[发明专利]在缺少精确GPS数据时获得准确测量数据的管理行进系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种系统和方法，用于特别地在由于例如树木和建筑的自然或人为物体而不能够获得精确GPS数据的地区或区域内获得精确测量型(survey-grade)位置数据。

背景技术

在地球空间信息领域中的一个重要技术里程碑是在来自GPS卫星的某些或所有信号被干扰的区域中用GPS测量设备进行精确定位的扩展。这个问题具有几个因素，包括技术因素、经济因素和人机界面(MMI)因素。

经济因素是GPS测量设备的价格应该是$35K-50K的它的价值定位。该价值定位在包括传统全站仪(CTS)、自动全站仪(ATS)和扇形激光(fan laser)的可选择精确定位方法中是对于效率的重要改进。GPS测量设备需要一个操作员，并且在不需要重新分配设施的情况下能够在距离他的基础接收器多达10km的广大区域上操作。以大约$10K出售的CTS需要两个操作员的工作组，并且具有几百米的范围。以大约$＄45K出售的ATS仅需要一个操作员，但是具有与CTS类似的范围限制。两者都需要在每一个位置进行适当精细设置。扇形激光具有更小的范围限制，但是需要精细和耗时的安装过程。因此，只要GPS测量设备能够传递对于大部分测量型应用所需的可靠厘米级定位，那么GPS测量设备就可提供优良的价值定位。

仅使用GPS的测量员通常能够提供与通过竞争测量指令(实例是CTS、ATS、扇形激光、传统杆和链)相同的指定测量位置精度。这种精度是1厘米(cm)的量级，用于精确陆地测量。它的范围从10cm到1米，用于较低精度测量的应用，例如，地籍测量5、地理信息系统(GIS)和地震勘测。

当一个或多个信号瞄准线经过植物时，GPS测量设备的精度可靠性降低。因此，电流发生GPS测量设备在可遮挡、反射或折射GPS信号的树木或建筑附近是不可用的。更精确地，非精确GPS区域是GPS测量员不能提供在三位空间中定位一个点的所需精度的区域或领域(例如，由于从附近植物或建筑的信号折射，在精确陆地测量中，精度可能从1cm降低至3cm)。这描述了这样的事实，尽管GPS接收机可继续提供位置解决方案，但是它不能够可靠提供具有厘米级精度的精确测量型位置解决方案。如果由于在作业区域中的大量植物而强制操作员使用CTS或ATS作为常用的备用方案，那么他可能将CTS或ATS用于整个作业，而不使用GPS测量设备。因此，在存在植物和/或信号障碍物的情况下，GPS测量设备的价值定位降低。结果，需要一些保持价值定位的方法，并且需要在非精确GPS区域中保持精度的技术方案。

这样产生了问题的技术因素。两个可能的方式是(1)使用折衷的GPS信号经由TBD信号处理算法保持厘米精度，(2)使用一些其它定位装置在非精确GPS区域范围内导航。该方案应该提供测量型精度数据，以在该区域中定位对象或目标。

发明内容

本发明提供一种在非精确GPS区域内导航并在所述区域中获得目标点的精确测量型地点信息的方式。在所述非精确GPS区域中穿行和行进以及在该区域中测量的方法称为“管理行进(managed traverse)”。在管理行进中使用的“定位装置”可包括集成定位系统，其将GPS接收机、惯性测量单元(IMU)、激光电子测距计(EDM)和零速率指示器(ZVI)开关组合到GPS-惯性-EDM(GIE)测量设备中。当GIE测量设备访问强制GPS信号时，它返回至GPS测量设备。管理行进提供一种方法，用于在无丢失定位精度风险或较小丢失定位精度的风险的情况下，使用由一个操作员以简单方式所执行的GIE测量设备，在非精确GPS区域中行进。由管理行进所赋予的附加工作量损失远远小于在非精确GPS区域中设立全站仪和使用全站仪测量的工作量，否则一般不使用。

MMI因素来自于维持操作员熟悉度和使用容易度的需求。操作员应能够像他熟悉GPS测量设备那样使用GIE测量设备，以及能够在不需要详细训练的情况下快速、容易和可靠地执行管理行进。

如本文所使用的，术语“行进”指的是从开始点移动到结束点，获得沿途的位置信息，所述位置信息典型地是相对于开始点的当前地点的相对位置信息。在一种形式中，这可以使用惯性测量单元进行，所述惯性测量单元感测惯性运动(距离和方向)并对运动进行合成，以确定移动的距离和方向，因此可确定当前位置。