[发明专利]微型无人机辅助的三角高程测量方法

权利要求书

1.一种微型无人机辅助的三角高程测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)无人机辅助三角高程测量流程：

(1.1)无人机加载360°棱镜改装：

由微型无人机、360°棱镜以及两台全站仪构建的三角高程测量，利用微型无人机悬挂360°棱镜，飞至遮挡区域的上空，两台全站仪A、B分别固定在微型无人机两侧的测站上，全站仪对中整平，并设置成相同的时间，调整微型无人机使与两台全站仪距离相等然后悬停；

(1.2)两台全站仪同时照准空中目标：

准备就绪后通过对讲机确认，两台全站仪分别照准空中的360°棱镜，设置成自动跟踪测量模式，时间间隔0.1秒，然后按下“开始”键；

(1.3)改变无人机高度，多次测量确保可靠性：

所测数据自动存储，得到各自测得的斜距与竖直角，最终以两台全站仪测得的时间一致、角度平稳的数据为一组，通过求它们高差的平均值来提高精度，这样可以得到一个最终的高差值，以此来实现高程传递；同时将调整微型无人机的高度，测试不同高度下的高程传递效果；

(2)无人机辅助三角高程测量系统误差改正，包括以下：

(2.1)地球曲率改正；

针对地球曲率对微型无人机辅助三角高程测量的影响，参照普通水准测量保持前后视距大致相等的原理，令悬挂360°棱镜的微型无人机处于两台全站仪的中间位置来削弱地球曲率的影响；

(2.2)大气折光改正；

对于大气折光的影响，操作悬挂360°棱镜的微型无人机分别处于不同的高度，全站仪对其进行照准观测来削弱大气折光影响，必要时将微型无人机悬挂传感器测量飞行路径上气象参数如气温、气压来估计大气折光系数；

(3)基于无人机稳定性的同步观测窗口确定：

针对同步观测时无人机稳定性的这一情况；测量时，将两台全站仪时钟调至同步，并设置成自动跟踪测量模式，时间间隔0.1秒，然后按下“开始”键；所测数据自动存储，得到各自测得的斜距与竖直角，最终以两台全站仪测得的时间一致、角度平稳的数据为一组，算得它们高差的平均值作为最终的高差值，以此来实现高程的传递，能有效的抵消掉因无人机抖动对同步观测的影响，达到同步观测的目的；

(4)无人机辅助三角高程测量的高差计算；

在两台全站仪测得数据中，选择3个相连的时间一致、角度平稳数据为一组，来算它们高差的平均值作为最终的高差值；具体计算步骤如下：

高差Hab:

Hab1＝S1×sinα1+i1-S2×sinα2-i2；

Hab2＝S1'×sinα1'+i1-S2'×sinα2'-i2；

Hab3＝S1”×sinα1”+i1-S2”×sinα2”-i2；

Hab＝(Hab1+Hab2+Hab3)÷3；

(5)与普通水准测量结果的对比：

最后将微型无人机处于不同高度所求得各高差值与普通水准测量的高差值进行比较，并对效果进行评定。

2.根据权利要求1所述的微型无人机辅助的三角高程测量方法，其特征在于：

所述360°棱镜悬挂于微型无人机上，作为公共的测量点，同时也是两台全站仪进行角度、距离测量时的照准目标；

所述两台全站仪，分别位于微型无人机的两侧的测站上，通过对微型无人机上360°棱镜的测量，获得距离和角度测量值；

所述微型无人机，飞行至两测站之间，调整其位置使之到两台全站仪的水平距离相等然后悬停便于全站仪进行观测；

两台全站仪在无法通视的两点同时照准空中的棱镜目标进行同步观测，以此来抵消微型无人机悬停抖动带来的误差。

3.根据权利要求1或2所述的微型无人机辅助的三角高程测量方法，其特征在于：调整两台全站仪的时钟至同步，利用微型无人机悬挂360°棱镜，飞至遮挡区域的上空，两台全站仪分别固定在微型无人机两侧的测站上，全站仪对中整平，调整微型无人机使与两台全站仪的水平距离相等然后悬停，准备就绪后通过对讲机确认，两台全站仪A、B瞄准360°棱镜进行同步观测及记录；为了提高高程传递的可靠性，调整微型无人机的飞行高度进行多次观测；利用所观测的斜距和竖直角进行高差计算，具体步骤包括：

Ⅰ.已知A点的高程为H_a，欲求B点高程H_b：

将一台全站仪安置在A点，另一台全站仪安置在B点，同时照准目标点M；前者测得的竖直角α₁，A到M的距离为S₁，量取的全站仪高i₁；后者测得的竖直角α₂，B到M的距离为S₂，量取的全站仪高i₂；

则高差h_ab为：

Hab＝S1×sinα1+i1-S2×sinα2-i2；

B点的高程为：

H_b＝H_a+h_ab；

Ⅱ.地球曲率及大气折光改正：

针对地球曲率对微型无人机辅助三角高程测量的影响，运用普通水准测量保持前后视距相等的原理，令悬挂360°棱镜的微型无人机处于两台全站仪的中间位置来削弱地球曲率的影响；对于大气折光的影响，操作悬挂360°棱镜的微型无人机分别处于不同的高度，全站仪对其进行照准观测来削弱大气折光影响，必要时微型无人机悬挂传感器测量飞行路径上的气象参数来估计大气折光系数；所述气象参数包括气温和气压。