一种基于Pad等移动电子设备的山区野外采样快速不接触定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Pad等移动电子设备的山区野外采样快速不接触定位方法，包括通过集成移动电子设备GPS、电子罗盘和陀螺仪以及激光测距仪采用交会定点模式或距离方位定点模式，对难以实地接触的目标进行定位测量。该方法解决了山区野外采样过程中不能测量远距离不可接触的待采样目标地物的空间坐标的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于移动电子设备的山区野外采样快速不接触定位方法，具体涉及一种在山区野外采样过程中对受距离、地形和山地灾害限制而不能接触的目标地物定位的方法，属于地球表面远距离的地物的测量学定位领域。
技术介绍
野外定点采样是地理国情调查、土地覆被野外调查和山地灾害定点调查等的必要前提。山区野外调查通常因地形起伏大，地势复杂多变而难以采样。常规的野外地表覆被样点数据的采集主要以GPS定点、纸质记录本为媒介，该采样方法因样点的空间位置信息、地表覆被属性信息和图像信息常分别记录，其效率低下，操作复杂，易出错。随着电子产品的发展和不断普及，以电子设备为媒介的移动式野外地表覆被采样方式迅速发展。移动野外调查方法以手机、平板、PDA等便携式移动设备为载体，通过野外采样系统采集调查路线的地表覆被状况，能一体化收集样点的空间信息、属性信息和图像信息。该方法能有效提高野外采样效率、丰富野外采样信息量，因此，国内外众多企业利用移动GPS、GIS和RS技术研发和推出了自己的移动采样产品，如ESRI公司的ArcPad、Trimble公司的TerraSync和超图公司的eSuperMap和跬步科技的UCMAP等移动产品。然而，以上这些采样方法和移动产品受距离的限制、河流和高山的阻挡的影响，导致采样人员无法与目标地物接触而不能准确地获取目标地物的空间坐标，往往需要结合相关专业知识运用GIS软件修改野外采样信息，增加了内业工作量。在山区野外调查过程中，若需要快速而准确的获取高定位精度的野外采样信息，需集成多种先进的测量技术，研究不接触定位的方法。移动GPS技术、精密电子罗盘和陀螺仪、激光测距技术，为不接触目标地物获取它的空间坐标提供了技术支持。其中移动GPS提供获取当前位置的空间坐标，精密电子罗盘和陀螺仪能够获取当前位置与待采样目标地物位置所在直线方向相对于北方向的方位角，激光测距技术能够在不接触目标地物的情况下获取当前位置到待采样目标地物之间的距离。基于移动GPS技术、精密电子罗盘和陀螺仪和激光测距技术的应用，本专利技术在集成移动GPS与精密电子罗盘和陀螺仪的移动电子设备和激光测距仪中，引入了交会定点和距离方位定点两种方法，能够快速而准确地获取山区远距离不可接触目标的空间坐标信息。尤其是在山区，河流和高山阻挡严重，滑坡、崩塌等灾害发生频繁的地区，采样人员不可能与目标接触以至于难以甚至不可能获取目标的准确坐标信息，应用本专利技术提供的不接触定位方法既能快速而准确的获取远距离目标的空间坐标，又可以保证工作人员的人身安全。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决山区野外采样过程中不能测量远距离不可接触的待采样目标地物的空间坐标的问题而提供一种基于移动电子设备不接触定位方法。本专利技术提供一种基于移动电子设备的不接触定位方法，包括移动电子设备包括GPS、摄像、精密电子罗盘与陀螺仪功能，包括如下步骤：步骤1，进行采样模式切换，选择采用交会定点模式或距离方位定点模式；步骤2，如选择采用交会定点模式，则使用交会定点方法进行测量；步骤3，如选择采用距离方位定点模式，则使用距离方位定点方法进行测量。所述步骤2的流程如下：步骤2.1，设定已知三角形的三个顶点A、B、C，其中A、B两点是工作人员可以到达的位置，C点为待定点的位置；步骤2.2，应用GPS测定A、B两点的空间坐标；步骤2.3，应用电子罗盘和陀螺仪测定AC方向相对于北方向的水水平角a和AC方向与水平面的夹角β1，BC方向相对于北方向的水平角r和BC方向与水平面的夹角β2；步骤2.4，根据点A、B的坐标和AC与BC方向相对于北方的夹角计算C的坐标，C点坐标按下述公式计算：YC=XB-XA-tanr×YB+tana×YAtanr-tana]]>XC=XA×tana-XB×tanr-tanr×tana×(YA-YB)tanr-tana]]>ZC=ZA+tanβ1×(YA-YB)+(XA-XB)]]>式中A、B代表交会测量中交会点所在位置，C代表定点的目标；α、r、β1分别代表AC方向相对于北方向的方位角与BC方向相对于北方向的方位角和AC方向与水平面的夹角；XB、YB、ZB分别代表待定点C的空间坐标；XA、YA、ZA分别代表待定点A的空间坐标，XC、YC分别代表待定点B的空间坐标优选地，所述步骤3的流程如下：步骤3.1，设定A、C两点，其中A点为工作人员可到达的位置，C点为待定点的位置；步骤3.2，应用GPS获取A点的空间坐标；步骤3.3，应用电子罗盘与陀螺仪测量AC方向相对于北方向的水平角a和AC方向相对于水平地面的竖直角r；步骤3.4，应用激光测距仪测量A、C两点之间的水平距离S，计算C点空间坐标，C点空间坐标按下述公式计算：XC=XA+S×sinaYC=XA+S×cosaZC=ZA+S×tanr]]>式中其中A、C分别代表采样人员、待定点目标所在位置；a代表AC方向相对于正北方向的方位角；r代表AC方向与水平面夹角；S代表点A到点C之间的水平距离；XC、YC、ZC分别代表待定点C的空间坐标；XA、YA、ZA分别代表待定点A的空间坐标。优选的，所述定位面向的目标地物类型包括：山区地表地物或受自然条件影响难以实地接触的地表地物。与现有的技术相比，本专利技术所提供的一种基于移动电子设备的不接触定位方法本专利技术通过集成移动GPS、电子罗盘和陀螺仪以及激光测距仪，结合计算机交互操作技术能够高效、准确而自动化地采集山区采样人员不能接触目标地物的空间坐标。本专利技术具有高效率、高精度、自动化野外定点采样的优点，尤其是对山区受地形条件、山地灾害限制的海量野外数据采样具有重要的意义，解决了一般的野外采样产品如：ArcPad、UCMAP等移动产品不能快速获取远距离不可接触目标地物的空间坐标的难题。附图说明图1是野外采样不可接触的远距离目标的示例图；图2是交会定点方法的几何原理示意图；图3是距离方位定点方法的几何原理示意图；图4是基于山区不接触定位方法设计的一套野外采样系统界面展示图；图5是交会定点方法定位在野外采样系统中的界面示意图图6是距离方位定点方法在野外采样系统中的界面示意图具体实施方式本专利技术的不接触定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Pad等移动电子设备的山区野外采样快速不接触定位方法，其特征在于：移动电子设备包括GPS、摄像、精密电子罗盘与陀螺仪功能，包括如下步骤：步骤1，进行采样模式切换，选择采用交会定点模式或距离方位定点模式；步骤2，如选择采用交会定点模式，则使用交会定点方法进行测量；步骤3，如选择采用距离方位定点模式，则使用距离方位定点方法进行测量。

【技术特征摘要】
1.一种基于Pad等移动电子设备的山区野外采样快速不接触定
位方法，其特征在于：移动电子设备包括GPS、摄像、精密电子罗盘
与陀螺仪功能，包括如下步骤：
步骤1，进行采样模式切换，选择采用交会定点模式或距离方位
定点模式；
步骤2，如选择采用交会定点模式，则使用交会定点方法进行测
量；
步骤3，如选择采用距离方位定点模式，则使用距离方位定点方
法进行测量。
2.根据权利要求1所述的基于Pad等移动电子设备的山区不接
触定位方法，其特征在于：所述步骤2进一步包括，
步骤2.1，设定已知三角形的三个顶点A、B、C，其中A、B两
点是工作人员可以到达的位置，C点为待定点的位置；
步骤2.2，应用GPS测定A、B两点的空间坐标；
步骤2.3，应用电子罗盘和陀螺仪测定AC方向相对于北方向的
水水平角a和AC方向与水平面的夹角β1，BC方向相对于北方向的
水平角r和BC方向与水平面的夹角β2；
步骤2.4，根据点A、B的坐标和AC与BC方向相对于北方的夹
角计算C的坐标，C点坐标按下述公式计算：
YC=XB-XA-tanr×YB+tana×YAtanr-tana]]>XC=XA×tana-XB×tanr-tanr×tana×(YA-YB)tanr-tana]]>ZC=ZA+tanβ1×(Yk-YB)+(XA-XB)]]>式中A、B代表交会测量中交会点所在位置，C...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱农，谢瀚，边金虎，雷光斌，南希，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51