CN105588582B - 一种测控定位装置的位置标定方法和*** - Google Patents

一种测控定位装置的位置标定方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及工程测量技术领域，尤其涉及一种测控定位装置的位置标定方法和***。本发明提供的测控定位装置的位置标定方法，包括：在管节上安装至少四个参照定位装置和至少一个测控定位装置；根据各个参照定位装置的第一坐标和各个参照定位装置的第二坐标构建各个参照定位装置的Bursa模型，并计算Bursa模型中的坐标转换参数；根据坐标转换参数和各个测控定位装置的测控坐标构建各个测控定位装置的Bursa模型，计算各个测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标并输出。本方法能够提高对测控定位装置在管节坐标系中位置标定的准确度，使获得的测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标更加符合实际状况。

Description

一种测控定位装置的位置标定方法和***
技术领域
本发明涉及工程测量技术领域，尤其涉及一种测控定位装置的位置标定方法和***。
背景技术
随着社会的进步和科技的发展，管节隧道越来越广泛地被应用于水上交通工程中，管节法隧道施工是把已经预制好的管节沉放到水中事先开挖好的沟槽中，再在水中将各管节拼装连成一体的一种施工方法。
目前在管节水下沉放和对接施工中，全站仪法和GPS法是对管节定位常用的方法。这两种方法通常是在管节的首尾各安装一个测量塔，每个测量塔上设置GPS定位***或者棱镜等测控定位装置，从而对管节进行绝对定位，并根据实时测量的绝对坐标与测控定位装置在管节坐标系中的坐标确定管节各个特征点的实际坐标。现阶段，测控定位装置在管节坐标系中的坐标是在管节处于稳态状态下对测控定位装置的安装位置进行标定，然而，由于管节在安装过程中始终处于漂浮状态，因此常规的标定手段并不能准确地对测控定位装置的位置进行标定。
发明内容
为了提高测控定位装置在管节坐标系中位置标定的准确度，本发明提供了一种测控定位装置的位置标定方法和***。
本发明第一方面提供了一种测控定位装置的位置标定方法，包括：
S1，在管节上安装至少四个参照定位装置和至少一个测控定位装置；
S2，获取各个所述参照定位装置在管节坐标系下的坐标作为各个所述参照定位装置的第一坐标；各个所述参照定位装置上报的实际坐标作为各个所述参照定位装置的第二坐标；各个所述测控定位装置上报的实际坐标作为各个所述测控定位装置的测控坐标；
S3，根据各个所述参照定位装置的第一坐标和各个所述参照定位装置的第二坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，并计算Bursa模型中的坐标转换参数；
S4，根据所述坐标转换参数和各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标并输出。
进一步的，所述步骤S3，具体包括：
将同一时刻上报的各个所述参照定位装置的第二坐标、各个所述测控定位装置的测控坐标划分为同一组坐标数据；
针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据包含的各个所述参照定位装置的第二坐标，以及各个所述参照定位装置的第一坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，计算Bursa模型中的坐标转换参数作为该组坐标数据的坐标转换参数；
所述步骤S4，包括：
针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据的坐标转换参数和该组坐标数据包含的各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的安装坐标；
针对每一个所述测控定位装置，将根据各组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的平均值作为该所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标。
进一步的，在所述针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据包含的各个所述参照定位装置的第二坐标之前，包括：
去除第一无效坐标数据；
所述第一无效坐标数据，包括：缺少任一个所述参照定位装置的第二坐标的坐标数据，和/或缺少任一个所述测控定位装置的测控坐标的坐标数据。
进一步的，在所述将根据各组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的平均值作为该所述测控定位装置的标定坐标之前，包括：
确定根据每一组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的残差，并当存在大于第一预设值的残差时，将该组坐标数据判定为第二无效坐标数据；
删除根据该组第二无效坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标。
进一步的，所述方法，还包括：
将第一无效坐标数据的组数与第二无效坐标数据的组数之和作为总无效坐标数据组数，并计算总无效坐标数据组数在坐标数据总组数中所占的比例，并当所述比例大于第二预设值时，转至所述步骤S2。
基于相同的构思，本发明的第二方面提供了一种测控定位装置的位置标定***，包括：
坐标获取模块，用于获取各个所述参照定位装置在管节坐标系下的坐标作为各个所述参照定位装置的第一坐标；各个所述参照定位装置上报的实际坐标作为各个所述参照定位装置的第二坐标；各个所述测控定位装置上报的实际坐标作为各个所述测控定位装置的测控坐标；
参数计算模块，用于根据各个所述参照定位装置的第一坐标和各个所述参照定位装置的第二坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，并计算Bursa模型中的坐标转换参数；
坐标计算模块，用于根据所述坐标转换参数和各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标并输出。
进一步的，所述参数计算模块，包括：
坐标划分单元，用于将同一时刻上报的各个所述参照定位装置的第二坐标、各个所述测控定位装置的测控坐标划分为同一组坐标数据；
参数计算单元，用于针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据包含的各个所述参照定位装置的第二坐标，以及各个所述参照定位装置的第一坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，计算Bursa模型中的坐标转换参数作为该组坐标数据的坐标转换参数；
所述坐标计算模块，包括：
第一坐标计算单元，用于针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据的坐标转换参数和该组坐标数据包含的各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的安装坐标；
第二坐标计算单元，用于针对每一个所述测控定位装置，将根据各组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的平均值作为该所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标。
进一步的，所述参数计算模块，还包括：
第一数据去除单元，用于去除第一无效坐标数据；
所述第一无效坐标数据，包括：缺少任一个所述参照定位装置的第二坐标的坐标数据，和/或缺少任一个所述测控定位装置的测控坐标的坐标数据。
进一步的，所述参数计算模块，还包括：
判定单元，用于确定根据每一组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的残差，并当存在大于第一预设值的残差时，将该组坐标数据判定为第二无效坐标数据；
第二数据去除单元，用于删除根据该组第二无效坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标。
进一步的，所述***，还包括：
比例计算模块，用于计算第一无效坐标数据的组数与第二无效坐标数据的组数之和作为总无效坐标数据组数，并计算总无效坐标数据组数在坐标数据总组数中所占的比例。
本发明提供的测控定位装置的位置标定方法，通过在管节上安装至少四个参照定位装置和至少一个测控定位装置；，获取各个所述参照定位装置在管节坐标系下的坐标作为各个所述参照定位装置的第一坐标；各个所述参照定位装置上报的实际坐标作为各个所述参照定位装置的第二坐标；各个所述测控定位装置上报的实际坐标作为各个所述测控定位装置的测控坐标；根据各个所述参照定位装置的第一坐标和各个所述参照定位装置的第二坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，并计算Bursa模型中的坐标转换参数；根据所述坐标转换参数和各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标并输出。从而能够提高测控定位装置在管节坐标系中位置标定的准确度，使获得的测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标更加符合实际。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的测控定位装置的位置标定方法的流程示意图；
图2是四个参照定位装置和两个测控定位装置在管节上的安装位置示意图；
图3是本发明第二实施例提供的测控定位装置的位置标定***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的第一实施例提供的测控定位装置的位置标定方法，其特征在于，包括：
S1，在管节上安装至少四个参照定位装置和至少一个测控定位装置；
S2，获取各个所述参照定位装置在管节坐标系下的坐标作为各个所述参照定位装置的第一坐标；各个所述参照定位装置上报的实际坐标作为各个所述参照定位装置的第二坐标；各个所述测控定位装置上报的实际坐标作为各个所述测控定位装置的测控坐标；
S3，根据各个所述参照定位装置的第一坐标和各个所述参照定位装置的第二坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，并计算Bursa模型中的坐标转换参数；
S4，根据所述坐标转换参数和各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标并输出。
本发明提供的测控定位装置的位置标定方法，通过在管节上安装至少四个参照定位装置和至少一个测控定位装置；，获取各个所述参照定位装置在管节坐标系下的坐标作为各个所述参照定位装置的第一坐标；各个所述参照定位装置上报的实际坐标作为各个所述参照定位装置的第二坐标；各个所述测控定位装置上报的实际坐标作为各个所述测控定位装置的测控坐标；根据各个所述参照定位装置的第一坐标和各个所述参照定位装置的第二坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，并计算Bursa模型中的坐标转换参数；根据所述坐标转换参数和各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标并输出。从而能够提高测控定位装置在管节坐标系中位置标定的准确度，使获得的测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标更加符合实际。
在具体实施时，Bursa模型如下所示：
其中(x，y，z)为管节坐标系下测控定位装置的坐标，即待求的标定坐标，(x0，y0，z0)为测控定位装置的测控坐标与该测控定位装置的待求的标定坐标之间的平移参数，(α，β，γ)为旋转参数，k为尺度比因子，(X，Y，Z)为该测控定位装置实际测得的坐标，即测控坐标。(x0，y0，z0)、(α，β，γ)和k也是根据各个参照定位装置的第一坐标和各个参照定位装置的第二坐标构建的各个参照定位装置的Bursa模型中的转换参数。(x0，y0，z0)、(α，β，γ)和k可以根据各个参照定位装置的Bursa模型计算得出。
在具体实施时，所述步骤S3，可以具体包括：
将同一时刻上报的各个所述参照定位装置的第二坐标、各个所述测控定位装置的测控坐标划分为同一组坐标数据；
针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据包含的各个所述参照定位装置的第二坐标，以及各个所述参照定位装置的第一坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，计算Bursa模型中的坐标转换参数作为该组坐标数据的坐标转换参数；
此时，所述步骤S4，可以包括：
针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据的坐标转换参数和该组坐标数据包含的各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的安装坐标；
针对每一个所述测控定位装置，将根据各组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的平均值作为该所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标。
如此设计的好处在于，能够使获得各个测控定位装置的标定坐标更加准确。
在具体实施时，各个参照定位装置可以在预设时间内按预设周期上报第二坐标，各个所述测控定位装置也在预设时间内按预设周期上报测控坐标。在具体实施时，预设时间可以为12min，预设周期可以为1s。在具体实施时，预设时间和预设周期可以根据实际需求增减。
在具体实施时，在所述针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据包含的各个所述参照定位装置的第二坐标之前，可以包括：
去除第一无效坐标数据；
所述第一无效坐标数据，包括：缺少任一个所述参照定位装置的第二坐标的坐标数据，和/或缺少任一个所述测控定位装置的测控坐标的坐标数据。
如此设计的好处在于，不但能够减少坐标数据的处理量，而且能够避免因第二坐标，和/或测控坐标的缺失造成计算出的坐标转换参数出现错误。
在具体实施时，在所述将根据各组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的平均值作为该所述测控定位装置的标定坐标之前，可以包括：
确定根据每一组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的残差，并当存在大于第一预设值的残差时，将该组坐标数据判定为第二无效坐标数据；
删除根据该组第二无效坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标。
如此设计的好处在于，可以剔除误差大的初始坐标，从而进一步提高计算出的测控定位装置的标定坐标的准确度。
在具体实施时，所述方法，还可以包括：
将第一无效坐标数据的组数与第二无效坐标数据的组数之和作为总无效坐标数据组数，并计算总无效坐标数据组数在坐标数据总组数中所占的比例，并当所述比例大于第二预设值时，转至所述步骤S2。
如此设计的好处在于，能够根据用户需要对预设值进行设置，从而能够根据用户需要调整测控定位装置的标定坐标的准确度。
在具体实施时，第二预设值可以为1/3。
在具体实施时，如图2所示，可以在管节1的顶面的四个顶角安装分别安装第一参照定位装置4、第二参照定位装置5、第三参照定位装置6和第四参照定位装置7；在管节的首端安装第一测量塔2，第一测量塔2上设置第一测控定位装置8，在管节的尾端安装第二测量塔3，第二测量塔3上设置第二测控定位装置9。
本发明的第二实施例提供的测控定位装置的位置标定***，包括：
坐标获取模块201，用于获取各个所述参照定位装置在管节坐标系下的坐标作为各个所述参照定位装置的第一坐标；各个所述参照定位装置上报的实际坐标作为各个所述参照定位装置的第二坐标；各个所述测控定位装置上报的实际坐标作为各个所述测控定位装置的测控坐标；
参数计算模块202，用于根据各个所述参照定位装置的第一坐标和各个所述参照定位装置的第二坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，并计算Bursa模型中的坐标转换参数；
坐标计算模块203，用于根据所述坐标转换参数和各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标并输出。
在具体实施时，所述参数计算模块，可以包括：
坐标划分单元，用于将同一时刻上报的各个所述参照定位装置的第二坐标、各个所述测控定位装置的测控坐标划分为同一组坐标数据；
参数计算单元，用于针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据包含的各个所述参照定位装置的第二坐标，以及各个所述参照定位装置的第一坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，计算Bursa模型中的坐标转换参数作为该组坐标数据的坐标转换参数；
此时，坐标计算模块203，可以包括：
第一坐标计算单元，用于针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据的坐标转换参数和该组坐标数据包含的各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的安装坐标；
第二坐标计算单元，用于针对每一个所述测控定位装置，将根据各组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的平均值作为该所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标。
在具体实施时，参数计算模块202，还可以包括：
第一数据去除单元，用于去除第一无效坐标数据；
所述第一无效坐标数据，包括：缺少任一个所述参照定位装置的第二坐标的坐标数据，和/或缺少任一个所述测控定位装置的测控坐标的坐标数据。
在具体实施时，参数计算模块202，还可以包括：
判定单元，用于确定根据每一组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的残差，并当存在大于第一预设值的残差时，将该组坐标数据判定为第二无效坐标数据；
第二数据去除单元，用于删除根据该组第二无效坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标。
在具体实施时，所述***，还可以包括：
比例计算模块，用于计算第一无效坐标数据的组数与第二无效坐标数据的组数之和作为总无效坐标数据组数，并计算总无效坐标数据组数在坐标数据总组数中所占的比例。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种测控定位装置的位置标定方法，其特征在于，包括：
S1，在管节上安装至少四个参照定位装置和至少一个测控定位装置；
S2，获取各个所述参照定位装置在管节坐标系下的坐标作为各个所述参照定位装置的第一坐标；各个所述参照定位装置上报的实际坐标作为各个所述参照定位装置的第二坐标；各个所述测控定位装置上报的实际坐标作为各个所述测控定位装置的测控坐标；
S3，根据各个所述参照定位装置的第一坐标和各个所述参照定位装置的第二坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，并计算Bursa模型中的坐标转换参数；
S4，根据所述坐标转换参数和各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标并输出；
其中，所述步骤S3，具体包括：
将同一时刻上报的各个所述参照定位装置的第二坐标、各个所述测控定位装置的测控坐标划分为同一组坐标数据；
针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据包含的各个所述参照定位装置的第二坐标，以及各个所述参照定位装置的第一坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，计算Bursa模型中的坐标转换参数作为该组坐标数据的坐标转换参数；
所述步骤S4，包括：
针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据的坐标转换参数和该组坐标数据包含的各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的安装坐标；
针对每一个所述测控定位装置，将根据各组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的平均值作为该所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据包含的各个所述参照定位装置的第二坐标，以及各个所述参照定位装置的第一坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型之前，包括：
去除第一无效坐标数据；
所述第一无效坐标数据，包括：缺少任一个所述参照定位装置的第二坐标的坐标数据，和/或缺少任一个所述测控定位装置的测控坐标的坐标数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述将根据各组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的平均值作为该所述测控定位装置的标定坐标之前，包括：
确定根据每一组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的残差，并当存在大于第一预设值的残差时，将该组坐标数据判定为第二无效坐标数据；
删除根据该组第二无效坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
将第一无效坐标数据的组数与第二无效坐标数据的组数之和作为总无效坐标数据组数，并计算总无效坐标数据组数在坐标数据总组数中所占的比例，并当所述比例大于第二预设值时，转至所述步骤S2。
5.一种测控定位装置的位置标定***，其特征在于，包括：
坐标获取模块，用于获取各个参照定位装置在管节坐标系下的坐标作为各个所述参照定位装置的第一坐标；各个所述参照定位装置上报的实际坐标作为各个所述参照定位装置的第二坐标；各个所述测控定位装置上报的实际坐标作为各个所述测控定位装置的测控坐标；
参数计算模块，用于根据各个所述参照定位装置的第一坐标和各个所述参照定位装置的第二坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，并计算Bursa模型中的坐标转换参数；
坐标计算模块，用于根据所述坐标转换参数和各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标并输出；
其中，所述参数计算模块，包括：
坐标划分单元，用于将同一时刻上报的各个所述参照定位装置的第二坐标、各个所述测控定位装置的测控坐标划分为同一组坐标数据；
参数计算单元，用于针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据包含的各个所述参照定位装置的第二坐标，以及各个所述参照定位装置的第一坐标构建各个所述参照定位装置的Bursa模型，计算Bursa模型中的坐标转换参数作为该组坐标数据的坐标转换参数；
所述坐标计算模块，包括：
第一坐标计算单元，用于针对每一组坐标数据，根据该组坐标数据的坐标转换参数和该组坐标数据包含的各个所述测控定位装置的测控坐标构建各个所述测控定位装置的Bursa模型，计算各个所述测控定位装置在管节坐标系中的安装坐标；
第二坐标计算单元，用于针对每一个所述测控定位装置，将根据各组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的平均值作为该所述测控定位装置在管节坐标系中的标定坐标。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述参数计算模块，还包括：
第一数据去除单元，用于去除第一无效坐标数据；
所述第一无效坐标数据，包括：缺少任一个所述参照定位装置的第二坐标的坐标数据，和/或缺少任一个所述测控定位装置的测控坐标的坐标数据。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述参数计算模块，还包括：
判定单元，用于确定根据每一组坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标的残差，并当存在大于第一预设值的残差时，将该组坐标数据判定为第二无效坐标数据；
第二数据去除单元，用于删除根据该组第二无效坐标数据计算出的该所述测控定位装置的安装坐标。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，还包括：
比例计算模块，用于计算第一无效坐标数据的组数与第二无效坐标数据的组数之和作为总无效坐标数据组数，并计算总无效坐标数据组数在坐标数据总组数中所占的比例。
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