桩的坐标，并根据计算的坐标导航至固定样地的样桩。本发明操作简单，测量精度可靠，可以大幅提升固定样地复位测量效率。

Description

一种固定样地复位方法
技术领域
本发明涉及物联网及地理空间数据采集、计算、处理领域，具体涉及一种固定样地复位方法。
背景技术
设置固定样地是长期监测森林、草原等生态系统及生物多样性的常用方法。样地复位是依据设定固定样地时记录的地理信息、样桩、乔木标牌等信息对原设定样地进行复原。固定样地复位时，由于监测周期较长（一般超过1年），调查人员、地理地貌和样地状况会发生改变，导致固定样地复位困难。
目前固定样地复位主要采用的方法是GPS法和RTK法。GPS法中，在设定样地时，通常使用GPS设备采集和记录固定样地样桩的GPS坐标，复位时，设定样桩坐标为目标点，依据GPS设备导航进行寻找，主要缺点是GPS定位误差在5-15米，在茂密森林中误差更大，调查人员在密林中难以准确定位样桩位置。RTK法是在GPS法的基础上，通过实时处理两个测站载波相位观测量的查分定位方法，在无遮挡的情况测量精度可达厘米级，但是在峡谷和密林中，由于卫星信号被阻挡削弱，初始化时间长，容易失锁，导致无法快速定位，降低了使用性。
综上所述，亟需提供一种操作简单，测量精度可靠，可以大幅提升固定样地复位测量效率的固定样地复位方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单，测量精度可靠，可以大幅提升固定样地复位测量效率的固定样地复位方法。
上述目的是通过如下技术方案实现：一种固定样地复位方法，使用移动测量终端进行测量，所述移动测量终端包括第一无线测距模块、第二无线测距模块、电子罗盘模块和第一无线通信模块，具体包括如下步骤：
步骤1：在固定样地的样桩处布设电子定位桩，所述电子定位桩设有第三无线测距模块和第二无线通信模块，启动电子定位桩，然后启动移动计算终端，利用移动计算终端搜索电子定位桩并建立连接；
步骤2：设置电子定位桩监听口令，记录固定样地编号和当前坐标，关闭连接，间隔固定时间后，自动进行休眠状态；
步骤3：固定样地复位，启动移动测量终端并连接移动计算终端，利用移动计算终端搜索并连接电子定位桩；
步骤4：保证电子罗盘模块为正北方向的同时保证第一无线测距模块与第二无线测距模块在同一水平，测量第三无线测距模块与第一无线测距模块、第二无线测距模块之间的距离，移动计算终端计算电子定位桩至移动测量终端的中心的斜距以及方位角；
步骤5：构建以移动测量终端的中心为原点的水平坐标系，通过实时获取电子定位桩至移动测量终端的中心的斜距以及方位角，计算电子定位桩的坐标，并根据计算的坐标导航至固定样地的样桩。
进一步的技术方案是，所述步骤4中设定第三无线测距模块的位置为A，所述第一无线测距模块的位置为B，所述第二无线测距模块的位置为C，所述移动测量终端的中心位置为D，电子定位桩至移动测量终端中心的斜距以及方位角的计算公式如下：
Figure SMS_1
式中，L T 为第一无线测距模块与第二无线测距模块的之间的距离；L ab 为第三无线测距模块与第一无线测距模块的之间的距离；L ac 为第三无线测距模块与第二无线测距模块之间的距离；S为电子定位桩至移动测量终端的中心的斜距；∠ADB为A、D的连线与D、B连线的夹角；∠ADE为方位角，所述方位角为从移动测量终端中心指北方向线起，依顺时针方向到电子定位桩的水平夹角。
进一步的技术方案是，所述步骤5中，电子定位桩的坐标的计算公式如下：
Figure SMS_2
式中， X p1和Y p1分别为电子定位桩在以移动测量终端的中心为原点的水平坐标系中横坐标和纵坐标。
进一步的技术方案是，所述移动测量终端还包括微处理器和存储模块，所述微处理器将获取的无线测距信号、电子罗盘模块的方位角和倾斜角参数通过存储模块存储，所述移动测量终端通过数据接口或第一无线通信模块与移动计算终端通信连接，所述移动计算终端用于获取存储模块的数据并进行步骤4~步骤5中的数据计算。
进一步的技术方案是，所述移动计算终端搭载有固定样地复位测量系统，用于完成电子定位桩设置和复位测量。
进一步的技术方案是，所述固定样地复位测量系统包括：
定位桩设置模块：用于设置电子定位桩监听口令，记录固定样地编号和当前坐标；
定位桩扫描激活模块：用于移动计算终端通过无线扫描发现周围电子定位桩，连接后发送监听口令，唤醒电子定位桩；
移动测量终端连接模块：用于移动计算终端通过无线或是有线连接移动测量终端，实时获取移动测量终端采集的测量参数；
定位桩测量导航模块：用于通过移动测量终端获取电子定位桩的斜距、方位角及坐标，导航指引调查员行走至固定样地样桩。
相比于现有技术，本发明具备如下优势：
1、测量精度较高：本发明中距离测量的结果主要由距离测定的精度决定，精度达到0.1米，满足对固定样地复位寻找样桩位置的需求；
2、测量流程简单，测量效率大幅提升：在被测固定样地固定电子定位桩，在到达固定样地周围，通过手持移动测量终端可以获取电子定位桩精准的斜距、方位角及坐标，导航指引调查员行走至固定样地样桩；
3、可对复杂地形、样木及灌木遮挡等情况快速测量：本方法不需要卫星信号，通过构建局域定位系统，对复杂地形、样木及灌木遮挡等情况下仍可以进行快速测量。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种实施方式所涉及的固定样地复位测量示意图；
图2为本发明一种实施方式所涉及的固定样地复位测量系统的结构框图。
图中：
1电子定位桩 2移动测量终端 3固定样地。
实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本发明实施例如下，一种固定样地复位方法，使用移动测量终端2进行测量，所述移动测量终端2包括第一无线测距模块、第二无线测距模块、电子罗盘模块和第一无线通信模块，具体包括如下步骤：
步骤1：在固定样地3的样桩处布设电子定位桩1，所述电子定位桩1设有第三无线测距模块和第二无线通信模块，启动电子定位桩1，然后启动移动计算终端，利用移动计算终端搜索电子定位桩1并建立连接；
步骤2：设置电子定位桩1监听口令，记录固定样地3编号和当前坐标，关闭连接，间隔固定时间后，自动进行休眠状态；
步骤3：固定样地3复位，使用GPS或RTK导航至固定样地3附近，启动移动测量终端2并连接移动计算终端，使用移动计算终端广播口令，电子定位桩1收到口令后唤醒，移动计算终端搜索并连接电子定位桩1；
步骤4：保证电子罗盘模块为正北方向的同时保证第一无线测距模块与第二无线测距模块在同一水平，测量第三无线测距模块与第一无线测距模块、第二无线测距模块之间的距离，移动计算终端计算电子定位桩1至移动测量终端2的中心的斜距以及方位角；
如图1，设定第三无线测距模块的位置为A，所述第一无线测距模块的位置为B，所述第二无线测距模块的位置为C，所述移动测量终端的中心位置为D，电子定位桩1至移动测量终端2中心的斜距以及方位角的计算公式如下：
Figure SMS_3
式中，L T 为第一无线测距模块与第二无线测距模块的之间的距离；L ab 为第三无线测距模块与第一无线测距模块的之间的距离；L ac 为第三无线测距模块与第二无线测距模块之间的距离；S为电子定位桩1至移动测量终端的中心的斜距；∠ADB为A、D的连线与D、B连线的夹角；∠ADE为方位角，所述方位角为从移动测量终端2中心指北方向线起，依顺时针方向到电子定位桩1的水平夹角。
步骤5：构建以移动测量终端2的中心为原点的水平坐标系，通过实时获取电子定位桩1至移动测量终端2的中心的斜距以及方位角，计算电子定位桩1的坐标，并根据计算的坐标导航至固定样地3的样桩。
电子定位桩1的坐标的计算公式如下：
Figure SMS_4
式中，X p1和Y p1分别为电子定位桩1在以移动测量终端2的中心为原点的水平坐标系中横坐标和纵坐标。
具体，移动测量模块包括外壳和PCB电路板，PCB电路板上包括微处理器、第一无线测距模块、第二无线测距模块、电源模块、第一无线通信模块、存储模块、数据接口、计时器和电子罗盘模块。其中微处理器内含内存、计数器、A/D转换等，完成数据测量的计算、存储和控制；第一无线测距模块发送和接收无线电信号广播模块参数，无线测距模块同无线测距天线进行连接，本发明推荐使用UWB信号发射模块，发射无线电信号为超宽基带脉冲；电源模块由锂电池、电源管理芯片和开关组成，为微处理器提供电源；存储模块存储微处理器记录数据；数据接口用于连接移动计算终端，获取移动测量模块的测量信息，也可以用于开发、测试或现场问题处理使用；计时器用于提供高精度计时；电子罗盘模块用于获取当前方向、倾斜角参数。
移动计算终端指搭载有固定样地复位测量系统，并具有计算、存储和网络通信的智能设备，包括但不限于智能手机、平板、笔记本及移动工作站。
移动测量模块工作时，移动计算终端通过无线信号或数据接口同移动测量模块连接，移动计算终端同时通过无线信号连接电子定位桩，移动计算模块微处理器将无线测距模块获取的信号、电子罗盘模块的方位角和倾斜角参数通过存储模块存储后，通过数据接口或无线信号模块传递给移动计算终端，移动计算终端通过信号处理、使用TOF算法计算移动测量终端2和电子定位桩1之间的斜距、方位角及坐标，导航指引调查员行走至固定样地3样桩。
移动计算终端搭载有固定样地复位测量系统，用于完成电子定位桩1设置和复位测量，如图2，具体包括：
定位桩设置模块：用于设置电子定位桩1监听口令，记录固定样地3编号和当前坐标；
定位桩扫描激活模块：用于移动计算终端通过无线扫描发现周围电子定位桩，连接后发送监听口令，唤醒电子定位桩；
移动测量终端连接模块：用于移动计算终端通过无线或是有线连接移动测量终端2，实时获取移动测量终端2采集的测量参数；
定位桩测量导航模块：用于通过移动测量终端2获取电子定位桩1的斜距、方位角及坐标，导航指引调查员行走至固定样地3样桩。
对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种固定样地复位方法，其特征在于，使用移动测量终端进行测量，所述移动测量终端包括第一无线测距模块、第二无线测距模块、电子罗盘模块和第一无线通信模块，具体包括如下步骤：
步骤1：在固定样地的样桩处布设电子定位桩，所述电子定位桩设有第三无线测距模块和第二无线通信模块，启动电子定位桩，然后启动移动计算终端，利用移动计算终端搜索电子定位桩并建立连接；
步骤2：设置电子定位桩监听口令，记录固定样地编号和当前坐标，关闭连接，间隔固定时间后，自动进行休眠状态；
步骤3：固定样地复位，启动移动测量终端并连接移动计算终端，利用移动计算终端搜索并连接电子定位桩；
步骤4：保证电子罗盘模块为正北方向的同时保证第一无线测距模块与第二无线测距模块在同一水平，测量第三无线测距模块与第一无线测距模块、第二无线测距模块之间的距离，移动计算终端计算电子定位桩至移动测量终端的中心的斜距以及方位角；
步骤5：构建以移动测量终端的中心为原点的水平坐标系，通过实时获取电子定位桩至移动测量终端的中心的斜距以及方位角，计算电子定位桩的坐标，并根据计算的坐标导航至固定样地的样桩。
2.根据权利要求1所述的固定样地复位方法，其特征在于，所述步骤4中设定第三无线测距模块的位置为A，所述第一无线测距模块的位置为B，所述第二无线测距模块的位置为C，所述移动测量终端的中心位置为D，电子定位桩至移动测量终端中心的斜距以及方位角的计算公式如下：
Figure QLYQS_1
式中，L T 为第一无线测距模块与第二无线测距模块的之间的距离；L ab 为第三无线测距模块与第一无线测距模块的之间的距离；L ac 为第三无线测距模块与第二无线测距模块之间的距离；S为电子定位桩至移动测量终端的中心的斜距；∠ADB为A、D的连线与D、B连线的夹角；∠ADE为方位角，所述方位角为从移动测量终端中心指北方向线起，依顺时针方向到电子定位桩的水平夹角。
3.根据权利要求2所述的固定样地复位方法，其特征在于，所述步骤5中，电子定位桩的坐标的计算公式如下：
Figure QLYQS_2
式中，X p1和Y p1分别为电子定位桩在以移动测量终端的中心为原点的水平坐标系中横坐标和纵坐标。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的固定样地复位方法，其特征在于，所述移动测量终端还包括微处理器和存储模块，所述微处理器将获取的无线测距信号、电子罗盘模块的方位角和倾斜角参数通过存储模块存储，所述移动测量终端通过数据接口或第一无线通信模块与移动计算终端通信连接，所述移动计算终端用于获取存储模块的数据并进行步骤4~步骤5中的数据计算。
5.根据权利要求4所述的固定样地复位方法，其特征在于，所述移动计算终端搭载有固定样地复位测量系统，用于完成电子定位桩设置和复位测量。
6.根据权利要求5所述的固定样地复位方法，其特征在于，所述固定样地复位测量系统包括：
定位桩设置模块：用于设置电子定位桩监听口令，记录固定样地编号和当前坐标；
定位桩扫描激活模块：用于移动计算终端通过无线扫描发现周围电子定位桩，连接后发送监听口令，唤醒电子定位桩；
移动测量终端连接模块：用于移动计算终端通过无线或是有线连接移动测量终端，实时获取移动测量终端采集的测量参数；
定位桩测量导航模块：用于通过移动测量终端获取电子定位桩的斜距、方位角及坐标，导航指引调查员行走至固定样地样桩。
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