[發(fā)明專利]微型無人機輔助的三角高程測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011158834.7
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112414368B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周建國;羅超;江維薇;于憲煜;朱頌
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01C25/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡甜甜

1.一種微型無人機輔助的三角高程測量方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)無人機輔助三角高程測量流程：

(1.1)無人機加載360°棱鏡改裝：

由微型無人機、360°棱鏡以及兩臺全站儀構(gòu)建的三角高程測量，利用微型無人機懸掛360°棱鏡，飛至遮擋區(qū)域的上空，兩臺全站儀A、B分別固定在微型無人機兩側(cè)的測站上，全站儀對中整平，并設(shè)置成相同的時間，調(diào)整微型無人機使與兩臺全站儀距離相等然后懸停；

(1.2)兩臺全站儀同時照準空中目標：

準備就緒后通過對講機確認，兩臺全站儀分別照準空中的360°棱鏡，設(shè)置成自動跟蹤測量模式，時間間隔0.1秒，然后按下“開始”鍵；

(1.3)改變無人機高度，多次測量確保可靠性：

所測數(shù)據(jù)自動存儲，得到各自測得的斜距與豎直角，最終以兩臺全站儀測得的時間一致、角度平穩(wěn)的數(shù)據(jù)為一組，通過求它們高差的平均值來提高精度，這樣可以得到一個最終的高差值，以此來實現(xiàn)高程傳遞；同時將調(diào)整微型無人機的高度，測試不同高度下的高程傳遞效果；

(2)無人機輔助三角高程測量系統(tǒng)誤差改正，包括以下：

(2.1)地球曲率改正；

針對地球曲率對微型無人機輔助三角高程測量的影響，參照普通水準測量保持前后視距大致相等的原理，令懸掛360°棱鏡的微型無人機處于兩臺全站儀的中間位置來削弱地球曲率的影響；

(2.2)大氣折光改正；

對于大氣折光的影響，操作懸掛360°棱鏡的微型無人機分別處于不同的高度，全站儀對其進行照準觀測來削弱大氣折光影響，必要時將微型無人機懸掛傳感器測量飛行路徑上氣象參數(shù)如氣溫、氣壓來估計大氣折光系數(shù)；

(3)基于無人機穩(wěn)定性的同步觀測窗口確定：

針對同步觀測時無人機穩(wěn)定性的這一情況；測量時，將兩臺全站儀時鐘調(diào)至同步，并設(shè)置成自動跟蹤測量模式，時間間隔0.1秒，然后按下“開始”鍵；所測數(shù)據(jù)自動存儲，得到各自測得的斜距與豎直角，最終以兩臺全站儀測得的時間一致、角度平穩(wěn)的數(shù)據(jù)為一組，算得它們高差的平均值作為最終的高差值，以此來實現(xiàn)高程的傳遞，能有效的抵消掉因無人機抖動對同步觀測的影響，達到同步觀測的目的；

(4)無人機輔助三角高程測量的高差計算；

在兩臺全站儀測得數(shù)據(jù)中，選擇3個相連的時間一致、角度平穩(wěn)數(shù)據(jù)為一組，來算它們高差的平均值作為最終的高差值；具體計算步驟如下：

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)與普通水準測量結(jié)果的對比：

最后將微型無人機處于不同高度所求得各高差值與普通水準測量的高差值進行比較，并對效果進行評定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型無人機輔助的三角高程測量方法，其特征在于：

所述360°棱鏡懸掛于微型無人機上，作為公共的測量點，同時也是兩臺全站儀進行角度、距離測量時的照準目標；

所述兩臺全站儀，分別位于微型無人機的兩側(cè)的測站上，通過對微型無人機上360°棱鏡的測量，獲得距離和角度測量值；

所述微型無人機，飛行至兩測站之間，調(diào)整其位置使之到兩臺全站儀的水平距離相等然后懸停便于全站儀進行觀測；

兩臺全站儀在無法通視的兩點同時照準空中的棱鏡目標進行同步觀測，以此來抵消微型無人機懸停抖動帶來的誤差。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型無人機輔助的三角高程測量方法，其特征在于：調(diào)整兩臺全站儀的時鐘至同步，利用微型無人機懸掛360°棱鏡，飛至遮擋區(qū)域的上空，兩臺全站儀分別固定在微型無人機兩側(cè)的測站上，全站儀對中整平，調(diào)整微型無人機使與兩臺全站儀的水平距離相等然后懸停，準備就緒后通過對講機確認，兩臺全站儀A、B瞄準360°棱鏡進行同步觀測及記錄；為了提高高程傳遞的可靠性，調(diào)整微型無人機的飛行高度進行多次觀測；利用所觀測的斜距和豎直角進行高差計算，具體步驟包括：

Ⅰ.已知A點的高程為H_a，欲求B點高程H_b：

將一臺全站儀安置在A點，另一臺全站儀安置在B點，同時照準目標點M；前者測得的豎直角α₁，A到M的距離為S₁，量取的全站儀高i₁；后者測得的豎直角α₂，B到M的距離為S₂，量取的全站儀高i₂；

則高差h_ab為：

Hab＝S1×sinα1+i1-S2×sinα2-i2；

B點的高程為：

H_b＝H_a+h_ab；

Ⅱ.地球曲率及大氣折光改正：

針對地球曲率對微型無人機輔助三角高程測量的影響，運用普通水準測量保持前后視距相等的原理，令懸掛360°棱鏡的微型無人機處于兩臺全站儀的中間位置來削弱地球曲率的影響；對于大氣折光的影響，操作懸掛360°棱鏡的微型無人機分別處于不同的高度，全站儀對其進行照準觀測來削弱大氣折光影響，必要時微型無人機懸掛傳感器測量飛行路徑上的氣象參數(shù)來估計大氣折光系數(shù)；所述氣象參數(shù)包括氣溫和氣壓。