[發明專利]一種地籍測量事后數據處理方法

有效

• 申請號: 201510051138.9
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104613966B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 吳峻;紀東良;張健;施成功;閆晶
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所32250
• 代理人: 王斌

1.一種地籍測量事后數據處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、對現場采集數據中的慣性測量單元數據進行數據預處理，去除誤差；

步驟2：對經步驟1去除誤差后的慣性測量單元數據進行分類，將對應于坐標已知點、位置已知點、調平修正點、零速修正點以及待測點上靜態測量過程時的慣性測量單元數據記為第一類；將對應于待測點上靜態測量過程，將對應于所述五點兩兩之間的行進間動態測量過程時的慣性測量單元數據記為第二類；對應于待測點上靜態測量過程，同時與其緊鄰的上一個靜態測量過程為坐標已知點上的靜態測量過程時的慣性測量單元數據記為第三類；

步驟3：對經步驟2分類的數據分別作如下處理：第一類采用卡爾曼固定區間最優平滑對現場采集數據進行處理獲得陀螺儀和加速度計的誤差估計值，并根據陀螺儀和加速度的誤差估計值分別對慣性測量單元數據中陀螺儀測得的慣性測量單元的角速度數據和加速度計測得的慣性測量單元的線加速度數據進行進一步誤差補償；第二類采用純捷聯解算對現場采集數據進行處理得到整個行進間動態測量過程慣性測量單元的位置、速度和姿態值；第三類采用逆向導航解算對坐標已知點與待測點之間行進間動態測量過程的現場采集數據進行處理獲得坐標已知點和待測點之間的行進間動態測量過程慣性測量單元的位置值，并將所述逆向導航解算獲得的位置值校正待測點處慣性測量單元的位置值；

所述第一類采用卡爾曼固定區間最優平滑對現場采集數據進行處理，具體為：

1)建立與靜態測量過程相對應的卡爾曼濾波觀測模型；

2)利用卡爾曼濾波觀測模型對現場采集數據進行正向卡爾曼濾波；

3)對正向卡爾曼濾波的結果進行逆向平滑濾波；

4)獲得陀螺儀和加速度計的誤差估計值；

5)在濾波完成后，根據陀螺儀和加速度的誤差估計值分別對慣性測量單元數據中陀螺儀測得的慣性測量單元的角速度數據和加速度計測得的慣性測量單元的線加速度數據進行進一步誤差補償；

第二類采用純捷聯解算對現場采集數據進行處理，選擇當地地理坐標系作為導航坐標系，選擇四元數法進行姿態更新，具體為：

1)進行慣性測量單元的速度、位置和姿態進行初始化，并根據姿態初始值計算姿態矩陣初始值和四元數初始值；

2)按時間順序讀取現場采集數據中的一組慣性測量單元數據；

3)利用姿態矩陣對加速度計測得的下線加速度數據進行坐標變換；

4)根據比力方程，利用坐標變換的得到的線速度數據，進行速度更新，得到慣性測量單元速度最新值；

5)利用慣性測量單元速度最新值進行位置更新，得到慣性測量單元位置最新值；

6)利用慣性測量單元速度最新值和位置最新值進行地球角速度和位置角速度的計算，具體如下式：

ωien=0ωiecosLωiesinL]]> 1

ωenn=-VNRM+hVERN+hVERN+htanL]]>

ωien+ωenn=-VNRM+hωiecosL+VERN+hωiesinL+VERN+htanL]]>

其中：ω_ie為地球自轉角速度；L為當地地理緯度；V_E、V_N分別為慣性測量單元東向、北向速度分量；R_N、R_M分別為當地卯酉圈曲率半徑和子午圈曲率半徑；h為當地高度分量；

7)利用6)中計算得到的地球角速度、位置角速度以及姿態矩陣和陀螺儀測得的角速度數據進行姿態角速度的計算，具體如下式：

ωnbb=ωibb-Cnb(ωien+ωenn)]]>

其中：為慣性定位系統中陀螺儀直接輸出的角速度值；為姿態矩陣；為地球角速度；為位置角速度；

8)利用7)中計算得到的姿態角速度進行四元數的更新，得到四元數最新值；

9)利用8)中計算得到的四元數最新值進行姿態矩陣更新，得到姿態矩陣最新值；

10)根據姿態與姿態矩陣的對應關系，計算得到慣性測量單元的姿態最新值；

11)重復步驟2)～10)，用所得到的位置、速度、姿態、姿態矩陣、四元數最新值進行遞推計算，直到所有現場采集數據處理完畢，得到整個行進間動態測量過程慣性測量單元的位置、速度和姿態值；

第三類采用逆向導航解算對坐標已知點與待測點之間行進間動態測量過程的現場采集數據進行處理，具體為：

1)將純捷聯解算的位置終值作為逆向導航解算的位置初始值，將純解算的姿態終值作為逆向導航解算的姿態初始值，將純捷聯解算的速度終值取反，作為逆向導航解算速度初始值；

2)逆向讀取現場采集數據中慣性測量單元數據，將陀螺儀測得的角速度值和地球自轉角速度值符號取反，進行逆向導航解算，得到坐標已知點和待測點之間的行進間動態測量過程慣性測量單元的位置、速度和姿態值；

3)根據上述逆向導航解算獲得的位置值，校正待測點處慣性測量單元的位置值。

2.根據權利要求1所述的地籍測量事后數據處理方法，其特征在于，所述步驟1中數據預處理為采用時序建模與卡爾曼濾波相結合方法去除慣性測量單元數據誤差；所述的時序建模包括野值剔除、低通濾波、數據統計分析、模型結構選取、模型參數估計和建立誤差模型；所述的卡爾曼濾波根據上述時序建模建立的誤差模型，對陀螺儀和加速度計的誤差進行估計和補償。