DE112010000674B4

DE112010000674B4 - Verfahren und Vorrichtung zur GNSS-Vermessung

Info

Publication number: DE112010000674B4
Application number: DE112010000674.1T
Authority: DE
Inventors: Ulrich Vollath; Nicholas Charles Talbot
Original assignee: Trimble Navigation Ltd
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 2009-02-22
Filing date: 2010-02-20
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2030-02-21
Also published as: US20110285587A1; US9322918B2; CN102326094B; CN102326094A; DE112010000674T5; WO2010096190A3; WO2010096190A2; WO2010096190A8

Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer statischen Position einer Antenne eines GNSS-Rovers durch Beobachtungen von GNSS-Signalen, die über eine Vielzahl von Epochen hinweg an der Antenne erfasst werden, und anhand von Korrekturdaten für wenigstens eine der Epochen, umfassend:Erlangen von Erstepochen-Roverbeobachtungen von GNSS-Signalen, die während einer ersten Epoche an der Antenne empfangen werden,Erhalten von Erstepochen-Korrekturdaten für die erste Epoche,Bestimmen einer synchronisierten Roverantennenposition für die erste Epoche aus den Erstepochen-Roverbeobachtungen und den Erstepochen-Korrekturdaten,Erlangen von Folgeepochen-Roverbeobachtungen aus den empfangenen GNSS-Satellitensignalen für wenigstens eine Folgeepoche, für die keine Korrekturdaten verfügbar sind,Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, undBestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition anhand der synchronisierten Roverantennenposition und der Folgeepochen-Roverbeobachtungen von wenigstens einer statischen Epoche der wenigstens einen Folgeepoche.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Zu globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS) zählen das Global Positioning System (GPS), das GLONASS-System, das vorgeschlagene Galileo-System und das vorgeschlagene Beidou-System.
Bei der traditionellen RTK-(real-time kinematic, Echtzeitkinematik)-GNSS-Positionsbestimmung erfasst der Rover-Empfänger (Rover) Echtzeit-GNSS-Signaldaten und empfängt Referenzdaten von einer Basisstation oder einem Netz von Basisstationen. Die Basisstation und die Referenzstationen empfangen die GNSS-Signale in demselben Moment wie der Rover. Da die Referenzdaten aufgrund der Verarbeitung und der Datenübertragung mit einer endlichen Verzögerung (Latenz) beim Rover eintreffen, speichert der Rover seine lokal erfassten Daten und ordnet sie Epoche für Epoche den eintreffenden Referenzdaten zu. Der Rover berechnet sodann für jede Epoche anhand der zugeordneten Daten für die jeweilige Epoche eine synchrone Position. Die synchrone Datenverarbeitung der traditionellen RTK-Positionsbestimmung verwendet nur zugeordnete Referenz- und Roverdaten, um eine größtmögliche Genauigkeit zu erreichen. Die Notwendigkeit, auf die Referenzdaten zu warten, bedeutet, dass die berechnete Position stets in Bezug auf die aktuelle Position des Rovers verzögert ist, die durch die aktuellen GNSS-Daten von den GNSS-Signalverfolgungsschleifen des Rovers dargestellt wird. Obwohl die vom Rover berechnete synchrone Position genau ist, wird die Genauigkeit von einer inhärenten Verzögerung begleitet.
Das Deltaphasenverfahren des Stands der Technik, das bei der kinematischen Vermessung zur Anwendung kommt, zielt darauf ab, Schätzungen der Roverposition mit niedriger Latenz zu erstellen, ohne auf den Empfang der zugeordneten (synchronen) Referenzdaten zu warten. Wenn für eine jeweilige Epoche synchrone Referenzdaten verfügbar sind, verwendet der Rover sie, um für die betreffende Epoche eine synchrone Position zu berechnen. Wenn keine synchronen Referenzdaten für eine aktuelle Epoche verfügbar sind, schätzt der Rover seine Deltaposition (die Veränderung der Roverposition von der neuesten synchronen Epoche bis zur aktuellen Epoche) und fügt diese Deltaposition zu der neuesten synchronen Position hinzu, um auf diese Weise eine Schätzung der aktuellen Position mit niedriger Latenz zu erreichen, während er auf Referenzdaten für eine weitere synchrone Epoche wartet. Der Preis des Niedriglatenzverfahrens ist ein zusätzlicher Fehler von etwa 1 mm pro Sekunde Zeitunterschied zwischen Rover und Referenzdaten.
Um die Genauigkeit zu maximieren, verwendet die Verarbeitung für Vermessungen mit statischen Punkten des Stands der Technik für Epochen, in denen der Rover am Vermessungspunkt statisch ist, sowie für die Unbestimmtheitsschätzung (Empfängerinitialisierung) ausschließlich synchrone Daten. Die Verzögerung, die durch das Warten auf synchrone Daten entsteht, wurde im Stand der Technik nicht beachtet, da statische Aufenthalte traditionell im Bereich von wenigstens einigen Sekunden lagen und da die Auflösung von Unbestimmtheiten wenigstens einige Sekunden in Anspruch nimmt.
Die US 6127968 A beschreibt ein System zur einfrequenten kinematischen Echtzeit-Positionsbestimmung (RTK) auf Zentimeter-Ebene unter Verwendung des Satellitenpositionierungssystems (SATPS). Das System umfasst einen Speicherpuffer, der zur Speicherung von Daten verwendet wird. Die gespeicherten Daten und die aktuellen Daten werden von einem Mehrdeutigkeitssuchalgorithmus für die verbesserte ganzzahlige Mehrdeutigkeitsauflösung verwendet. Die US 20080165053 A1 beschreibt eine Verarbeitung von Daten aus GNSS-Empfängern. Es werden eine Nachbearbeitungsmaschine und ein nachbearbeiteter Genauigkeitsvorhersager beschrieben. Das Nachverarbeitungssystem ermöglicht eine hochgenaue GNSS (GPS)-Positionsbestimmung mit kurzer Belegungszeit für GIS-Anwendungen. Der Post-Processing Accuracy Predictor berechnet während der Datenerfassung eine Schätzung der Genauigkeit, die nach dem Post-Processing wahrscheinlich erreicht wird, zur Optimierung der Produktivität bei der Erfassung von GNSS-Daten.
Die US 7193559 B2 beschreibt einen INS/GPS-Empfänger mit einem GPS-Subsystem zum Erfassen und Verfolgen der Signale von jeweiligen sichtbaren GPS-Satelliten, zum Bestimmen der GPS-Position und zugehöriger Kovarianzinformationen und zum Erzeugen zugehöriger Delta-Phasen-Messungen, die sowohl über die Zeit als auch über die GPS-Satelliten doppelt differenziert sind. Ein INS-Kalman-Filter verwendet Trägheitsmessungen und Delta-Phasen-Messungen, um aktuelle und frühere positionsbezogene Informationen zu aktualisieren und beizubehalten und aktuelle Informationen weiterzugeben.
Die US 7340343 B2 beschreibt ein RTK (Real Time Kinematic) Positionierungssystem, das Positionen mit Pseudoliten als Ersatz für GPS-Satelliten bestimmt. Das System umfasst eine Vielzahl von Pseudoliten, von denen sich jeder an einer vorbestimmten Position befindet und einen Rover-Empfänger zur Messung von Code und Trägerphase von Signalen, die von jedem der Pseudolites übertragen werden. Eine Benutzerprozessoreinheit positioniert den Rover-Empfänger auf der Grundlage eines Codes und einer Trägerphase, die von einer stationären Referenzstation und einer beweglichen Referenzstation übertragen werden.
Die EP 1762824 A1 beschreibt eine Positionsbestimmung mittels Trägerphasenmessungen von Satellitensignalen zur Bestimmung der relativen Position einer mobilen Einheit. Die mobile Einheit empfängt Signale von einer Vielzahl von Navigationssatelliten und verfolgt die Trägerphasen der Signale während der Bewegung. Für jedes der empfangenen Signale werden Trägerphaseninkremente über eine Vielzahl von Epochen berechnet. Anomale Trägerphaseninkremente werden ermittelt und von weiteren Berechnungen ausgeschlossen.
Die US 20090024325 A1 beschreibt einen Vermessungsstab mit einem Vermessungsstab mit einem Positionsgeber, der mit einem oberen Ende des Vermessungsstabes oberen Ende des Mastes gekoppelt ist. Der Vermessungsstab verwendet einen AINS als kombinierten Neigungs- und Richtungssensor. Die Übertragung von Positionsdaten des Positionsgebers liefert die Position einer Spitze am unteren Ende des Stabs.
Verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Verarbeiten von GNSS-Signalen sind wünschenswert, insbesondere um die Produktivität der statischen Positionsvermessung mithilfe von GNSS-Empfängern zu verbessern.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Produktivität ist das Hauptziel von Vermessungen mit weniger strikten Genauigkeitsanforderungen. Während bei der Vermessung von Steuerpunkten eine Genauigkeit im Bereich von unter einem Zentimeter erforderlich ist, die sich nur erreichen lässt, wenn eine signifikante Zeitspanne an Daten benutzt wird, die an einem statischen Punkt erfasst werden, benötigen so genannte topografische Vermessungen lediglich eine Genauigkeit im Zentimeterbereich. Andererseits muss der Anwender einer topografischen Vermessung innerhalb einer möglichst kurzen Zeitspanne Tausende von Punkten messen. Die zusätzliche Wartezeit bis zum Eintreffen der Referenzdaten und das Erfassen einer Vielzahl von Epochen synchronisierter Daten sind ein echter Produktivitätsnachteil für topografische und andere Vermessungen, die nur eine geringere Genauigkeit benötigen.
Verbesserte Verfahren und Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung sorgen für eine verbesserte Produktivität beim Bestimmen der statischen Position einer Antenne eines GNSS-Rovers beispielsweise bei der halbkinematischen Vermessung.
Computerimplementierte Verfahren und Vorrichtungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, eine statische Position einer Antenne eines GNSS-Rovers anhand von Beobachtungen von GNSS-Signalen zu bestimmen, die über eine Vielzahl von Epochen hinweg an der Antenne erfasst werden, und anhand von Korrekturdaten für wenigstens eine der Epochen. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst dies: Erlangen von Erstepochen-Roverbeobachtungen von GNSS-Signalen, die während einer ersten Epoche an der Antenne empfangen werden, Erhalten von Erstepochen-Korrekturdaten für die erste Epoche, Bestimmen einer synchronisierten Roverantennenposition aus den Erstepochen-Roverbeobachtungen und den Erstepochen-Korrekturdaten für die erste Epoche, Erlangen von Folgeepochen-Roverbeobachtungen aus den empfangenen GNSS-Satellitensignalen für wenigstens eine Folgeepoche, für die keine Korrekturdaten verfügbar sind, Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, und Bestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition anhand der synchronisierten Roverantennenposition und der Folgeepochen-Roverbeobachtungen von wenigstens einer statischen Epoche der wenigstens einen Folgeepoche.
Die Korrekturdaten können bei diesen Verfahren und Vorrichtungen wenigstens eins umfassen von: Korrekturdaten, die aus Beobachtungen von einer Basisstation erstellt wurden, Korrekturdaten, die aus Beobachtungen von einem Netz aus Referenzstationen erstellt wurden, und präzise Orbit- und Zeitgeberinformationen für Satelliten, die die GNSS-Signale aussenden. Gemäß einigen Ausführungsformen wird eine Mindestanzahl statischer Epochen vorgeschrieben durch wenigstens eins von: einer Benutzereingabe, einer Mindestaufenthaltszeit an einem Vermessungspunkt, und einer geschätzten Genauigkeit der aktualisierten Roverantennenposition. Gemäß einigen Ausführungsformen umfassen die wenigstens zwei statischen Epochen die erste Epoche und die wenigstens eine Folgeepoche, und das Bestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition umfasst: für die einzelnen Folgeepochen der statischen Epochen, Bestimmen einer nicht synchronisierten Roverantennenposition anhand der Roverbeobachtungen der jeweiligen Folgeepoche, und Kombinieren (z. B. Mitteln) der Roverantennenposition mit der nicht synchronisierten Roverantennenposition der einzelnen Folgeepochen der statischen Epochen, um die aktualisierte Roverantennenposition zu erlangen.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfassen die wenigstens zwei statischen Epochen jeweilige Folgeepochen, und das Bestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition umfasst: für die einzelnen statischen Epochen, Bestimmen einer Veränderung der nicht synchronisierten Roverantennenposition relativ zur synchronisierten Antennenposition anhand der Roverbeobachtungen der jeweiligen Folgeepoche und der Roverbeobachtungen der ersten Epoche, und Kombinieren (z. B. Addieren) der synchronisierten Roverantennenposition mit den Veränderungen der nicht synchronisierten Roverantennenposition, um die aktualisierte Roverantennenposition zu erlangen.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist: Empfangen einer Benutzereingabe, die ein statisches Zeitintervall festlegt, und Bestimmen, dass die statischen Epochen innerhalb des statischen Zeitintervalls liegen. Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist: Empfangen einer Eingabe von einem physischen Sensor, der wenigstens eins der Folgenden umfasst: einen Kontaktschalter, einen Trägheitssensor und einen Bewegungsdetektor. Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist: Bestimmen einer nicht synchronisierten Roverantennenposition für jede von mehreren Epochen, Vergleichen der nicht synchronisierten Roverantennenposition jeweiliger Epochen, und Festlegen der jeweiligen Epochen als statische Epochen, wenn die Differenz zwischen den nicht
synchronisierten Roverantennenpositionen unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus den unten beschriebenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen klarer hervor. Es zeigen:

1 in schematischer Weise ein Szenario der Verwendung eines GNSS-Rovers mit Korrekturdaten zur Punktvermessung;
2 ein Blockdiagramm eines typischen integrierten GNSS-Empfängersystems;
3 in schematischer Weise ein typisches Szenario einer halbkinematischen Vermessung;
4 ein Ablaufdiagramm eines typischen halbkinematischen GNSS-Vermessungsverfahrens des Stands der Technik;
5 die Zeit, die notwendig ist, um mit dem Verfahren aus 4 einen Punkt zu vermessen;
6 ein übergeordnetes Ablaufdiagramm eines verbesserten halbkinematischen Vermessungsverfahrens gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung;
7 ein detaillierteres Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Blocks „Daten erhalten“ aus 6;
8 ein detaillierteres Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Blocks „synchronisierte Position bestimmen“ aus 6;
9 ein detaillierteres Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Blocks „aktualisierte Position bestimmen“ aus 6;
10 die Zeit, die notwendig ist, um mit dem Verfahren gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung einen Punkt zu vermessen;
11 ein Blockdiagramm eines integrierten GNSS-Empfängersystems mit Verbesserungen gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung; und
12 ein Ablaufdiagramm, das zeigt, wie Deltaphasenpositionen 915 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung berechnet werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
ÜBERBLICK
1 zeigt in schematischer Weise ein Szenario der Verwendung eines GNSS-Rovers mit Korrekturdaten zur Punktvermessung. Ein Anwender 100 verfügt über einen Roverempfänger (Rover) 105, der an einer Fluchtstange 110 montiert ist oder in einigen Fällen ein Handgerät ohne Fluchtstange ist. Der Rover 105 weist eine GNSS-Antenne 115 und eine Kommunikationsantenne 120 auf. Der Rover 105 empfängt an seiner GNSS-Antenne 115 die Signale von GNSS-Satelliten 125, 130, 135, 140, 145 usw. Der Rover 105 empfängt außerdem an seiner Kommunikationsantenne 120 Korrekturdaten von einer Korrekturquelle 150 über eine Kommunikationsverbindung 155. Die Kommunikationsverbindung ist beispielsweise eine Funkverbindung oder eine Mobiltelefonverbindung oder jedes andere geeignete Mittel zum Übertragen der Korrekturdaten an den Rover 105. Bei den Korrekturdaten kann es sich um jeden geeigneten Typ zum Verbessern der Positionsbestimmungsgenauigkeit des Rovers 105 handeln, beispielsweise: Differenzialbasisstationsdaten von einer Basisstation, die als Korrekturquelle 150 dient, oder virtuelle Referenzstationsdaten von einem Netz aus Referenzstationen, die als Korrekturquelle 150 dienen (WAAS ist ein Beispiel dafür), oder präzise Orbit- und Zeitgeberdaten von einem Precise-Point-Positioning-(PPP)-Dienst (das Canadian Spatial Reference System (CSRS) ist ein Beispiel dafür), der als Korrekturquelle 150 dient. Im Beispiel aus 1 wird die Spitze der Fluchtstange 110 auf einen Vermessungspunkt 160 gesetzt und in einer niveaugleichen (vertikalen) Position gehalten, derart, dass die Phasenmitte der GNSS-Antenne 115 über dem Vermessungspunkt 160 angeordnet ist.
2 ist ein Blockdiagramm eines typischen integrierten Empfängersystems 200 mit GNSS-Antenne 115 und Kommunikationsantenne 120. Das Empfängersystem 200 kann als ein Rover 105 oder als eine Basisstation oder Referenzstation dienen. Das Empfängersystem 200 weist einen GNSS-Empfänger 205, ein Computersystem 210 und eine oder mehrere Kommunikationsverbindungen 215 auf. Das Computersystem 210 weist einen oder mehrere Prozessoren 220, ein oder mehrere
Datenspeicherelemente 225, Programmcode 230 zum Steuern des Prozessors/der Prozessoren 220 und Benutzer-Eingabe-/Ausgabevorrichtungen 235 auf, die eine oder mehrere Ausgabevorrichtungen 240 wie z. B. ein Display oder Lautsprecher oder Drucker und eine oder mehrere Vorrichtungen 245 zum Empfangen von Benutzereingaben wie z. B. eine Tastatur oder ein Berührungsfeld oder eine Maus oder ein Mikrofon aufweisen.
Der Programmcode 230 ist dazu angepasst, neuartige Funktionen gemäß Ausführungsformen der Erfindung auszuführen, wie unten beschrieben. Das integrierte Empfängersystem 200 kann anderenfalls ein System des üblichen Typs sein, das zum Montieren an einer Fluchtstange oder für den Handbetrieb geeignet ist; zu einigen Beispielen gehören die Vermessungssysteme Trimble R8 GNSS, Trimble R7 GNSS, Trimble R6 GPS und Trimble 5700 und das System Trimble GPS Pathfinder Pro XRS.
3 zeigt in schematischer Weise ein typisches Szenario einer halbkinematischen Vermessung. Ein Benutzer 100 setzt die Spitze einer Fluchtstange 110 auf einen Vermessungspunkt 160, hält die Stange niveaugleich (vertikal), derart, dass die Phasenmitte der GNSS-Antenne 115 sich über dem Vermessungspunkt 160 befindet, und stellt eine Eingabe bereit (beispielsweise durch Drücken einer Taste), die anzeigt, dass die Roverantenne am Vermessungspunkt statisch ist, während die Antenne 115 statisch gehalten wird, bis ausreichend Daten erfasst wurden, um die erforderliche Genauigkeit zu erreichen. Der Benutzer wiederholt diesen Vorgang dann nacheinander an den einzelnen Vermessungspunkten 305, 310, 315, 320 usw.
4 ist ein Ablaufdiagramm eines typischen halbkinematischen GNSS-Vermessungsverfahrens 400 des Stands der Technik. Der Benutzer beginnt die Vermessung bei 405, nachdem er den GNSS-Empfänger des Rovers gestartet hat, und wartet, bis der Empfänger initialisiert wurde (bis Unbestimmtheiten ermittelt wurden). Das Empfängersystem zeigt typischerweise an, wenn es initialisiert wurde und bereit ist, den Vermessungsbetrieb aufzunehmen. Bei 410 empfängt der Rover eine Benutzereingabe (z. B. indem der Benutzer eine Taste drückt), dass die Roverantenne an einem neuen Vermessungspunkt statisch ist. Bei 425 erhält der Rover GNSS-Referenzdaten. Bei 430 erhält der Rover GNSS-Roverdaten. Bei 435 werden die
Referenzdaten und die Roverdaten Epoche für Epoche durch Verarbeiten synchronisiert (zugeordnet). Bei 440 werden Epochen synchroner Referenz- und Roverdaten verarbeitet, und für die erfassten Epochen wird eine gemittelte Roverantennenposition bestimmt. Bei 445 wird geprüft, ob ausreichend synchrone Positionen an diesem Vermessungspunkt gemittelt wurden, um die erforderliche Positionsgenauigkeit zu erreichen. Falls nicht, wird bei 415 eine nächste Epoche für diesen Vermessungspunkt gestartet. Falls ja, wird die gemittelte Position für diesen Vermessungspunkt gemeldet, und zwar typischerweise, indem die gemittelte Position gespeichert und für den Benutzer angezeigt wird. Bei 455 wird geprüft, ob alle Vermessungspunkte abgeschlossen wurden. Falls nicht, wird dem Benutzer signalisiert, bei 410 einen neuen Vermessungspunkt einzunehmen. Falls ja, endet die Vermessung bei 460.
5 zeigt die Zeit, die notwendig ist, um mit dem Verfahren aus 4 einen Punkt zu vermessen. Während einer Bewegungsperiode 505 bewegt sich der Rover. Zum Zeitpunkt t₀ wird die Roverantenne auf den Vermessungspunkt gesetzt, und der Benutzer gibt an, dass die Antenne statisch ist, indem er beispielsweise eine Taste drückt. Am Zeitpunkt t₀ beginnt eine Halteperiode 510. Während der Halteperiode 510 muss die Roverantenne stationär gehalten werden, während der Rover die GNSS-Daten erlangt, synchrone Korrekturdaten empfängt und ausreichend synchrone Epochen verarbeitet, um die gewünschte Positionsgenauigkeit zu erreichen. Damit der Rover die Daten, die er in der Epoche t₀ erlangt, verarbeitet, muss er während einer Latenzperiode, die bei 515 angezeigt ist - der Zeit, die benötigt wird, um die Korrekturdaten für Epoche t₀ an der Quelle zu erstellen und an den Rover zu übertragen - auf die zugeordneten Epochenkorrekturen warten. Sodann benötigt der Rover eine endliche Verarbeitungszeit, wie bei 520 angezeigt, um die Rover- und die Referenzdaten für Epoche t₀ zuzuordnen und eine Position für die Epoche zu berechnen. Im Beispiel aus 5 betragen die Latenzperiode 515 und die Verarbeitungszeit 520 gemeinsam etwa 3 ½ Epochen, und für den Vermessungspunkt müssen fünf Datenepochen gemittelt werden. Die Halteperiode, während der der Benutzer die Roverantenne stationär halten muss, beträgt in diesem Beispiel daher 8 ½ Epochen. Eine typische Korrekturdatenrate ist 1 Hz (1 Epoche pro Sekunde), wobei in diesem Fall die minimale Halteperiode für dieses Beispiel 8,5 Sekunden einschließlich möglicher Verzögerungen durch den Benutzer beträgt. Wenn
genug Epochen von synchronen Daten gemittelt wurden, wird dem Benutzer die nächste Bewegungsperiode 525 signalisiert; dieser kann dann den Rover zum nächsten Vermessungspunkt bewegen.
Beim Messen eines statischen Punkts in einer halbkinematischen Vermessung mit einem GNSS-Roverempfänger liegen mehrere Zeit verbrauchende Faktoren vor. (1) Warten auf das Eintreffen von Referenzdaten beim Rover, um mithilfe von Referenzdaten, die mit Daten, die der Rover während des statischen Aufenthalts am Vermessungspunkt erfasst hat, synchronisiert sind, die Antennenposition des Rovers zu berechnen; (2) Warten, bis während des statischen Aufenthalts am Vermessungspunkt eine erforderliche Anzahl von Epochen von GNSS-Daten vom Rover erfasst wurde; (3) Ausrichten der Fluchtstange, sofern vorhanden, an der der Rover montiert ist, und Statischhalten des Rovers, während eine Taste „Messen“ oder „Registrieren“ gedrückt wird, um dem Rover die Daten anzuzeigen, die zum Berechnen der Antennenposition des Rovers benutzt werden sollen, und (4) Sicherstellen, dass beim Berechnen der Antennenposition des Rovers ausschließlich statische Daten benutzt werden, oder Wiederholen der Vermessung des Punktes, falls dies nicht einwandfrei geschehen ist.
Was Punkt (1) betrifft, verwenden einige Ausführungsformen gemäß der Erfindung ein Deltaphasenverfahren zum Verarbeiten von statischen Punkten in der GNSS-Vermessung und umgehen so die Notwendigkeit, auf das Eintreffen von Referenzdaten am Rover zu warten, während der Rover statisch ist. Die Verarbeitung ähnelt der kinematischen Positionsbestimmung mit niedriger Latenz, wird jedoch derart modifiziert, dass sie den Bedürfnissen von Anwendungen zur Vermessung von statischen Punkten entspricht.
Was Punkt (2) betrifft, verwenden einige Ausführungsformen gemäß der Erfindung für die Roverdaten eine höhere Aktualisierungsrate als für die Referenzdaten. Dies reduziert die Genauigkeit der berechneten Position nicht, da auch bei wenigen Epochen mit der typischen Aktualisierungsrate des Stands der Technik von 1 Hz keine echte Konvergenz stattfindet.
Was Punkt (3) betrifft, sehen einige Ausführungsformen gemäß der Erfindung verbesserte Arbeitsabläufe für Vermessungen einer großen Anzahl von statischen Punkten vor.
Was Punkt (4) betrifft, sehen einige Ausführungsformen gemäß der Erfindung eine automatische Erkennung dessen vor, welche Daten erfasst wurden, während der Rover statisch war.
Grundsätze der statischen Deltaphase
Einige Ausführungsformen gemäß der Erfindung verwenden eine Niedriglatenzverarbeitung mit Deltaphase, die aus Roverdaten hergeleitet ist, die eine höhere Aktualisierungsrate aufweisen als die Referenzdaten. Sobald die Aufenthaltsperiode am Punkt begonnen hat (effiziente Möglichkeiten, dies zu bestimmen, sind weiter unten beschrieben), werden die Positionsaktualisierungen, die mittels Deltaphase mit hoher Aktualisierungsrate hergeleitet wurden, in Bezug auf die letzte bekannte synchronisierte Datenepoche gesammelt. Die letzte synchronisierte Position muss nicht aus einem statischen Teil der Vermessung stammen. Die hohe Aktualisierungsrate der Roverdaten stellt sicher, dass jede Vorgabe für eine Mindestanzahl an Epochen rasch erfüllt wird. Fehler mit langsamer Veränderung, die beispielsweise auf Mehrwegeausbreitung zurückgehen, werden auch von Verfahren des Stands der Technik nicht abgeschwächt, die nur einige wenige Sekunden an synchronen Daten mitteln; zufälliges (weißes) Rauschen wird jedoch im Laufe der vorgegebenen Mindestanzahl an Epochen von Positionsaktualisierungen, die mittels Deltaphase mit hoher Aktualisierungsrate hergeleitet wurden, auf effektive Weise gemittelt.
6 ist ein übergeordnetes Ablaufdiagramm eines verbesserten halbkinematischen Vermessungsverfahrens 600 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Der Benutzer beginnt die Vermessung bei 605, nachdem er den GNSS-Empfänger des Rovers gestartet hat, und wartet, bis der Empfänger initialisiert wurde (bis Unbestimmtheiten ermittelt wurden). Das Empfängersystem zeigt typischerweise an, wenn es initialisiert wurde und bereit ist, den Vermessungsbetrieb aufzunehmen. Bei 610 erhält der Prozess kontinuierlich Daten, wie detaillierter unter Bezugnahme auf 7 erläutert werden soll. Bei 615 werden die Daten geprüft, um zu bestimmen, ob für eine
Epoche synchrone Roverdaten und Referenzdaten verfügbar sind. Wenn ja, wird bei 620 eine synchrone Roverposition mit hoher Latenz 625 für diese Epoche bestimmt, wie detaillierter unter Bezugnahme auf 8 erläutert werden soll. Wenn nicht, wird bei 630 eine synchrone Roverposition mit niedriger Latenz 635 bestimmt, wie detaillierter unter Bezugnahme auf 9 erläutert werden soll.
7 ist ein detaillierteres Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Blocks „Daten erhalten“ 610 aus 6. Bei 705 wird eine nächste Nachricht aus einem Speicher abgerufen. Bei 710 wird geprüft, ob die Nachricht eine Steuernachricht ist. Wenn ja, wird bei 715 die Steuernachricht bearbeitet. Wenn nicht, wird bei 715 geprüft, ob die Nachricht eine Korrekturnachricht ist. Wenn nicht, wird bestimmt, dass es sich um Roverdaten 720 handelt. Wenn ja, wird bestimmt, dass es sich um Roverdaten 725 handelt, und der Ablauf fährt mit 8 und 9 fort.
8 ist ein detaillierteres Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Blocks „synchronisierte Position bestimmen“ 620 aus 6. Bei 805 werden Roverdaten 720 und Korrekturdaten als synchronisierte korrigierte Daten 830 erstellt. Insbesondere werden bei 810 Roverdaten 720 und Korrekturdaten 725 für eine mögliche Synchronisation gespeichert. Bei 815 wird geprüft, ob Roverdaten und Korrekturdaten mit zugeordneter Epoche verfügbar sind. Wenn nicht, fährt der Ablauf an Block 705 fort, um die nächste Nachricht abzurufen. Wenn ja, werden die zugeordneten Rover- und Korrekturdaten 820 an Block 825 weitergeleitet, wo die synchronisierten korrigierten Daten 830 erstellt werden. Bei 835 werden die synchronisierten korrigierten Daten 830 zur primären präzisen Verarbeitung benutzt, um eine synchronisierte Position 840 zu bestimmen. Bei 845 wird die neueste synchronisierte Position 850 zur künftigen Verwendung gespeichert. Bei 855 wird wahlweise die neueste synchronisierte Position 850 gemeldet, d.h. gespeichert und/oder angezeigt oder dem Benutzer auf andere Weise zur Verfügung gestellt. Der Ablauf fährt an Block 705 fort, um die nächste Nachricht abzurufen.
9 ist ein detaillierteres Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Blocks „aktualisierte Position bestimmen“ 635 aus 6. Bei 905 werden Roverdaten 720 dazu benutzt, eine neueste Deltaphasenposition 910 zu berechnen. Bei 915 wird
geprüft, ob die Roverdaten, die zum Berechnen der neuesten Deltaphasenposition benutzt wurden, statische Daten sind (Daten, die erfasst wurden, während die Roverantenne statisch war). (Im Folgenden werden verschiedene Verfahren erörtert, um zu bestimmen, ob Daten als statisch betrachtet werden können.) Wenn nicht, wird bei 920 die neueste Deltaphasenposition zur neuesten synchronisierten Position 850 hinzugefügt, um eine kinematische Position mit niedriger Latenz 925 zu erzeugen. Bei 930 wird wahlweise die kinematische Position mit niedriger Latenz gemeldet, d.h. gespeichert und/oder angezeigt oder dem Benutzer auf andere Weise zur Verfügung gestellt. Der Ablauf fährt an Block 705 fort, um die nächste Nachricht abzurufen. Wenn bei 915 bestimmt wird, dass die Roverdaten statische Daten sind, werden bei 940 die Deltapositionsdaten 945 seit der zuletzt synchronisierten Position 850 akkumuliert. Bei 950 werden die akkumulierten Deltapositionsdaten 945 mit der neuesten synchronisierten Position 850 kombiniert, um eine aktualisierte statische Position mit niedriger Latenz 955 zu erlangen. Die aktualisierte statische Position mit niedriger Latenz 955 wird an 960 gemeldet, also z. B. gespeichert und/oder angezeigt oder dem Benutzer auf andere Weise zur Verfügung gestellt. Der Ablauf fährt an Block 705 fort, um die nächste Nachricht abzurufen.
Das Kombinieren der akkumulierten Deltapositionsdaten 945 mit der neuesten synchronisierten Position 850 bei 950 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Wenn beispielsweise die neueste synchronisierte Position 850 eine statische Roverantennenposition ist (z. B. eine Halteperiode des Rovers), werden die akkumulierten Deltapositionsdaten 945 mit der neuesten synchronisierten Position 850 gemittelt, um die aktualisierte statische Position mit niedriger Latenz 955 zu erlangen. Wenn beispielsweise die neueste synchronisierte Position 850 keine statische Roverantennenposition ist (eine Bewegungsperiode des Rovers), werden die akkumulierten statischen Deltapositionsdaten 945 gemittelt (für die Halteperiode des Rovers) und zur neuesten synchronisierten Position 850 hinzugefügt, um die aktualisierte statische Position mit niedriger Latenz 955 zu erlangen.
In einigen Ausführungsformen werden die statischen Aufenthaltsperioden auf einfache Weise unter Verwendung der Kovarianzinformation, die aus dem Deltaphasenprozess stammt, und aus der Bewertung der synchronen Epoche gemittelt. In anderen Ausführungsformen wird die Akkumulation innerhalb des Deltaphasenfilters ausgeführt. Für die Bewegungserkennung wird eine kinematische Verarbeitung bevorzugt, wie unten beschrieben.
10 zeigt die Zeit, die notwendig ist, um mit dem Verfahren gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung einen Punkt zu vermessen. Während einer Bewegungsperiode 1005 bewegt sich der Rover. Während der Bewegungsperiode arbeitet der Rover im kinematischen Modus und ordnet lokal erlangte Roverdaten Korrekturdaten zu, um synchrone Positionen zu berechnen, wenngleich mit einer Latenz 1015, die auf das verzögerte Eintreffen der Korrekturen und die erforderliche Verarbeitungszeit 1020 zurückgeht. Im Beispiel aus 10 ist die Gesamtverzögerung zum Berechnen einer synchronen Roverposition für Epoche t₀-x als 3 ½ Epochen gezeigt, vergleichbar mit der Verzögerung, die für die einzelnen synchronen Positionen im Beispiel aus 5 zu beobachten ist, aber dadurch anders, dass die Verzögerung während der Bewegungsperiode auftritt, weshalb diese Verzögerung den Benutzer nicht zum Warten zwingt. Zum Zeitpunkt t₀ setzt der Benutzer die Roverantenne über den Vermessungspunkt, und die Datenerfassung des Rovers für den statischen Punkt beginnt. Unter Verwendung eines statischen Deltaphasenverfahrens gemäß Ausführungsformen der Erfindung werden aus den Roverdaten, die während dieser Halteperiode 1010 erfasst werden, statische Positionsaktualisierungen erstellt, und die Aktualisierungen werden dann mit der neuesten synchronen Roverposition kombiniert, z. B. für Epoche t₀-x. Das Ergebnis ist eine statische Punktposition, die über eine erforderliche Anzahl von Epochen t₀, t₀+0,1, t₀+0,2, t₀+0,3, t₀+0,4, t₀+0,5 hinweg gemittelt wurde. Diese Epochen werden durch die Rate bestimmt, mit der der Rover Daten lokal erfasst, und nicht durch die wesentlich geringere Rate, mit der Korrekturdaten empfangen werden. Beispielsweise kann die Roverdatenrate bei 10 Hz, 20 Hz oder sogar 50 Hz liegen, während die Korrekturdaten typischerweise mit 1 Hz empfangen werden. Auf diese Weise steht die erforderliche Anzahl an Epochen zum Erreichen der gewünschten Positionsgenauigkeit innerhalb einer wesentlich kürzeren Zeit zur Verfügung. Außerdem ist die Verarbeitungszeit zum Erstellen der Aktualisierungen kürzer als die Verarbeitungszeit zum Erstellen synchroner Positionen und kann teilweise oder vollständig während der folgenden Bewegungsperiode 1025 ausgeführt werden. Benutzerzeit wird eingespart, indem (1) die synchrone Position im kinematischen Modus der Bewegungsperiode
bestimmt wird, während sich der Benutzer von einem Vermessungspunkt zum nächsten begibt, (2) während der Halteperiode Roverdaten mit höherer Rate zum Berechnen der Deltaphasenaktualisierungen benutzt werden und (3) die Deltaphasenaktualisierungen, die während der Halteperiode akkumuliert wurden, mit der synchronen Position kombiniert werden, die während der vorangehenden Bewegungsperiode bestimmt wurde, um auf diese Weise eine statische Punktposition zu erlangen, die über eine Vielzahl von Roverbeobachtungsepochen hinweg gemittelt wurde, und zwar vorzugsweise während der nachfolgenden Bewegungsperiode. Das Ergebnis ist eine beachtliche Einsparung von Benutzerzeit im Zuge einer Vermessung vieler Punkte.
Betrachten wir beispielsweise ein Szenario, wobei Referenzdaten bei einer Epoche pro Sekunde mit einer typischen Latenz von 2 Sekunden übertragen werden und vier Datenepochen für jede Punktmessung erforderlich sind. In diesem Szenario würde das Verfahren des Stands der Technik vom Start der Punktmessung bis zum Messen der Ergebnisposition fünf Sekunden benötigen. Im Gegensatz dazu würde das statische Deltaphasenverfahren von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur 0,3 Sekunden einschließlich einer möglichen Latenz durch die Steuerungssoftware und Benutzerinteraktion benötigen. Bei einer topografischen Vermessung von 1000 Punkten kann der Benutzer auf diese Weise mehr als eine Stunde an Wartezeit einsparen. Im Folgenden werden Verfahren erörtert, die Verzögerungen durch Benutzerinteraktion und Steuerung reduzieren.
Automatische Auswahl des besten Ergebnisses aus verfügbaren synchronen und Deltaphasenergebnissen
Bei dem Aufenthalt an einem statischen Punkt werden die Kriterien zum Beenden der Punktmessung typischerweise von einer Kombination der gewünschten Positionsgenauigkeit und der Anzahl synchroner Datenepochen bestimmt, die erfasst werden müssen, während die Antenne statisch ist. Bei Vermessungsausrüstung des Stands der Technik wird diese Entscheidung von einer Steuerungssoftware getroffen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung schaltet die Positionsverarbeitung automatisch auf die geringfügig genauere synchronisierte Verarbeitung des Stands der Technik um, wenn die Genauigkeit der statischen Deltaphasenpositionsbestimmung nicht die Konvergenzkriterien erfüllt, bevor die Referenzdaten für die Epoche der ersten Roverdaten des statischen Punkts eintreffen. Dies sorgt für die schnellstmögliche Positionsbestimmung, während gleichzeitig die maximale erforderliche Genauigkeit sichergestellt wird.
Automatische Erkennung statischer Aufenthaltsteile
Der Arbeitsablauf des Stands der Technik für eine Punktmessung ist folgender: Der Benutzer positioniert die Fluchtstange über dem zu messenden Punkt, richtet die Fluchtstange aus und hält sie stabil, während er eine Steuerungstaste drückt, um anzuzeigen, dass ein Punkt gemessen werden soll, und wartet, bis die Steuerung eine erfolgreiche Messung meldet, während er die Stange nach wie vor vollkommen bewegungslos hält.
Bei diesem Arbeitsablauf des Stands der Technik ergeben sich zwei Probleme: Erstens ist es für einen nicht geschulten Benutzer nicht einfach, die Stange zu halten, während er eine Taste an der Steuerung drückt; zweitens kann es vorkommen, dass die Fluchtstange aus verschiedenen Gründen während der gesamten Messperiode statisch [sie] gehalten wird. Besonders bei der Kartografie und bei GIS-Daten zeigen viele Datensätze eine mangelnde Übereinstimmung zwischen dem statischen Aufenthalt und der Information, die vom Benutzer durch das Drücken der Taste eingegeben wurde.
Ein Verfahren des Stands der Technik zum Betreiben eines RTK-Systems erkennt automatisch, welche Daten erfasst werden, während die Roverantenne statisch ist; das Verfahren verwendet kinematische Deltaphasenpositionsbestimmung, um ein „Stangenwackeln“ zu erkennen, wenngleich mit einem recht großzügigen Schwellenwert. Wenn die Prüfung fehlschlägt, wird der Benutzer dazu aufgefordert, die Messung zu wiederholen. Bei Kartografie- und GIS-Anwendungen sucht - aufgrund der hohen Fehlerrate, die von weniger erfahrenen Benutzern verursacht wird - die „H*“-Stange von Trimble nach der längsten statischen Periode innerhalb eines Teils der Daten, die von einem Benutzer als statisch gemeldet werden. Allerdings werden die Daten aus der statischen Punktmessung einfach verworfen, anstatt die Daten für die Benutzer zu korrigieren. Siehe „Fast Decimeter-Level GNSS Positioning“,
Patentanmeldungsveröffentlichung US 2008 / 0 165 053 A1 vom 10. Juli 2008 und US-Patentanmeldung US 2009 / 0 184 868 A1 , eingereicht am 26. Januar 2009.
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Produktivität verbessert, da der Benutzer den Punkt nicht erneut messen muss, solange eine Periode von Roverdaten erfasst wird, die für die erforderliche Positionsgenauigkeit ausreichend ist, während die Roverantenne statisch gehalten wird. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung muss der Benutzer sich um all dies nicht kümmern, wodurch sich der gesamte Punktmessungsprozess beschleunigt: Der Benutzer muss lediglich sicherstellen, dass er die Fluchtstange eine Zeit lang niveaugleich und statisch hält, und der Prozessor des Rovers bestimmt, ob ausreichend statische Daten erfasst wurden, um die Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen.
11 ist ein Blockdiagramm eines integrierten GNSS-Empfängersystems 1100 mit Verbesserungen gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Aspekte des Systems 1100 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf Verbesserungen des Arbeitsablaufs erörtert, die sich bei der statischen Punktvermessung zeitsparend für den Benutzer auswirken. Das System 1100 ist mit demjenigen aus 2 vergleichbar, mit der Ausnahme, dass der Programmcode modifiziert wurde, damit der oder die Prozessoren die hier beschriebenen Funktionen ausführen. Außerdem wird die Fluchtstange 1110 modifiziert, indem Elemente hinzugefügt werden, die mit dem oder den Prozessoren kommunizieren, um weitere hier beschriebene Funktionen auszuführen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Fluchtstange 1110 mit einem optionalen Sensor oder Schalter 1120 ausgestattet, der bei Aktivierung durch den Benutzer, z. B. durch Drücken eines Knopfes oder einer Taste oder durch Berühren eines kapazitiven Sensors oder dergleichen, mit einem oder mehreren Prozessoren 220 kommuniziert und Anzeigen zu diesen bereitstellt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Fluchtstange 1110 an ihrem unteren Ende oder in der Nähe desselben mit einem optischen Sensor oder Schalter 1130 ausgestattet, der mit einem oder mehreren Prozessoren 220 kommuniziert und Anzeigen zu diesen bereitstellt, wenn die Spitze der Fluchtstange auf einen Vermessungspunkt gesetzt wird, d.h. auf einen Punkt am Boden gesetzt wird. In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Fluchtstange 1110 mit einem Bewegungssensor oder Trägheitssensor 1150 ausgestattet, der mit einem oder mehreren Prozessoren 220 kommuniziert und Anzeigen zu diesen bereitstellt, wenn das obere Ende der Fluchtstange bewegt wird und/oder die Fluchtstange geneigt wird. In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Fluchtstange 1110 mit einem oder mehreren Neigungssensoren 1150 ausgestattet, die mit einem oder mehreren Prozessoren 220 kommunizieren und Anzeigen zu diesen bereitstellen, wenn die Fluchtstange gegenüber der Vertikalen geneigt wird und/oder wenn die Fluchtstange vertikal und/oder nahezu vertikal gehalten wird. Ein Beispiel für eine Fluchtstange, die mit einem Neigungssensor und GPS-Antenne und Empfänger ausgestattet ist, ist in der US-Patentschrift US 5 512 905 A beschrieben. In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Fluchtstange 1110 mit akustischen und/oder optischen und/oder Vibrationsanzeigen 1160 ausgestattet, die mit einem oder mehreren Prozessoren 220 kommunizieren und Anzeigen von diesen empfangen, um Informationen in einer Weise bereitzustellen, die der Benutzer wahrnehmen kann, z. B. durch optische und/oder akustische und/oder Vibrationssignale.
Registrierung durch Knopfdruck nach der Messung
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung, z. B. durch Verwenden der in den vorangehenden Abschnitten erwähnten Verfahren, wird eine Punktmesstaste, z. B. ein Schalter oder Sensor 1120, vom Benutzer gedrückt, wenn der Punkt eingenommen wurde. Die Fluchtstange muss nicht statisch gehalten werden, wenn der Benutzer die Steuervorrichtung bedient (z. B. wenn der Benutzer den Punktmessknopf oder die Punktmesstaste drückt oder eine äquivalente Benutzereingabe tätigt, die anzeigen soll, dass der Punkt eingenommen wurde). In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird eine unbeabsichtigte Punktregistrierung durch den Benutzer vermieden, indem er nicht die entsprechende Taste an der Steuervorrichtung drückt.
Automatische Messung ohne Knopfdruck des Benutzers mit Möglichkeit zum Abbrechen
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung werden statische Punktmessungen automatisch registriert, wenn die Roverantenne statisch gehalten wird. Wenn der Rover an einer Fluchtstange montiert ist, sind beispielsweise gemäß einigen Ausführungsformen ein oder mehrere zusätzliche Neigungssensoren 1150 vorgesehen,
um die Erkennung zuverlässiger zu machen. Wenn ausreichend statische Daten für die erforderliche Genauigkeit erfasst wurden, werden die Daten für den Punkt gespeichert, und der Benutzer erhält eine Rückmeldung, beispielsweise über das Display 240 und/oder Anzeige(n) 1160. Wenn der Benutzer einen Punkt nicht messen wollte, kann er einen Abbruchknopf drücken, also z. B. einen Aktivierungsschalter oder -sensor 1120. Auf diese Weise ist eine Benutzerinteraktion nur in den selteneren Fällen einer unbeabsichtigten Messung eines Punkts erforderlich, anstelle der häufigen Standardhandlung, um die es bei dem Vorgang geht: das Messen von Punkten.
Verwenden eines Schalters an der Spitze der Fluchtstange
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung wird das Erkennen, ob der Benutzer die Absicht hat, einen Punkt zu messen, dadurch verbessert, dass ein Sensor oder Schalter 1130 an der Spitze der Fluchtstange oder in der Nähe derselben angebracht wird, beispielsweise ein Mikroschalter oder ein Dehnungsmesser. Dieser gibt ein Signal an den Rover aus, wenn die Fluchtstange beispielsweise den Boden berührt. Eine solche Sensorspitze zusammen mit einer automatischen Erkennung, welche Daten erfasst wurden, während die Roverantenne statisch war, reduziert die Möglichkeit einer unbeabsichtigten Punktmessung stark. Einige Ausführungsformen der Erfindung fügen eine Unterstützung durch Neigungssensoren 1150 und/oder INS (Inertialnavigationssystem) 1140 hinzu, um die Möglichkeit einer unbeabsichtigten Punktmessung weiter zu reduzieren.
Verwenden eines Neigungssensors, um die Absicht der Punktmessung zu erkennen
Einige Ausführungsformen gemäß der Erfindung sehen einen oder mehrere Neigungssensoren 1150 vor, um die Absicht des Benutzers zum Messen eines Punktes anzuzeigen, beispielsweise wenn sich die Fluchtstange innerhalb eines bestimmten Grenzbereichs eines Neigungswinkels befindet. Einige Ausführungsformen verwenden nur die Daten für die Punktmessung, die vom Rover erfasst werden, während sich die Fluchtstange innerhalb eines bestimmten Grenzbereichs eines Neigungswinkels befindet. Gemäß einigen Ausführungsformen wird der Messvorgang an einem Punkt gestartet, wenn der Benutzer die Fluchtstange ausrichtet (in eine vertikale Position bewegt) und sie statisch hält, um eine Halteperiode der Vermessung anzuzeigen. Der Benutzer vermeidet unbeabsichtigte Punktmessungen, indem er die Fluchtstange während der Bewegungsperioden der Vermessung geringfügig neigt und/oder bewegt. Schlägt dies fehl, kann der oben beschriebene Abbruchvorgang das letzte Mittel sein, um fälschliche Punktregistrierungen zu vermeiden.
Verwenden von „Gesten“, um die Absicht der Punktmessung zu erkennen
Ähnlich wie die fortschrittlichen Benutzeroberflächen moderner Mobilgeräte wie iTouch und iPhone ist gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ein Bewegungs- und/oder Trägheitssensor 1140 in die Fluchtstange oder den Rover eingebaut, derart, dass der Benutzer durch Gesten seine Absichten an die Steuerungssoftware übermitteln kann. Anstatt Knöpfe zu drücken, zeigt der Benutzer den auszuführenden Vorgang an, indem er den Rover oder die Fluchtstange in einem bestimmten Muster bewegt.
Beispielsweise kann eine rasche kreisende Bewegung der Fluchtstange vor oder nach der Punktmessung die Absicht anzeigen, einen statischen Punkt zu registrieren. Eine kreuzartige Bewegung kann benutzt werden, um einen Vorgang abzubrechen usw.
Akustische und/oder optische Rückmeldung der Messstatusinformation
Bei allen oben erwähnten Verfahren ist es von noch größerer Wichtigkeit, eine klare Rückmeldung von der Steuervorrichtung zu den durchgeführten Vorgängen zu erhalten, z. B. durch Anzeige(n) 1160. In einigen Ausführungsformen der Erfindung geschieht dies durch akustische Signale (unterschiedliche Arten von „Pieptönen“ oder eine Sprachausgabe für unterschiedliche Vorgänge wie z. B. Punkt registriert, Punkt abgebrochen, Punkt fehlgeschlagen) oder durch optische Signale wie z. B. Informationen auf einem Displaybildschirm oder Lichter, z. B. eine Ampelanzeige (grün, gelb, rot) an einer leicht vom Benutzer einsehbaren Stelle.
Weitere zu berücksichtigende Punkte
Korrekturdaten
Es existieren viele Fehlerquellen, die einen einzelnen GNSS-Empfänger beeinflussen, darunter: Satellitenzeitgeber, Satellitenephemeride und atmosphärische Bedingungen.
Die genannten Fehlerquellen schränken die Genauigkeit ein, mit der ein einzelner GNSS-Empfänger eine absolute Position im Verhältnis zur Erde bestimmen kann. Die GNSS-Fehlerquellen sind stark räumlich korreliert, was bedeutet, dass Empfänger, die innerhalb derselben Region arbeiten, nahezu identischen Satelliten- und Atmosphärenfehlern unterliegen. Aus diesem Grund wurden GNSS-Differenzialpositionsbestimmungsverfahren entwickelt, wobei eine oder mehrere Basisstationen die von ihnen erfassbaren GNSS-Satelliten verfolgen und Korrekturen erzeugen, die an Rover-GNSS-Empfänger übermittelt werden, die die gleichen Satelliten verfolgen.
Korrekturdaten im hier verwendeten Sinne können Folgende umfassen: Einzelbasiskorrekturen, Korrekturen durch virtuelle Referenzstationen (Netz) oder präzise Orbit- und Zeitgeberkorrekturen.
Eine einzelne Basis ist der einfachste Ansatz, wobei eine GNSS-Referenzstation an einem bekannten Standort aufgestellt ist und dazu benutzt wird, Pseudoentfernungs- und Phasendaten für alle von ihr erfassbaren Satelliten zu verfolgen. Die Pseudoentfernungs- und Phasenbeobachtungsdaten werden dann in regelmäßigen Epochen (beispielsweise mit 1 Hz) an einen oder mehrere Roverempfänger in der Nachbarschaft der Basis übertragen. Je weiter die Roverempfänger von der Basis entfernt sind, desto größer sind die Dekorrelation im Satelliten und die Atmosphärenfehler, und desto geringer ist damit die Genauigkeit der hergeleiteten Roverpositionsschätzungen. Es wird allgemein akzeptiert, dass bei Arbeiten im cm-Bereich der Abstand zwischen Basis und Rover auf 50 km beschränkt sein sollte. Ein Beispiel für ein Einzelbasis-RTK-System ist in US-Patentschrift US 5 519 620 A „Centimeter accurate Global Positioning System receiver for on-the-fly real-time kinematic measurement and control“, Talbot et al. zu finden.
Das Verfahren der virtuellen Referenzstation wurde entwickelt, um einige der Einschränkungen von Einzelbasis-RTK zu überwinden. Ein Netz aus GNSS-Basisstationen wird in einem Landkreis, einer Region, einem Bundesland oder einem Staat errichtet, wobei die Abstände zwischen den Basisstationen beispielsweise 70 km betragen. GNSS-Pseudoentfernungs- und Trägerphasendaten von allen Satelliten, die an den Basisstationen verfolgt werden, werden in Echtzeit an ein zentrales Verarbeitungszentrum übertragen. Sodann werden vom VRS-Server Satelliten- und Atmosphärenkorrekturmodelle erzeugt und für jeden Rover interpoliert, der innerhalb des Netzes arbeitet. Jeder Rover erhält in regelmäßigen Epochen (beispielsweise 1 Hz - 10 Hz) synthetische Pseudoentfernungs- und Trägerphasendaten für eine virtuelle Referenzstation, die in großer Nähe zum Rover arbeitet. In Ländern auf der ganzen Welt wurden bereits mindestens zweiundzwanzig Trimble-VRS-Netze errichtet. Eine aktuelle Liste steht auf der Website von Trimble unter http://www.trimble.com/infrastructure/vrs-installations.aspx zur Verfügung.
GNSS-Satellitenzeitgeber- und Orbitfehler können anhand von globalen Verfolgungsnetzen geschätzt werden, wie sie beispielsweise als Teil des International GNSS Service (IGS) betrieben werden. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) nutzt ein globales Bodennetz aus GNSS-Basisstationen, um die einzelnen Satelliten zu verfolgen und anschließend äußerst präzise GNSS-Satellitenzeitgeber- und Orbitinformationen zu erzeugen. Vorausgesagte Satellitenzeitgeber- und Orbitinformationen werden dann in Echtzeit an GNSS-Rover übertragen, damit diese ihre Satellitenbeobachtung korrigieren und damit im globalen Kontext Positionsschätzungen auf Dezimeterebene erzeugen können. Die Auswirkungen ionosphärischer Fehler werden durch die Nutzung einer ionosphäreneinflussarme Doppelfrequenz-Pseudoentfernungs- und Trägerphasenbeobachtung am Rover-GNSS-Empfänger im Wesentlichen beseitigt. Troposphärische Restfehler werden von der Roverausrüstung geschätzt.
Datenerstellung
Gemäß einigen Ausführungsformen beinhaltet die Datenerstellungskomponente 805 aus 8 die folgenden Schritte: (1) Speichern (Puffern) von Roverepochen-GNSS-Beobachtungsdaten, (2) Zeitsynchronisierung von Referenz- und Roverepochen-GNSS-Beobachtungsdaten, sobald die Referenzdaten empfangen werden, (3), Anwenden von Antennenkorrekturmodellen auf Basis- und Roverbeobachtungen, (4) Bilden von Einzel-(zwischen Basis/Rover)-Differenz-Pseudoentfernungs- und Trägerphasenbeobachtungen für jedes GNSS-Frequenzband, (5) Anwenden von troposphärischen Korrekturmodellen auf die Einzeldifferenzbeobachtungen, (6), Anwenden von ionosphärischen Korrekturmodellen auf die Einzeldifferenzbeobachtungen, (7) Bilden von Linearkombination(en) von Trägerphasen- und Pseudoentfernungsbeobachtungen für jeden Satelliten - z. B. Bilden von ionosphäreneinflussarmen Einzeldifferenz-Trägerphasenkombinationen, Narrow-Lane-Einzeldifferenz-Pseudoentfernungskombinationen usw. Die Linearkombinationen weisen wichtige Merkmale auf, die während der Positionsberechnungen ausgenutzt werden. Beispielsweise sind ionosphäreneinflussarme Kombinationen im Wesentlichen frei von ionosphärischen Störungen.
Die Einzeldifferenzierung von GNSS-Beobachtungen trägt dazu bei, die Auswirkungen satellitenabhängiger Fehlerquellen zu reduzieren. Satellitenzeitgeberfehler werden durch eine Einzeldifferenzbildung zwischen Basis- und Roverempfängerdaten, die zum selben Zeitpunkt (in derselben Epoche) erfasst wurden, im Wesentlichen beseitigt.
Primäre präzise Positionsbestimmung
Deltaphasenverfahren stellen Verfahren zum Bestimmen der Positionsveränderung dar, die im Laufe eines Zeitintervalls von einigen Sekunden bis zu mehreren zehn Minuten stattgefunden hat. Deltaphasenpositionsveränderungen werden daher mit einem zugrunde liegenden (primären präzisen) Positionsbestimmungsverfahren kombiniert, um die absoluten erdzentrierten und erdfixierten Koordinaten des Rovers zu erlangen. Die Genauigkeit der Deltaphasenpositionsschätzungen beruht deshalb auf der Qualität des primären präzisen Positionsbestimmungsverfahrens. Daher beinhaltet das primäre präzise Positionsbestimmungsverfahren im Allgemeinen eine strenge Modellierung von Messfehlerquellen einschließlich der Auflösung von GNSS-Trägerphasenunbestimmtheiten. Im Stand der Technik sind viele Beispiele bekannt, darunter die in der US-Patentschrift US 7 432 853 B2 , der US-Patentschrift US 7 312 747 B2 , der Patentanmeldungsveröffentlichung US 2008 / 0 165 055 A1 , der Patentanmeldungsveröffentlichung US 2008 / 0 165 054 A1 , der internationalen
Patentveröffentlichung WO 2007/ 032 947 A1 , der Patentanmeldungsveröffentlichung US 2009 / 0 027 264 A1 , der Patentanmeldungsveröffentlichung US 2008 / 0 165 053 A1 , der US-Patentanmeldung US 2009 / 0 184 868 A1 , eingereicht am 26. Januar 2009, der US-Patentanmeldung US 2009 / 0 135 057 A1 , eingereicht am 14. November 2008, der internationalen Patentveröffentlichung WO 2009/ 000 314 A1 , der US-Patentanmeldung US 2009 / 0 184 869 A1 , eingereicht am 8. Januar 2009, der internationalen Patentveröffentlichung Nr. PCT/US2008/012045 mit internationalem Einreichungsdatum vom 23. Oktober 2008 beschriebenen.
Deltaphase
Eine detaillierte Beschreibung der Deltaphasenverarbeitung findet sich in Traugott, J, et al., 2008, Making a Difference with GPS, GPS World, 1. Mai.
GNSS-Trägerphasenbeobachtungen bieten präzise Messungen (auf mm-Ebene) des Benutzer-Satellitenabstands (Distanz). Eine schwere Komplikation bei Trägerphasenbeobachtungen besteht darin, dass diese einen inhärenten Unbestimmtheitsterm enthalten, der sich daraus ergibt, dass nicht bekannt ist, wie viele ganze Trägerzyklen zwischen dem Benutzer und dem Satelliten zu Beginn der Trägerverfolgung vorlagen. Man betrachte die folgende vereinfachte Gleichung zur GNSS-Trägerphasenbeobachtung: $ϕ_{r}^{s} (t) = R_{r}^{s} (t) / λ + n_{r}^{s}$
Wobei:

: Trägerphasenbeobachtung für Empfänger r, Satellit s, an Epoche t;
: geometrischer Abstand von Empfänger r zu Satellit s an Epoche t, der mit der Satellitenposition und der [x^s(t), y^s(t), z^s(t)] Empfängerposition in Beziehung steht

_r

R_{r}^{s} (t) = \sqrt{{[x^{s} (t) - x_{r} (t)]}^{2} + {[y^{s} (t) - y_{r} (t)]}^{2} + {[z^{s} (t) - z_{r} (t)]}^{2}}

λ: Wellenlänge des Trägers,
: ganzzahliger Trägerphasen-Unbestimmtheitsterm für Satellit s und Empfänger r.

Die Satellitenkoordinaten sind im Abstandsterm enthalten und ergeben sich aus $R_{r}^{s} (t)$
der Satellitenephemeride, und die Trägerwellenlänge ist eine Konstante, weshalb die einzige unbekannte Größe in (1) der Trägerphasen-Unbestimmtheitsterm ist. Sobald die Trägerphasenunbestimmtheit bekannt ist, kann die Benutzerposition direkt anhand von Trägerphasenbeobachtungen von einer Vielzahl von Satelliten geschätzt werden.
Die Deltaphase wird durch zeitdifferenzierte Trägerphasenbeobachtungen erlangt, wie durch das folgende vereinfachte Modell verdeutlicht: $δ ϕ_{r}^{s} (t_{i}) = ϕ_{r}^{s} (t_{i}) - ϕ_{r}^{s} (t_{0}) = [R_{r}^{s} (t) - R_{r}^{s} (t_{0})] / λ$
Die Deltaphasenbeobachtungen werden in (3) für das Zeitintervall t; - t₀ konstruiert, wobei t₀ die Referenzepoche ist. Als Referenzepochen können aus praktischen Gründen gerade Zeiten (1 Hz) dienen. Wenn die Trägerphasenverfolgung kontinuierlich ist, ist der Trägerphasen-Unbestimmtheitsterm konstant und entfällt daher in (3). Wieder unter der Voraussetzung, dass die Satellitenposition bekannt ist (aufgrund der Satellitenephemeride), ist die einzige unbekannte Größe in (3) die Veränderung der Benutzerposition im Verlauf von t_i - t₀, die in den Abstandstermen enthalten ist. In der Praxis muss während der Deltaphasenverarbeitung auch der Empfängeruhrenfehler geschätzt werden, weshalb die Deltaphasenbeobachtungen eine Funktion der Veränderung der Benutzerposition und des Empfängeruhrfehlers sind: $δ ϕ (t_{i}) = ƒ (δ x, δ y, δ z, δ t)$
Wobei:

δx, δy, δz: die Veränderung der Benutzerposition (in Kartesischen Koordinaten) im Laufe des Deltaphasenzeitintervalls,
δt: der Fehler der Empfängeruhr im Laufe des Deltaphasenzeitintervalls.

Es sind mindestens vier unabhängige Satellitendeltaphasenbeobachtungen erforderlich, um die unbekannten Größen zu schätzen. Das folgende linearisierte Matrixmessungsmodell kann beim Schätzvorgang benutzt werden: $l + ν = A x$
$[\begin{matrix} δ ϕ^{1} (t_{1}) \\ δ ϕ^{2} (t_{1}) \\ \dots . \\ δ ϕ^{s} (t_{1}) \end{matrix}] + [\begin{matrix} ν^{1} \\ ν^{2} \\ \dots . \\ ν^{s} \end{matrix}] = [\begin{matrix} \frac{\partial ƒ^{1}}{d x} & \frac{\partial ƒ^{1}}{d y} & \frac{\partial ƒ^{1}}{d z} & 1 \\ \frac{\partial ƒ^{2}}{d x} & \frac{\partial ƒ^{2}}{d y} & \frac{\partial ƒ^{2}}{d z} & 1 \\ \dots . & \dots . & \dots . & \dots . \\ \frac{\partial ƒ^{s}}{d x} & \frac{\partial ƒ^{s}}{d y} & \frac{\partial ƒ^{s}}{d z} & 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} Δ δ x (t_{1}) \\ Δ δ y (t_{1}) \\ Δ δ z (t_{1}) \\ Δ δ t (t_{1}) \end{matrix}]$
Wobei:

l: (s x 1) Vektor der Deltaphasenbeobachtungen
v: (s x 1) Vektor von Residuen,
A: (s x 4) Auslegungsmatrix,
x: (4 x 1) Zustandsvektor
: teilweise hergeleitet aus der Deltaphasenbeobachtung für Satellit 1, in Bezug auf die Veränderung der Benutzerkoordinate x (mit gleichartigen Definitionen für die y- und z-Koordinate),
Δδx (t1): Korrektur der x-Koordinatenänderung für Epoche t₁, (mit gleichartigen Definitionen für die y- und z-Koordinate),
Δδt(t1): Korrektur des Empfängeruhrfehlerterms für Epoche t₁.

Die unbekannten Größen können über das bekannte Verfahren der kleinsten Quadrate oder durch Kalman-Filterverfahren geschätzt werden.
Kombination von Deltaphasenpositionen
12 ist ein Ablaufdiagramm, das zeigt, wie bei 905 Deltaphasenpositionen 915 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung berechnet werden. Bei 1205 wird geprüft, ob die aktuelle Epoche eine Referenzepoche (mit synchronisierter Position) ist. Wenn ja, werden die Trägerphasenbeobachtungen der Roverdaten 720 für beobachtete Satelliten der aktuellen Epoche zur Verwendung bei 1215 gepuffert. Wenn nicht, wird bei 1215 eine Differenz zwischen den Trägerphasen-Roverbeobachtungen der aktuellen Epoche und den Trägerphasen-Roverbeobachtungen der Referenzepoche gebildet. Bei 1220 wird die bei 1215 gebildete Differenz benutzt, um die Veränderung der Roverposition zwischen der letzten Referenzepoche und der aktuellen Epoche zu berechnen, und diese gilt dann als die neueste Deltaposition.
Jede Mehrzahl der oben beschriebenen Aspekte der Erfindung lässt sich kombinieren, um weitere Aspekte und Ausführungsformen zu bilden und zusätzliche Vorteile bereitzustellen, insbesondere in Bezug auf die Vermessungseffizienz und/oder die Nutzbarkeit des Systems.
Die oben beschriebenen Vorrichtungen und ihre Ausführungsformen können in einem Rover, einem Referenzempfänger oder einer Netzstation integriert sein, und/oder die beschriebenen Verarbeitungsverfahren können in einem Prozessor ausgeführt werden, der getrennt und sogar entfernt von dem oder den Empfängern ist, der oder die dazu benutzt werden, die Beobachtungen zu erfassen (z. B. Beobachtungsdaten, die von einem oder mehreren Empfängern erfasst werden, können zur Nachverarbeitung aus einem Speicher abgerufen werden, oder Beobachtungen von einer Vielzahl von Netzreferenzstationen können zur Echtzeitverarbeitung an einen Netzprozessor übertragen werden, um einen Korrekturdatenstrom und/oder Meldungen von virtuellen Referenzstationen zu erzeugen, die an einen oder mehrere Rover übertragen werden können). Daher betrifft die Erfindung auch einen Rover, einen Referenzempfänger oder eine Netzstation, die eine der oben genannten Vorrichtungen enthält.
In einigen Ausführungsformen ist der Empfänger der Vorrichtung einer beliebigen der oben beschriebenen Ausführungsformen von dem Filter und dem Verarbeitungselement getrennt. Insbesondere die Nachverarbeitung und die Netzverarbeitung der Beobachtungen kann durchgeführt werden. Das bedeutet, dass die Aufbauelemente der Vorrichtung zum Verarbeiten von Beobachtungen als solche keinen Empfänger benötigen. Der Empfänger kann von der Einheit, die die Verarbeitung durchführt, getrennt sein, oder kann sogar von einer anderen Person oder Einheit gehalten/betrieben werden. Zur Nachverarbeitung können die Beobachtungen aus einem Datensatz wiederhergestellt werden, der zuvor erfasst und gespeichert wurde, und mit Referenzstationsdaten verarbeitet werden, die zuvor erfasst und gespeichert wurden; die Verarbeitung wird beispielsweise lange nach der Datenerfassung in einem Bürocomputer ausgeführt und erfolgt damit nicht in Echtzeit. Bei der Netzverarbeitung erfasst eine Vielzahl von Referenzstationsempfängern Beobachtungen der Signale einer Vielzahl von Satelliten, und diese Daten werden an einen Netzprozessor bereitgestellt, der beispielsweise einen Korrekturdatenstrom erzeugen kann, oder der beispielsweise eine „virtuelle Referenzstation“-Korrektur erzeugen kann, die an einen Rover bereitgestellt wird, damit der Rover eine Differenzialverarbeitung durchführen kann. Die an den Rover bereitgestellten Daten können Unbestimmtheiten sein, die im Netzprozessor ermittelt wurden, und die der Rover dazu benutzen kann, seine Positionsauflösung zu beschleunigen, oder sie können die Form von Korrekturen annehmen, die der Rover anwendet, um seine Positionsauflösung zu verbessern. Das Netz wird typischerweise als ein Dienst für Roverbetreiber betrieben, während der Netzbetreiber typischerweise eine andere Einheit als der Roverbetreiber ist.
Jedes der oben beschriebenen Verfahren und deren Ausführungsformen können mithilfe eines Computerprogramms implementiert werden. Das Computerprogramm kann auf einer Vorrichtung, einem Rover, einem Referenzempfänger oder einer Netzstation geladen sein, wie oben beschrieben. Daher betrifft die Erfindung auch ein Computerprogramm, das bei seiner Ausführung auf einer Vorrichtung, einem Rover, einem Referenzempfänger oder einer Netzstation wie oben beschrieben, beliebige der oben beschriebenen Verfahren und deren Ausführungsformen ausführt.
Die Erfindung betrifft auch ein computerlesbares Medium oder ein Computerprogrammprodukt, das das oben erwähnte Computerprogramm enthält. Bei dem computerlesbaren Medium oder dem Computerprogrammprodukt kann es sich beispielsweise um Magnetband, eine optische Speicherdisk, eine Magnetdisk, eine magneto-optische Disk, eine CD-ROM, eine DVD, eine CD, eine Flash-Speichereinheit oder dergleichen handeln, worauf das Computerprogramm dauerhaft oder vorübergehend gespeichert ist. Die Erfindung betrifft auch ein computerlesbares Medium (oder ein Computerprogrammprodukt) mit von einem Computer ausführbaren Befehlen zum Ausführen beliebiger Verfahren der Erfindung.
Die Erfindung betrifft auch ein Firmware-Update, das dazu ausgelegt ist, auf Empfängern installiert zu werden, die bereits im Einsatz sind, z. B. ein Computerprogramm, das als ein Computerprogrammprodukt an den Einsatzort geliefert wird. Dies gilt für alle oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen.
Zu GNSS-Empfängern können eine Antenne, die dazu konfiguriert ist, die Signale auf den von den Satelliten gesendeten Frequenzen zu empfangen, Prozessoreinheiten, eine oder mehrere genaue Zeitgeber (z. B. Kristalloszillatoren), eine oder mehrere Computerverarbeitungseinheiten (CPU), eine oder mehrere Speichereinheiten (RAM, ROM, Flash-Speicher oder dergleichen) und ein Display zum Anzeigen von Positionsinformationen an den Benutzer zählen.
Die Verwendung der Begriffe „Empfänger“, „Filter“ und „Verarbeitungselement“ als Einheiten einer Vorrichtung stellt keine Einschränkung dazu dar, wie stark die Aufbauelemente einer Einheit verteilt sein können. Das heißt, die Aufbauelemente einer Einheit können auf unterschiedliche Software- oder Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen zum Hervorbringen der vorgesehenen Funktion verteilt sein. Ferner können die Einheiten zusammengefasst sein, um ihre Funktionen durch eine kombinierte, einzelne Einheit auszuführen. Beispielsweise können der Empfänger, der Filter und das Verarbeitungselement als eine einzelne Einheit kombiniert sein, um die kombinierten Funktionen der Einheiten auszuführen.
Die oben genannten Einheiten können mithilfe von Hardware, Software, einer Kombination aus Hardware und Software, vorprogrammierten ASICs (anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen) usw. implementiert sein. Eine Einheit kann eine Computerverarbeitungseinheit (CPU), eine Speichereinheit, eine Eingabe-/Ausgabe-(E/A)-Einheit, Netzwerkverbindungseinheiten usw. beinhalten.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf der Grundlange detaillierter Beispiele beschrieben wurde, sollen die detaillierten Beispiele lediglich für ein besseres Verständnis durch Fachleute auf dem betreffenden Gebiet sorgen und nicht den Umfang der Erfindung einschränken. Der Umfang der Erfindung wird vielmehr durch die beiliegenden Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer statischen Position einer Antenne eines GNSS-Rovers durch Beobachtungen von GNSS-Signalen, die über eine Vielzahl von Epochen hinweg an der Antenne erfasst werden, und anhand von Korrekturdaten für wenigstens eine der Epochen, umfassend: Erlangen von Erstepochen-Roverbeobachtungen von GNSS-Signalen, die während einer ersten Epoche an der Antenne empfangen werden, Erhalten von Erstepochen-Korrekturdaten für die erste Epoche, Bestimmen einer synchronisierten Roverantennenposition für die erste Epoche aus den Erstepochen-Roverbeobachtungen und den Erstepochen-Korrekturdaten, Erlangen von Folgeepochen-Roverbeobachtungen aus den empfangenen GNSS-Satellitensignalen für wenigstens eine Folgeepoche, für die keine Korrekturdaten verfügbar sind, Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, und Bestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition anhand der synchronisierten Roverantennenposition und der Folgeepochen-Roverbeobachtungen von wenigstens einer statischen Epoche der wenigstens einen Folgeepoche.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Korrekturdaten wenigstens eins umfassen von: Korrekturdaten, die aus Beobachtungen von einer Basisstation erstellt wurden, Korrekturdaten, die aus Beobachtungen von einem Netz aus Referenzstationen erstellt wurden, und präzise Orbit- und Zeitgeberinformationen für Satelliten, die die GNSS-Signale aussenden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, wobei eine Mindestanzahl an statischen Epochen vorgeschrieben wird von wenigstens einem von: (1) einer Benutzereingabe, (2) einer Mindestaufenthaltszeit an einem Vermessungspunkt, und (3) einer geschätzten Genauigkeit der aktualisierten Roverantennenposition.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die wenigstens zwei statischen Epochen die erste Epoche und wenigstens eine Folgeepoche umfassen, und wobei das Bestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition Folgendes umfasst: Bestimmen einer nicht synchronisierten Roverantennenposition anhand der Roverbeobachtungen der jeweiligen Folgeepoche, und Kombinieren der synchronisierten Roverantennenposition mit der nicht synchronisierten Roverantennenposition der einzelnen Folgeepochen der statischen Epochen, um die aktualisierte Roverantennenposition zu erlangen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Kombinieren ein Mitteln umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die wenigstens zwei statischen Epochen jeweils die Folgeepochen umfassen, und wobei das Bestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition Folgendes umfasst: für die einzelnen statischen Epochen, Bestimmen einer Veränderung der nicht synchronisierten Roverantennenposition relativ zur synchronisierten Antennenposition anhand der Roverbeobachtungen der jeweiligen Folgeepoche und der Roverbeobachtungen der ersten Epoche, und Kombinieren der synchronisierten Roverantennenposition mit den Veränderungen der nicht synchronisierten Roverantennenposition, um die aktualisierte Roverantennenposition zu erlangen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Kombinieren ein Addieren umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, Folgendes umfasst: Empfangen einer Benutzereingabe, die ein statisches Zeitintervall festlegt, und Bestimmen, dass die statischen Epochen innerhalb des statischen Zeitintervalls liegen.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 7, wobei das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, ein Empfangen einer Eingabe von einem physischen Sensor umfasst, der wenigstens eins der Folgenden umfasst: einen Kontaktschalter, einen Trägheitssensor und einen Bewegungsdetektor.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei Epochen lang statisch geblieben ist, Folgendes umfasst: Bestimmen einer nicht synchronisierten Roverantennenposition für jede von mehreren Epochen, Vergleichen der nicht synchronisierten Roverantennenposition jeweiliger Epochen, und Festlegen der jeweiligen Epochen als statische Epochen, wenn die Differenz zwischen den nicht synchronisierten Roverantennenpositionen unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Bestimmen einer aktualisierten Roverposition Folgendes umfasst: Bilden einer Differenz zwischen Epochenträgerphasen-Roverbeobachtungen einer Referenzepoche, und anhand der Differenz Berechnen einer Veränderung der Roverposition zwischen der aktuellen Epoche und der Referenzepoche.
Verfahren zum Betreiben eines GNSS-Rovers mit einem Empfänger und einer Roverantenne und einer Datenverbindung und wenigstens einem zugehörigen Prozessor, um anhand von Beobachtungen von GNSS-Signalen, die an der Antenne im Laufe einer Vielzahl von Epochen erfasst werden, und anhand von Korrekturdaten für wenigstens eine der Epochen eine statische Position der Antenne zu bestimmen, umfassend: Empfangen von GNSS-Signalen an der Antenne, Messen der GNSS-Signale, die an der Antenne während einer ersten Epoche empfangen werden, um Erstepochen-Roverbeobachtungen zu erhalten, Erhalten von Erstepochen-Korrekturdaten für die erste Epoche, Betreiben eines Prozessors, um für die erste Epoche eine synchronisierte Roverantennenposition aus den Erstepochen-Roverbeobachtungen und den Erstepochen-Korrekturdaten zu bestimmen, Messen von GNSS-Signalen, die an der Antenne im Laufe der wenigstens einen Folgeepoche, für die keine Korrekturdaten verfügbar sind, empfangen wurden, um Folgeepochen-Roverbeobachtungen zu erhalten, Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, und Betreiben eines Prozessors, um eine aktualisierte Roverantennenposition anhand der synchronisierten Roverantennenposition und der Folgeepochen-Roverbeobachtungen von wenigstens einer statischen Epoche der wenigstens einen Folgeepoche zu bestimmen, und Speichern der aktualisierten Roverantennenposition in einer physischen Form.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Korrekturdaten wenigstens eins umfassen von: Korrekturdaten, die aus Messungen von GNSS-Signalen erstellt wurden, welche an einer Antenne einer Basisstation empfangen wurden, Korrekturdaten, die aus Messungen von GNSS-Signalen erstellt wurden, welche an jeweiligen Antennen von Referenzstationsempfangem eines Netzes aus Referenzstationen erstellt wurden, und präzise Orbit- und Zeitgeberinformationen, die den physischen Orbit von Satelliten definieren, die die GNSS-Signale aussenden, und Zeitgeberparameter der Zeitgeber der Satelliten definieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei eine Mindestanzahl an statischen Epochen definiert wird von mindestens einem von: (1) Empfangen einer Eingabe von einem Benutzer, (2) Halten des GNSS-Rovers auf einem Vermessungspunkt für eine Mindestaufenthaltszeit, und (3) Betreiben des Prozessors, um eine geschätzte Mindestgenauigkeit der aktualisierten Roverantennenposition zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die wenigstens zwei statischen Epochen die erste Epoche und wenigstens eine Folgeepoche umfassen, und wobei das Bestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition das Betreiben des Prozessors umfasst zum: Bestimmen, für jede Folgeepoche der statischen Epochen, einer nicht synchronisierten Roverantennenposition anhand der Roverbeobachtungen der jeweiligen Folgeepoche, und Kombinieren der synchronisierten Roverantennenposition mit der nicht synchronisierten Roverantennenposition der einzelnen Folgeepochen der statischen Epochen, um die aktualisierte Roverantennenposition zu erlangen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Kombinieren ein Mitteln umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die wenigstens zwei statischen Epochen jeweils die Folgeepochen umfassen, und wobei das Bestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition das Betreiben des Prozessors umfasst zum: Bestimmen, für die einzelnen statischen Epochen, einer Veränderung der nicht synchronisierten Roverantennenposition relativ zur synchronisierten Antennenposition anhand der Roverbeobachtungen der jeweiligen Folgeepoche und der Roverbeobachtungen der ersten Epoche, und Kombinieren der synchronisierten Roverantennenposition mit den Veränderungen der nicht synchronisierten Roverantennenposition, um die aktualisierte Roverantennenposition zu erlangen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Kombinieren ein Addieren umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, Folgendes umfasst: Empfangen einer Benutzereingabe, die ein statisches Zeitintervall festlegt, und Betreiben des Prozessors, um zu bestimmen, dass die statischen Epochen innerhalb des statischen Zeitintervalls liegen.
Verfahren nach einem Ansprüche 12 bis 18, wobei das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, ein Empfangen einer Eingabe von einem physischen Sensor umfasst, der wenigstens eins der Folgenden umfasst: einen Kontaktschalter, einen Trägheitssensor und einen Bewegungsdetektor.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei Epochen lang statisch geblieben ist, das Betreiben des Prozessors umfasst zum: Bestimmen einer nicht synchronisierten Roverantennenposition für jede von mehreren Epochen, Vergleichen der nicht synchronisierten Roverantennenposition jeweiliger Epochen, und Festlegen der jeweiligen Epochen als statische Epochen, wenn die Differenz zwischen den nicht synchronisierten Roverantennenpositionen unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei das Bestimmen einer aktualisierten Roverposition Folgendes umfasst: Bilden einer Differenz zwischen Epochenträgerphasen-Roverbeobachtungen einer Referenzepoche, und anhand der Differenz Berechnen einer Veränderung der Roverposition zwischen der aktuellen Epoche und der Referenzepoche.
Vorrichtung zum Bestimmen einer statischen Position einer Antenne eines GNSS-Rovers durch Beobachtungen von GNSS-Signalen, die über eine Vielzahl von Epochen hinweg an der Antenne erfasst werden, und anhand von Korrekturdaten für wenigstens eine der Epochen, umfassend: Mittel zum Erlangen von Erstepochen-Roverbeobachtungen von GNSS-Signalen, die während einer ersten Epoche an der Antenne empfangen werden, Mittel zum Erhalten von Erstepochen-Korrekturdaten für die erste Epoche, Mittel zum Bestimmen einer synchronisierten Roverantennenposition für die erste Epoche aus den Erstepochen-Roverbeobachtungen und den Erstepochen-Korrekturdaten, Mittel zum Erlangen von Folgeepochen-Roverbeobachtungen aus den empfangenen GNSS-Satellitensignalen für wenigstens eine Folgeepoche, für die keine Korrekturdaten verfügbar sind, Mittel zum Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, und Mittel zum Bestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition anhand der synchronisierten Roverantennenposition und der Folgeepochen-Roverbeobachtungen von wenigstens einer statischen Epoche der wenigstens einen Folgeepoche.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Korrekturdaten wenigstens eins umfassen von: Korrekturdaten, die aus Beobachtungen von einer Basisstation erstellt wurden, Korrekturdaten, die aus Beobachtungen von einem Netz aus Referenzstationen erstellt wurden, und präzise Orbit- und Zeitgeberinformationen für Satelliten, die die GNSS-Signale aussenden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 24, wobei eine Mindestanzahl an statischen Epochen vorgeschrieben wird von wenigstens einem von: (1) einer Benutzereingabe, (2) einer Mindestaufenthaltszeit an einem Vermessungspunkt, und (3) einer geschätzten Genauigkeit der aktualisierten Roverantennenposition.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei die wenigstens zwei statischen Epochen die erste Epoche und wenigstens eine Folgeepoche umfassen, und wobei das Mittel zum Bestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition Folgendes umfasst: Mittel zum Bestimmen, für jede Folgeepoche der statischen Epochen, einer nicht synchronisierten Roverantennenposition anhand der Roverbeobachtungen der jeweiligen Folgeepoche, und Mittel zum Kombinieren der synchronisierten Roverantennenposition mit der nicht synchronisierten Roverantennenposition der einzelnen Folgeepochen der statischen Epochen, um die aktualisierte Roverantennenposition zu erlangen.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Mittel zum Kombinieren ein Mittel zum Mitteln umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei die wenigstens zwei statischen Epochen jeweils die Folgeepochen umfassen, und wobei das Mittel zum Bestimmen einer aktualisierten Roverantennenposition Folgendes umfasst: Mittel zum Bestimmen, für die einzelnen statischen Epochen, einer Veränderung der nicht synchronisierten Roverantennenposition relativ zur synchronisierten Antennenposition anhand der Roverbeobachtungen der jeweiligen Folgeepoche und der Roverbeobachtungen der ersten Epoche, und Mittel zum Kombinieren der synchronisierten Roverantennenposition mit den Veränderungen der nicht synchronisierten Roverantennenposition, um die aktualisierte Roverantennenposition zu erlangen.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei das Mittel zum Kombinieren ein Mittel zum Addieren umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, wobei das Mittel zum Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, Folgendes umfasst: Mittel zum Empfangen einer Benutzereingabe, die ein statisches Zeitintervall festlegt, und Mittel zum Bestimmen, dass die statischen Epochen innerhalb des statischen Zeitintervalls liegen.
Vorrichtung nach einem Ansprüche 23 bis 29, wobei das Mittel zum Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, wenigstens eins der Folgenden umfasst: einen Kontaktschalter, einen Trägheitssensor und einen Bewegungsdetektor.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, wobei das Mittel zum Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei Epochen lang statisch geblieben ist, Folgendes umfasst: Mittel zum Bestimmen einer nicht synchronisierten Roverantennenposition für jede von mehreren Epochen, Mittel zum Vergleichen der nicht synchronisierten Roverantennenposition jeweiliger Epochen, und Mittel Festlegen der jeweiligen Epochen als statische Epochen, wenn die Differenz zwischen den nicht synchronisierten Roverantennenpositionen unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 32, wobei das Mittel zum Bestimmen einer aktualisierten Roverposition Folgendes umfasst: Mittel zum Bilden einer Differenz zwischen Epochenträgerphasen-Roverbeobachtungen einer Referenzepoche, und Mittel zum Berechnen einer Veränderung der Roverposition zwischen der aktuellen Epoche und der Referenzepoche anhand der Differenz.
Vermessungsvorrichtung, umfassend einen GNSS-Rover mit einem Empfänger und einer Roverantenne zum Empfangen von GNSS-Signalen und einer Datenverbindung und wenigstens einem zugehörigen Prozessor, um anhand von Beobachtungen von GNSS-Signalen, die an der Antenne im Laufe einer Vielzahl von Epochen erfasst werden, und anhand von Korrekturdaten für wenigstens eine der Epochen eine statische Position der Antenne zu bestimmen, wobei: der Empfänger dazu betriebsfähig ist, GNSS-Signale, die an der Antenne während einer ersten Epoche empfangen werden, zu messen, um Erstepochen-Roverbeobachtungen zu erhalten, die Datenverbindung dazu betriebsfähig ist, Erstepochen-Korrekturdaten für die erste Epoche zu erhalten, der Prozessor dazu betriebsfähig ist, für die erste Epoche eine synchronisierte Roverantennenposition aus den Erstepochen-Roverbeobachtungen und den Erstepochen-Korrekturdaten zu bestimmen, der Empfänger dazu betriebsfähig ist, GNSS-Signale, die an der Antenne im Laufe der wenigstens einen Folgeepoche, für die keine Korrekturdaten verfügbar sind, empfangen wurden, zu messen, um Folgeepochen-Roverbeobachtungen zu erhalten, der Prozessor dazu betriebsfähig ist, zu bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, und der Prozessor dazu betriebsfähig ist, eine aktualisierte Roverantennenposition anhand der synchronisierten Roverantennenposition und der Folgeepochen-Roverbeobachtungen von wenigstens einer statischen Epoche der wenigstens einen Folgeepoche zu bestimmen und eine Darstellung der aktualisierten Roverantennenposition in einem physischen Speichermedium zu speichern.
Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei die Datenverbindung dazu betriebsfähig ist, wenigstens eins der Folgenden zu erhalten: Korrekturdaten, die aus Messungen von GNSS-Signalen erstellt wurden, welche an einer Antenne einer Basisstation empfangen wurden, Korrekturdaten, die aus Messungen von GNSS-Signalen erstellt wurden, welche an jeweiligen Antennen von Referenzstationsempfängern eines Netzes aus Referenzstationen erstellt wurden, und präzise Orbit- und Zeitgeberinformationen, die den physischen Orbit von Satelliten definieren, die die GNSS-Signale aussenden, und Zeitgeberparameter der Zeitgeber der Satelliten definieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 35, wobei der Prozessor dazu betriebsfähig ist, eine Mindestanzahl von statischen Epochen zu definieren durch wenigstens eins von: (1) Empfangen einer Eingabe von einem Benutzer, (2) Messen einer Mindestaufenthaltszeit des GNSS-Rovers an einem Vermessungspunkt, und (3) Bestimmen einer geschätzten Mindestgenauigkeit der aktualisierten Roverantennenposition.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, wobei die wenigstens zwei statischen Epochen die erste Epoche und wenigstens eine Folgeepoche umfassen, und wobei der Prozessor dazu betriebsfähig ist, eine aktualisierte Roverantennenposition zu bestimmen durch: Bestimmen, für jede Folgeepoche der statischen Epochen, einer nicht synchronisierten Roverantennenposition anhand der Roverbeobachtungen der jeweiligen Folgeepoche, und Kombinieren der synchronisierten Roverantennenposition mit der nicht synchronisierten Roverantennenposition der einzelnen Folgeepochen der statischen Epochen, um die aktualisierte Roverantennenposition zu erlangen.
Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei das Kombinieren ein Mitteln umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, wobei die wenigstens zwei statischen Epochen jeweils die Folgeepochen umfassen, und wobei der Prozessor dazu betriebsfähig ist, eine aktualisierten Roverantennenposition zu bestimmen durch: Bestimmen, für die einzelnen statischen Epochen, einer Veränderung der nicht synchronisierten Roverantennenposition relativ zur synchronisierten Antennenposition anhand der Roverbeobachtungen der jeweiligen Folgeepoche und der Roverbeobachtungen der ersten Epoche, und Kombinieren der synchronisierten Roverantennenposition mit den Veränderungen der nicht synchronisierten Roverantennenposition, um die aktualisierte Roverantennenposition zu erlangen.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Kombinieren ein Addieren umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 40, wobei das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, Folgendes umfasst: Empfangen einer Benutzereingabe, die ein statisches Zeitintervall festlegt, und Betreiben des Prozessors, um zu bestimmen, dass die statischen Epochen innerhalb des statischen Zeitintervalls liegen.
Verfahren nach einem Ansprüche 34 bis 40, wobei das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei statische Epochen lang statisch geblieben ist, ein Empfangen einer Eingabe von einem physischen Sensor umfasst, der wenigstens eins der Folgenden umfasst: einen Kontaktschalter, einen Trägheitssensor und einen Bewegungsdetektor.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 40, wobei das Bestimmen, dass die Antennenposition wenigstens zwei Epochen lang statisch geblieben ist, das Betreiben des Prozessors umfasst zum: Bestimmen einer nicht synchronisierten Roverantennenposition für jede von mehreren Epochen, Vergleichen der nicht synchronisierten Roverantennenposition jeweiliger Epochen, und Festlegen der jeweiligen Epochen als statische Epochen, wenn die Differenz zwischen den nicht synchronisierten Roverantennenpositionen unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 43, wobei der Prozessor dazu betriebsfähig ist, durch Bilden einer Differenz zwischen Epochenträgerphasen-Roverbeobachtungen einer Referenzepoche eine aktualisierte Roverposition zu bestimmen und anhand der Differenz eine Veränderung der Roverposition zwischen der aktuellen Epoche und der Referenzepoche zu berechnen.
Computerprogramm zum Anweisen eines Computers, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22 auszuführen.
Computernutzbares Medium mit einem darin verkörperten computerlesbaren Programmcode, wobei der computerlesbare Programmcode dazu ausgelegt ist, ausgeführt zu werden, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22 zu implementieren.