[发明专利]用低漂移差分全球定位系统制作精确地形图的系统

说明书

本申请是申请号为200510056473.4专利申请的分案申请，申请号为200510056473.4专利申请的申请日为2005年3月22日，发明名称为“用低漂移差分全球定位系统制作精确地形图的系统和方法”。

技术领域

本发明总体上涉及地形图绘制领域，尤其涉及一种用低漂移差分全球定位系统制作精确地形图的系统。

背景技术

为一区域内一系列位置绘制地面高程图，例如制作该区域的地形图，可以由横贯整个区域并且周期性测量该区域内不同位置的方位和高程数据来完成。而每一位置的方位和高程的测量典型地由全球定位系统(GPS)接收机，诸如广域差分全球定位系统接收机等类似设备来完成的。在为对坡度很敏感的应用，如水流分析、农业区域排水或其它此类应用，做地形图时要求相对高程精度。例如，为水流分析和/或农业区域排水所作的地形图要求相对精度在1到2厘米范围之内。要注意的是，对诸如此类的应用只要高程测量是相对于一个恒定基准线做出，对绝对垂直精度不作要求。

在制作勘测质量的地形图时可能会用到实时动态(RTK)系统测量高程。这些地形图对农业区域水流和排水的分析以及其它农业之外的对坡度敏感的应用的分析都是很有帮助的。这些方面的应用尤其要求相对于一个恒定的基准线所作的高程测量的精度要在1到2厘米范围之内。由于GPS接收机接收到的卫星信号会受到来自大气比如电离层、对流层、云层、天气等的干扰，所以GPS接收机所测量的高程数据可能会随着时间不同而有所漂移。RTK系统不断的把GPS系统接收到的数据与一个已勘测地点，例如已勘测的基准站，的方位与高程测量作比较。因为GPS接收机接收的卫星信号所受的大气干扰与RTK系统在基准站上接收到的信号所受的大气干扰是相同的，所以通过数据的比较可以得到一些修正因子，这些修正因子则可以用来修正已勘测基准站附近的GPS接收机所测量的结果。

RTK系统利用与基准站的无线电链路将修正因子发送给GPS接收机，从而调整接收机接收到的高程测量，随后允许修正的测量结果的绝对垂直精度在几厘米的范围之内。修正的高程测量结果的绝对垂直精度确保了测量结果之间的相对精度。用来通过无线电链发送和接收信号的设备的有效范围，以及基准站附近区域可能导致修正因子的精确度低于要求值的不同的大气情况将RTK系统可以提供渴望精确度的区域范围局限在以已勘测基准站为圆心的相对较小的半径范围之内。典型地，这个半径的最大值在10到20千米之间。RTK系统其它的问题还包括：在无线电的发送机和接收机之间需要无障碍空间；存在有可能与RTK系统使用同样波段作为无线电链路的外部干扰源，这些外部干扰源干扰RTK系统信号的接收。

因此，提供一种应用GPS接收机，诸如广域差分GPS接收机等在一区域获得高程数据的方法，而不需要与RTK系统或其它类似系统的基准站通信，这将是有利的。

发明内容

因此，本发明提供一种获得一区域高程数据的方法，该高程数据可用来制作精确地形图。本发明的方法利用GPS，诸如具有低位置漂移率的广域差分GPS等绘制地面高程图。该方法包括：大体沿着一第一轴引导出多条横贯一区域大体平行的路径(例如在该区域内往返行驶)，同时用GPS周期性记录方位、高度(未修正的高程)和时间。大体沿着与第一轴相交的第二轴引导出横贯该区域的至少一交叉路径，所以该交叉路径与前述路径相交，同时用GPS周期性记录方位、高度和时间。记录的数据随后再经过处理，从交叉路径上得来的高程数据被用来调整用于大体平行路径上的高程数据，抵消GPS记录的测量结果的高程漂移。在本发明具体实施例中，假设由大体平行路径上得到的高程数据的漂移率与时间呈线性变化；但是，也可以利用高程随时间的不同变化。因为交叉路径位于一大体直的路径上，所以在大体平行路径上被该交叉路径横切的两点之间交叉路径时间非常短，从而所述切点的高程漂移率被假设为零。最后，用本发明的方法将整个区域内调整的数据进行处理以获得该区域的高程图。

例如，在应用一个低方位漂移率的差分GPS过程中，如使用三西格马、XY上每15分钟2厘米，用一辆车沿着一块田地的边界和/或中心线做一个初始断面，同时用一个差分GPS接收机记录X、Y和垂直方位信息。在完成该路径后，该车再以与要求清晰度相适应的间距作垂直于起始断面的横切。然后利用边界和/或中心横断面上的初始信息，随后与中心线的垂直相交可用来测量和调整来自于这些路径的GPS漂移。在该后续处理结束后，可由此重建的信息制作一精确地形图。另外，如果该田地内的一单个点可被相对一绝对方位来定位，则整块田地的数据都可以根据该方位而定位，而且整块田地内的数据都可经过调整以反映该点的绝对垂直方位。