CN112911508A - 一种高频声波林下定位方法和*** - Google Patents

一种高频声波林下定位方法和*** Download PDF

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周道琴
胡利利
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张斌
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Abstract

本发明涉及一种高频声波林下定位方法和***，该方法包括：在林区分别建立基准站点组合装置和移动站；利用基准站点组合装置定期对林区发射高频声波信号；利用移动站接收基准站点组合装置发射的高频声波信号，并获取接收基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；根据基准站点组合装置的位置信息、基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和移动站接收基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取移动站的位置。本申请提供的技术方案，可在郁蔽度高、空间结构错综复杂的森林中实现精准定位，不仅提高了林业调查的精度，还提升了林业监测的可信度。

Description

一种高频声波林下定位方法和***
技术领域
本发明属于林区定位技术领域，具体涉及一种高频声波林下定位方法和***。
背景技术
我国森林资源广密，森林覆盖率达22.96％，同时是全球森林资源增长最多的国家。森林是陆地生态***的重要组成部分，对生态环境恢复有重要意义。因此对森林进行实时监测，对生态恢复、防止自然灾害有着重要意义。但是森林由于其空间结构复杂、相对郁蔽的特点，对实施其监测十分困难。
GPS(全球定位***)是较理想的空间定位***，但是由于森林的林冠层会遮挡GPS信号，造成GPS信号衰减，同时干扰正常的GPS信号，使得GPS定位精度低，降低监测的可信度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高频声波林下定位方法和***，以解决现有技术中定位精度低和降低监测的可信度的问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种高频声波林下定位方法，所述方法包括：
在林区分别建立基准站点组合装置和移动站；
利用所述基准站点组合装置定期对林区发射高频声波信号；其中，所述高频声波信号中携带所述基准站点组合装置的位置信息和所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
利用所述移动站接收所述基准站点组合装置发射的高频声波信号，并获取接收所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
根据所述基准站点组合装置的位置信息、所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和所述移动站接收所述基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取所述移动站的位置。
进一步的，所述基准站点组合装置包括：至少三个基准站；
每个所述基准站包括：GPS定位模块、高频声波发射器和第一精密时钟模块；
所述移动站包括：第二精密时钟模块、高频声波接收器。
进一步的，所述利用所述基准站点组合装置定期对林区发射高频声波信号之前，还包括：
对所述第一精密时钟模块和所述第二精密时钟模块进行时间校准。
进一步的，所述GPS定位模块，用于获取所述基准站的位置信息；
所述高频声波发射器，用于定期对林区发射高频声波信号；
所述第一精密时钟模块，用于获取所述基准站发射高频声波信号的时间。
进一步的，所述高频声波接收器，用于接收所述基准站发射的高频声波信号；
所述第二精密时钟模块，用于获取接收所述基准站发射的高频声波信号的时间。
进一步的，所述根据所述基准站点组合装置的位置信息、所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和所述移动站接收所述基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取所述移动站的位置，包括：
按下式获取所述移动站的位置(X,Y,Z)：
Figure BDA0002931224280000031
上式中，i∈[1,n]，n为基准站的总数量；Xi为第i个基准站的横坐标，Yi为第i个基准站的纵坐标，Zi为第i个基准站的竖坐标，X为移动站的横坐标，Y为移动站的纵坐标，Z为移动站的竖坐标，ti为第i个基准站发射高频声波信号的时间，Ti为移动站接收第i个基准站发射高频声波信号的时间，V为声波的传播速度。
进一步的，每个所述基准站分别设置于林区外或林区开阔地带。
进一步的，所述移动站设置于林区内部。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种高频声波林下定位***，所述***包括：
基准站点组合装置，用于定期对林区发射高频声波信号；其中，所述高频声波信号中携带所述基准站点组合装置的位置信息和所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
移动站，用于接收所述基准站点组合装置发射的高频声波信号，并获取接收所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
计算模块，用于根据所述基准站点组合装置的位置信息、所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和所述移动站接收所述基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取所述移动站的位置。
进一步的，所述基准站点组合装置包括：至少三个基准站；
每个所述基准站包括：GPS定位模块、高频声波发射器和第一精密时钟模块；
所述移动站包括：第二精密时钟模块、高频声波接收器。
本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：通过在林区分别建立基准站点组合装置和移动站，利用基准站点组合装置定期对林区发射高频声波信号，利用移动站接收基准站点组合装置发射的高频声波信号并获取接收基准站点组合装置发射高频声波信号的时间，根据基准站点组合装置的位置信息、基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和移动站接收基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取移动站的位置，可在郁蔽度高、空间结构错综复杂的森林中实现精准定位，不仅提高了林业调查的精度，还提升了林业监测的可信度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种高频声波林下定位方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的基准站的结构示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的移动站的结构示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的基准站点组合装置和移动站的分布示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种高频声波林下定位***的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
图1是根据一示例性实施例示出的一种高频声波林下定位方法的流程图，如图1所示，该方法可以但不限于用于终端中，包括以下步骤：
步骤101：在林区分别建立基准站点组合装置和移动站；
步骤102：利用基准站点组合装置定期对林区发射高频声波信号；其中，高频声波信号中携带基准站点组合装置的位置信息和基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
步骤103：利用移动站接收基准站点组合装置发射的高频声波信号，并获取接收基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
步骤104：根据基准站点组合装置的位置信息、基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和移动站接收基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取移动站的位置。
进一步的，基准站点组合装置包括：至少三个基准站；
如图2所示，每个基准站包括：GPS定位模块、高频声波发射器和第一精密时钟模块；
如图3所示，移动站包括：第二精密时钟模块、高频声波接收器。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要、专家经验和实验数据等设置基准站的数量。
进一步的，可以但不限于将每个基准站分别设置于林区外或林区开阔地带等接收GPS信号好的位置；
将移动站设置于林区内部。
例如，如图4所示，假设基准站有4个，则可以将这4个基准站分别设置于林区外的四个方向；将移动站设置于林区内。
进一步的，步骤102之前，还包括：
对第一精密时钟模块和第二精密时钟模块进行时间校准，以确保第一精密时钟模块和第二精密时钟模块的时间同步。
进一步的，GPS定位模块，用于获取基准站的位置信息；
高频声波发射器，用于定期对林区发射高频声波信号；
第一精密时钟模块，用于获取基准站发射高频声波信号的时间。
需要说明的是，本领域技术人员可根据实际需要、专家经验或实验数据等设置高频声波发射器具体怎么定期发射高频声波信号。一些可选的实施例中，令高频声波发射器按照一定周期交替对林区发射高频声波信号；周期可以但不限于为：5秒、1分钟或5分钟等。
进一步的，高频声波接收器，用于接收基准站发射的高频声波信号；
第二精密时钟模块，用于获取接收基准站发射的高频声波信号的时间。
进一步的，步骤104，包括：
按下式获取移动站的位置(X,Y,Z)：
Figure BDA0002931224280000061
上式中，i∈[1,n]，n为基准站的总数量；Xi为第i个基准站的横坐标，Yi为第i个基准站的纵坐标，Zi为第i个基准站的竖坐标，X为移动站的横坐标，Y为移动站的纵坐标，Z为移动站的竖坐标，ti为第i个基准站发射高频声波信号的时间，Ti为移动站接收第i个基准站发射高频声波信号的时间，V为声波的传播速度。
一些实施例中，可以但不限于采用最小二乘法平差对上述空间直线方程公式求解，以获取移动站的位置(X,Y,Z)。
本发明实施例提供的一种高频声波林下定位方法，通过在林区分别建立基准站点组合装置和移动站，利用基准站点组合装置定期对林区发射高频声波信号，利用移动站接收基准站点组合装置发射的高频声波信号并获取接收基准站点组合装置发射高频声波信号的时间，根据基准站点组合装置的位置信息、基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和移动站接收基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取移动站的位置，可在郁蔽度高、空间结构错综复杂的森林中实现精准定位，不仅提高了林业调查的精度，还提升了林业监测的可信度。
本发明实施例通过利用高频声波可穿透林冠层的特点，在林区开阔地带用GPS、高频声波发射器、精密时钟组合构建3个以上基准站，各基准站的高频声波发射器按照一定周期交替对林区发射高频声波信号，内容为各基准站的位置和发射信号时的精确时间。移动站由高频声波接收器和精密时钟组成，接收基准站发射的位置和时间信息。通过基准站位置和接收高频声波的时间差，利用空间直线方程解算移动站精确位置。
本发明实施例还提供一种高频声波林下定位***，如图5所示，该***包括：
基准站点组合装置，用于定期对林区发射高频声波信号；其中，高频声波信号中携带基准站点组合装置的位置信息和基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
移动站，用于接收基准站点组合装置发射的高频声波信号，并获取接收基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
计算模块，用于根据基准站点组合装置的位置信息、基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和移动站接收基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取移动站的位置。
进一步的，基准站点组合装置包括：至少三个基准站；
每个基准站包括：GPS定位模块、高频声波发射器和第一精密时钟模块；
移动站包括：第二精密时钟模块、高频声波接收器。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要、专家经验和实验数据等设置基准站的数量。
进一步的，可以但不限于将每个基准站分别设置于林区外或林区开阔地带等接收GPS信号好的位置；
将移动站设置于林区内部。
进一步的，该***，还包括：
校准模块，用于对第一精密时钟模块和第二精密时钟模块进行时间校准。
进一步的，GPS定位模块，用于获取基准站的位置信息；
高频声波发射器，用于定期对林区发射高频声波信号；
第一精密时钟模块，用于获取基准站发射高频声波信号的时间。
进一步的，高频声波接收器，用于接收基准站发射的高频声波信号；
第二精密时钟模块，用于获取接收基准站发射的高频声波信号的时间。
进一步的，计算模块具体用于：
按下式获取移动站的位置(X,Y,Z)：
Figure BDA0002931224280000081
上式中，i∈[1,n]，n为基准站的总数量；Xi为第i个基准站的横坐标，Yi为第i个基准站的纵坐标，Zi为第i个基准站的竖坐标，X为移动站的横坐标，Y为移动站的纵坐标，Z为移动站的竖坐标，ti为第i个基准站发射高频声波信号的时间，Ti为移动站接收第i个基准站发射高频声波信号的时间，V为声波的传播速度。
一些实施例中，可以但不限于采用最小二乘法平差对上述空间直线方程公式求解，以获取移动站的位置(X,Y,Z)。
本发明实施例提供的一种高频声波林下定位***，通过基准站点组合装置定期对林区发射高频声波信号，移动站接收基准站点组合装置发射的高频声波信号并获取接收基准站点组合装置发射高频声波信号的时间，计算模块根据基准站点组合装置的位置信息、基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和移动站接收基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取移动站的位置，可在郁蔽度高、空间结构错综复杂的森林中实现精准定位，不仅提高了林业调查的精度，还提升了林业监测的可信度。
可以理解的是，上述提供的***实施例与上述的方法实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高频声波林下定位方法，其特征在于，所述方法包括：
在林区分别建立基准站点组合装置和移动站；
利用所述基准站点组合装置定期对林区发射高频声波信号；其中，所述高频声波信号中携带所述基准站点组合装置的位置信息和所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
利用所述移动站接收所述基准站点组合装置发射的高频声波信号，并获取接收所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
根据所述基准站点组合装置的位置信息、所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和所述移动站接收所述基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取所述移动站的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基准站点组合装置包括：至少三个基准站；
每个所述基准站包括：GPS定位模块、高频声波发射器和第一精密时钟模块；
所述移动站包括：第二精密时钟模块、高频声波接收器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述基准站点组合装置定期对林区发射高频声波信号之前，还包括：
对所述第一精密时钟模块和所述第二精密时钟模块进行时间校准。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述GPS定位模块，用于获取所述基准站的位置信息；
所述高频声波发射器，用于定期对林区发射高频声波信号；
所述第一精密时钟模块，用于获取所述基准站发射高频声波信号的时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述高频声波接收器，用于接收所述基准站发射的高频声波信号；
所述第二精密时钟模块，用于获取接收所述基准站发射的高频声波信号的时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述基准站点组合装置的位置信息、所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和所述移动站接收所述基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取所述移动站的位置，包括：
按下式获取所述移动站的位置(X,Y,Z)：
Figure FDA0002931224270000021
上式中，i∈[1,n]，n为基准站的总数量；Xi为第i个基准站的横坐标，Yi为第i个基准站的纵坐标，Zi为第i个基准站的竖坐标，X为移动站的横坐标，Y为移动站的纵坐标，Z为移动站的竖坐标，ti为第i个基准站发射高频声波信号的时间，Ti为移动站接收第i个基准站发射高频声波信号的时间，V为声波的传播速度。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每个所述基准站分别设置于林区外或林区开阔地带。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动站设置于林区内部。
9.一种高频声波林下定位***，其特征在于，所述***包括：
基准站点组合装置，用于定期对林区发射高频声波信号；其中，所述高频声波信号中携带所述基准站点组合装置的位置信息和所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
移动站，用于接收所述基准站点组合装置发射的高频声波信号，并获取接收所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间；
计算模块，用于根据所述基准站点组合装置的位置信息、所述基准站点组合装置发射高频声波信号的时间和所述移动站接收所述基准站点组合装置发射的高频声波信号的时间获取所述移动站的位置。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述基准站点组合装置包括：至少三个基准站；
每个所述基准站包括：GPS定位模块、高频声波发射器和第一精密时钟模块；
所述移动站包括：第二精密时钟模块、高频声波接收器。
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