專利名稱：用低漂移差分全球定位系統(tǒng)制作精確地形圖的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及地形圖繪制領(lǐng)域，尤其涉及一種用低漂移差分全球定位系統(tǒng)制作精確地形圖的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
為一區(qū)域內(nèi)一系列位置繪制地面高程圖，例如制作該區(qū)域的地形圖，可以由橫貫整個區(qū)域并且周期性測量該區(qū)域內(nèi)不同位置的方位和高程數(shù)據(jù)來完成。而每一位置的方位和高程的測量典型地由全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)，諸如廣域差分全球定位系統(tǒng)接收機(jī)等類似設(shè)備來完成的。在為對坡度很敏感的應(yīng)用，如水流分析、農(nóng)業(yè)區(qū)域排水或其它此類應(yīng)用，做地形圖時要求相對高程精度。例如，為水流分析和/或農(nóng)業(yè)區(qū)域排水所作的地形圖要求相對精度在1到2厘米范圍之內(nèi)。要注意的是，對諸如此類的應(yīng)用只要高程測量是相對于一個恒定基準(zhǔn)線做出，對絕對垂直精度不作要求。
在制作勘測質(zhì)量的地形圖時可能會用到實(shí)時動態(tài)(RTK)系統(tǒng)測量高程。這些地形圖對農(nóng)業(yè)區(qū)域水流和排水的分析以及其它農(nóng)業(yè)之外的對坡度敏感的應(yīng)用的分析都是很有幫助的。這些方面的應(yīng)用尤其要求相對于一個恒定的基準(zhǔn)線所作的高程測量的精度要在1到2厘米范圍之內(nèi)。由于GPS接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號會受到來自大氣比如電離層、對流層、云層、天氣等的干擾，所以GPS接收機(jī)所測量的高程數(shù)據(jù)可能會隨著時間不同而有所漂移。RTK系統(tǒng)不斷的把GPS系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)與一個已勘測地點(diǎn)，例如已勘測的基準(zhǔn)站，的方位與高程測量作比較。因?yàn)镚PS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號所受的大氣干擾與RTK系統(tǒng)在基準(zhǔn)站上接收到的信號所受的大氣干擾是相同的，所以通過數(shù)據(jù)的比較可以得到一些修正因子，這些修正因子則可以用來修正已勘測基準(zhǔn)站附近的GPS接收機(jī)所測量的結(jié)果。
RTK系統(tǒng)利用與基準(zhǔn)站的無線電鏈路將修正因子發(fā)送給GPS接收機(jī)，從而調(diào)整接收機(jī)接收到的高程測量，隨后允許修正的測量結(jié)果的絕對垂直精度在幾厘米的范圍之內(nèi)。修正的高程測量結(jié)果的絕對垂直精度確保了測量結(jié)果之間的相對精度。用來通過無線電鏈發(fā)送和接收信號的設(shè)備的有效范圍，以及基準(zhǔn)站附近區(qū)域可能導(dǎo)致修正因子的精確度低于要求值的不同的大氣情況將RTK系統(tǒng)可以提供渴望精確度的區(qū)域范圍局限在以已勘測基準(zhǔn)站為圓心的相對較小的半徑范圍之內(nèi)。典型地，這個半徑的最大值在10到20千米之間。RTK系統(tǒng)其它的問題還包括在無線電的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間需要無障礙空間；存在有可能與RTK系統(tǒng)使用同樣波段作為無線電鏈路的外部干擾源，這些外部干擾源干擾RTK系統(tǒng)信號的接收。
因此，提供一種應(yīng)用GPS接收機(jī)，諸如廣域差分GPS接收機(jī)等在一區(qū)域獲得高程數(shù)據(jù)的方法，而不需要與RTK系統(tǒng)或其它類似系統(tǒng)的基準(zhǔn)站通信，這將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種獲得一區(qū)域高程數(shù)據(jù)的方法，該高程數(shù)據(jù)可用來制作精確地形圖。本發(fā)明的方法利用GPS，諸如具有低位置漂移率的廣域差分GPS等繪制地面高程圖。該方法包括大體沿著一第一軸引導(dǎo)出多條橫貫一區(qū)域大體平行的路徑(例如在該區(qū)域內(nèi)往返行駛)，同時用GPS周期性記錄方位、高度(未修正的高程)和時間。大體沿著與第一軸相交的第二軸引導(dǎo)出橫貫該區(qū)域的至少一交叉路徑，所以該交叉路徑與前述路徑相交，同時用GPS周期性記錄方位、高度和時間。記錄的數(shù)據(jù)隨后再經(jīng)過處理，從交叉路徑上得來的高程數(shù)據(jù)被用來調(diào)整用于大體平行路徑上的高程數(shù)據(jù)，抵消GPS記錄的測量結(jié)果的高程漂移。在本發(fā)明具體實(shí)施例中，假設(shè)由大體平行路徑上得到的高程數(shù)據(jù)的漂移率與時間呈線性變化；但是，也可以利用高程隨時間的不同變化。因?yàn)榻徊媛窂轿挥谝淮篌w直的路徑上，所以在大體平行路徑上被該交叉路徑橫切的兩點(diǎn)之間交叉路徑時間非常短，從而所述切點(diǎn)的高程漂移率被假設(shè)為零。最后，用本發(fā)明的方法將整個區(qū)域內(nèi)調(diào)整的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲得該區(qū)域的高程圖。
例如，在應(yīng)用一個低方位漂移率的差分GPS過程中，如使用三西格馬、XY上每15分鐘2厘米，用一輛車沿著一塊田地的邊界和/或中心線做一個初始斷面，同時用一個差分GPS接收機(jī)記錄X、Y和垂直方位信息。在完成該路徑后，該車再以與要求清晰度相適應(yīng)的間距作垂直于起始斷面的橫切。然后利用邊界和/或中心橫斷面上的初始信息，隨后與中心線的垂直相交可用來測量和調(diào)整來自于這些路徑的GPS漂移。在該后續(xù)處理結(jié)束后，可由此重建的信息制作一精確地形圖。另外，如果該田地內(nèi)的一單個點(diǎn)可被相對一絕對方位來定位，則整塊田地的數(shù)據(jù)都可以根據(jù)該方位而定位，而且整塊田地內(nèi)的數(shù)據(jù)都可經(jīng)過調(diào)整以反映該點(diǎn)的絕對垂直方位。
可以理解，前面的概述以及隨后的詳細(xì)描述都是示例性和解釋性的，并不對本發(fā)明的權(quán)利要求構(gòu)成限制。作為說明書一部分的附圖舉例說明了本發(fā)明的實(shí)施例，并與前面的概述一起用來解釋本發(fā)明的原理。


通過參考附圖，本發(fā)明的諸多優(yōu)點(diǎn)可以更好地被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，其中圖1是說明本發(fā)明一具體實(shí)施例所述的一種獲得一區(qū)域的高程數(shù)據(jù)的方法的流程圖；圖2是說明根據(jù)圖1所述方法獲得一區(qū)域的高程數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖；圖3是本發(fā)明一具體實(shí)施例所述的高程已測量區(qū)域的平面圖；圖4是利用本發(fā)明所述的具體方法制作的地形圖的立體圖；圖5是本發(fā)明一具體實(shí)施例所述的高程已測量區(qū)域的平面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，它們的一些實(shí)例在附圖中示出。
總體上參考圖1到圖3，描述了本發(fā)明一具體實(shí)施例所述的獲得一區(qū)域內(nèi)適合制作精確地形圖的高程數(shù)據(jù)的方法。為一區(qū)域內(nèi)一系列位置繪制地面高程圖，諸如為一區(qū)域制作地形圖，可以通過橫貫該區(qū)域并周期性測量該區(qū)域內(nèi)不同位置的方位和高程數(shù)據(jù)來完成。每一位置的方位和高程的測量典型地由全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)，諸如廣域差分全球定位系統(tǒng)接收機(jī)等來完成。在為對坡度很敏感的應(yīng)用，例如水流分析、農(nóng)業(yè)區(qū)域排水或其它此類的應(yīng)用做地形圖時，要求相對高程精度。例如為水流分析和/或農(nóng)業(yè)區(qū)域排水所作的地形圖要求相對精度在1到2厘米范圍之內(nèi)。要注意的是，對諸如此類的應(yīng)用只要高程測量是相對于一個恒定基準(zhǔn)線所做的，則不再對絕對垂直精度作要求。
如圖1、3、4所示，該方法100包括在步驟102，橫穿一區(qū)域，大體沿著第一軸引導(dǎo)出多條大體平行的路徑，包括至少一第一路徑和大體與該第一路徑相平行的一第二路徑，同時用GPS周期性記錄方位、高度(未修正的高程)和時間。在具體實(shí)施例中，步驟102可以通過駕駛一輛裝配有GPS接收機(jī)的車輛，比如一輛裝配有低漂移廣域差分GPS接收機(jī)的拖拉機(jī)等，沿著區(qū)域300內(nèi)往返路徑302反復(fù)的橫穿區(qū)域300來完成，同時周期性的記錄下方位、高度(未修正的高程)和時間。由于GPS接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號會受到來自大氣比如電離層、對流層、云層、天氣等的干擾，所以GPS接收機(jī)所測量的高程數(shù)據(jù)可能會隨著時間不同而有所漂移。例如，在圖3所示的例子中，GPS接收機(jī)在沿著往返路徑302橫貫區(qū)域300的過程中接收機(jī)所測的高程從位置304到位置306漂移了0.005米。為了達(dá)到本發(fā)明的目的，假設(shè)這個漂移與時間呈線性變化。但是本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員會認(rèn)識到這種漂移也可以在不偏離本發(fā)明范圍和意圖的情況下用不同的方法來估算，比如對多項(xiàng)式或?qū)?shù)關(guān)系作曲線擬合等。
為了增加在橫貫該區(qū)域300的一部分時所測得高程測量值的相對精度，在步驟104中，路徑302被大體沿著與第一軸相交的第二軸導(dǎo)引出的橫貫該區(qū)域300的至少一個交叉路徑所橫截，因此該交叉路徑與步驟102中導(dǎo)引出的那些路徑相交。在步驟104中，在交叉路徑的導(dǎo)引過程中用GPS接收機(jī)再次測量方位、高度(未修正的高程)和時間。在具體實(shí)施例中，該交叉路徑可通過駕駛一輛裝配有GPS的車輛行駛在與往返路徑302大體垂直的直線上來完成。在駕駛GPS車輛并橫截該往返路徑302時，在位于第三個橫截路徑或交叉路徑308的位置304和306測量出新的高程數(shù)據(jù)。因?yàn)樵谖恢?04和306之間的交叉路徑308大體上是一條筆直線，所以在位置304和306之間行駛只需要相當(dāng)短的時間。因此為了達(dá)到本發(fā)明的意圖，可以認(rèn)為位置304和306的新的高程測量值沒有漂移。沿著交叉路徑308得到的新高程測量值隨后被用于代替在往返路徑302上運(yùn)動時測得的位置304和306的初始高程值。
在步驟106和108中，記錄下來的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，從交叉路徑上得來的數(shù)據(jù)被用來調(diào)整用于大體平行路徑的數(shù)據(jù)，從而使GPS紀(jì)錄的測量結(jié)果的高程漂移得到抵消。例如，通過將位置304和306的新高程測量值與同樣位置上的初始高程測量值做比較，用一線性時間函數(shù)調(diào)整在往返路徑302測得的高程測量值，諸如在位置310、312、314等測得的高程測量值。依照本發(fā)明具體實(shí)施例，在位置304和306處測量初始高程值的時間會被記錄下來，在位置310、312和314處測量高程值的時間也會被記錄下來。為了得到更高的高程測量值之間的相對精度，這些記錄下來的時間然后被用來調(diào)整位置310、312和314處的高程值。最后，在步驟110，用本發(fā)明的方法將整個區(qū)域內(nèi)修正過的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到該區(qū)域300的高程圖400。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，現(xiàn)在提供一個具體例子來解釋應(yīng)用方法100進(jìn)行高程測量并隨后調(diào)整以制作該區(qū)域300的地形圖400。在步驟102中，該區(qū)域300被橫貫，在時間405秒測得位置304的第一高程測量值386.105米。往返路徑302是該區(qū)域300的一部分、位置310的第二高程測量值387.582米、位置312的第二高程測量值386.345米和位置314的第二高程測量值386.857米分別在時間第556秒、第680秒和第912秒被測得。位置306的第三高程測量值386.242米在第1080秒被測得。在整個300區(qū)域被橫貫完畢后，在步驟104中，做出一個與步驟102中所做路徑大體垂直的橫斷面，例如貫穿往返路徑302的橫截面308。位置304的第四高程測量值為386.108米，以及位置306的第五高程測量值為386.240米。
在該方法100的步驟106中，為往返路徑302計算了一個漂移誤差。該漂移誤差等于橫截面308上測得的第四和第五高程值之差減去往返路徑302上測得的第一和第三高程值之差。例如，在本例子中，漂移誤差等于位置306的第三高程測量值386.242米與位置304第四高程測量值386.108米之和減去位置304第一高程測量值386.105米，再減去位置306第五高程測量值386.240米386.242m+386.108m-386.105m-386.240m＝0.005m。因此，在該例子中，往返路徑302上的初始的第一和第三高程測量值之差(386.105m-386.242m＝-0.137m)與橫斷面308上第四和第五高程測量值之差(386.108m-386.240m＝-0.132cm)間的漂移誤差等于0.005米(-0.132m-(-0.137)m＝0.005m)。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員會認(rèn)識到這種漂移誤差可用不同的方法來計算，在保證結(jié)果相同的情況下高程測量值的加法和減法的順序是可以改變的。但是值得注意的是，為了防止高程負(fù)的變化變成正的變化或正的變化變成負(fù)的變化等，在計算漂移誤差時保留運(yùn)算數(shù)字結(jié)果的正負(fù)號是很重要的。
接著，在該方法100的步驟108中，為了獲得高程測量值之間的更高相對精度，該偏移誤差被用來調(diào)整往返路徑302中的位置310、312和314的高程測量值。在本發(fā)明的一具體實(shí)施例中，該高程測量值通過第二高程測量值(在本例子中是位置310、312和314的高程測量值之一)與位置304的第四高程測量值386.108米之和減去位置304的第一高程測量值386.105米與該漂移誤差0.005m的一部分來調(diào)整。該漂移誤差的此部分與一比值成比例，該比值是在位置304測得第一高程的時間(第一時間)和測得第二高程的時間(此時在310、312和314其中一個位置上測得高程)之差與該第一時間和在位置306測得第三高程的時間之差的比值。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員會認(rèn)識到在不偏離本發(fā)明范圍和意圖的情況下，310、312和314的高程測量值可以用不同的方法來調(diào)整，包括把位置306的第三高程測量值386.242米和位置306的第五高程測量值386.240米結(jié)合起來應(yīng)用等。
例如，將在第556秒測得位置310的第二高程測量值387.582米以如下方式來調(diào)整首先計算位置304的第一高程測量值測得的時間(第405秒)與位置310的第二高程測量值測得的時間(第556秒)之差，結(jié)果是151秒(556秒-405秒＝151秒)。然后，計算該第一時間(第405秒)與位置306的第三高程測量值測得的時間(第1080秒)之差，結(jié)果是675秒(1080秒-405秒＝675秒)。因此，用來調(diào)整位置310高程測量值的漂移誤差0.005m的那一部分就應(yīng)該是0.005米*151/675。然后，位置310的第二高程測量值387.582米與位置304的第四高程測量值386.108米之和是773.690米(387.582m+386.108m＝773.690m)。最后，位置310的第二高程測量值387.582米與位置304的第四高程測量值386.108米之和減去位置304的第一高程測量值386.105米，再減去漂移誤差0.005m的一部分即0.005米*151/675，結(jié)果是387.584米(773.690m-386.105m-0.005m*151/675＝387.584m)?，F(xiàn)在所得到的這個新的高程值就與位置310的高程相關(guān)聯(lián)，是一個相對于往返路徑302中其它調(diào)整過的高程值更精確的一個高程測量值。
在另一例子中，將在第680秒測得位置312的第二高程測量值386.345米進(jìn)行如下調(diào)整首先計算位置304的第一高程測量值測得的時間(第405秒)與位置312的第二高程測量值測得的時間(第680秒)之差，結(jié)果是275秒(680秒-405秒＝275秒)。然后，計算該第一時間(第405秒)與位置306的第三高程測量值測得的時間(第1080秒)之差，結(jié)果是675秒(1080秒-405秒＝675秒)。因此，用來修正位置312高程測量值的漂移誤差0.005m的一部分為0.005米*275/675。然后，位置312的第二高程測量值386.345米與位置304的第四高程測量值386.108米之和是772.453米(386.345m+386.108m＝772.453m)。最后，位置312的第二高程測量值386.345米與位置304的第四高程測量值386.108米之和減去位置304的第一高程測量值386.105米，再減去漂移誤差0.5的一部分即0.005米*275/675，結(jié)果是386.346米(772.453m-386.105m-0.005m*275/675＝386.346m)?，F(xiàn)在所得到的這個新的高程值就與位置312的高程相關(guān)聯(lián)，是一個相對于往返路徑302中其它調(diào)整過的高程值更精確的一個高程測量值。
在又一例子中，將在第912秒測得位置314的第二高程測量值386.857米作如下調(diào)整首先計算位置304的第一高程測量值測得的時間(第405秒)與位置314的第二高程測量值測得的時間(第912秒)之差，結(jié)果是507秒(912秒-405秒＝507秒)。然后，計算第一時間(第405秒)與位置306的第三高程測量值測得的時間(第1080秒)之差，結(jié)果是675秒(1080秒-405秒＝675秒)。因此，用來修正位置314高程測量值的漂移誤差0.005m的那一部分就應(yīng)該是0.005米*507/675。然后，位置314的第二高程測量值386.857米與位置304的第四高程測量值386.108米之和是772.965米(386.857m+386.108m＝772.965m)。最后，位置314的第二高程測量值386.857米與位置304的第四高程測量值386.108米之和減去位置304的第一高程測量值386.105米，再減去漂移誤差0.005m的一部分即0.005米*507/675，結(jié)果是386.856米(772.965m-386.105m-0.005m*507/675＝386.856m)?，F(xiàn)在所得到的這個新的高程值就與位置314的高程相關(guān)聯(lián)，是一個相對于往返路徑302中其它調(diào)整過的高程值更精確的一個高程測量值。
在本發(fā)明的另一方面，如果該區(qū)域300內(nèi)一位置的高程可以根據(jù)一已知絕對高程的點(diǎn)測得，那么區(qū)域300內(nèi)所有其它點(diǎn)的高程測量值都可以經(jīng)過調(diào)整以反映該點(diǎn)的絕對垂直方位。例如，根據(jù)一已知絕對高程的點(diǎn)測出位置312的高程值。位置312的比較精確的高程測量值是386.344米，位置312的第二高程測量值(在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中為得到更高的相對精度已將該測量值進(jìn)行調(diào)整)386.345米被調(diào)整為386.344米，從而使該值能更精確反映該點(diǎn)的垂直方位。相應(yīng)的，該區(qū)域300內(nèi)所有的其它的高程測量值隨后都被調(diào)整以反映位置312的386.344米的絕對垂直方位。
在本實(shí)施例中，該區(qū)域300內(nèi)所有其它高程測量值的調(diào)整是通過將每一測量值減去0.001m(386.344m-386.345m＝-0.001m)來完成的，從而使調(diào)整后的測量值能夠反映在往返路徑302時得到的位置312的高程測量值(為了得到更高的相對精度這些值已被修正)與根據(jù)一已知絕對高程的位置得到的312的垂直方位的差。例如，位置304的第四高程測量值386.108米減去0.001m后被調(diào)整為386.107m，同樣的，位置306的第五高程測量值386.240米被調(diào)整為386.239m，位置310的第二高程測量值(調(diào)整后的)387.584米被調(diào)整為387.583米，最后，位置314的第二高程測量值386.857米被調(diào)整為386.856米。
現(xiàn)在參考圖2、3和4，描述了一個用在本發(fā)明的示例方法比如方法100的低漂移廣域差分GPS接收機(jī)裝置200。該差分GPS接收機(jī)裝置包括以總線結(jié)構(gòu)208相互連接的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)裝置202和與存儲器206連接的處理器204。該全球定位系統(tǒng)接收機(jī)設(shè)備202從全球定位系統(tǒng)那里接收定位信號，并且產(chǎn)生基于全球定位系統(tǒng)的導(dǎo)航信息，包括方位(例如經(jīng)度和緯度)、路線或航向、速度、時間等，這些信息將會被處理器204、存儲器206和導(dǎo)航系統(tǒng)200的其它組件所用到。在具體實(shí)施例中，該全球定位系統(tǒng)接收機(jī)裝置202從GPS那里接收定位信號，該GPS是由美國空軍為美國政府管理的天基無線導(dǎo)航系統(tǒng)。但是可以預(yù)想到的是，全球定位系統(tǒng)接收機(jī)裝置202也選擇性地適用于其它基于無線電的導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)，諸如由俄羅斯太空中心(RPA)為俄羅斯聯(lián)邦管理的GLONASS導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。另外，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，該全球定位系統(tǒng)接收機(jī)裝置202也可以接收和應(yīng)用由差分GPS系統(tǒng)和廣域差分GPS(WADGPS)系統(tǒng)提供的強(qiáng)化的定位信息，比如由約翰-迪爾(John Deere)、莫林(Moline)公司和伊利諾伊(Illinois)公司開發(fā)的STARFIRETM廣域差分GPS系統(tǒng)和由美國政府聯(lián)邦航空管理局提供的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS)等。在這些實(shí)施例中，全球定位系統(tǒng)接收機(jī)裝置202可以包括或連接一個用來接收差分誤差修正信息的無線電接收機(jī)。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，全球定位系統(tǒng)接收機(jī)裝置202與一個導(dǎo)航控制系統(tǒng)210以總線結(jié)構(gòu)208相互連接。例如，導(dǎo)航控制系統(tǒng)利用全球定位系統(tǒng)接收機(jī)裝置202所提供的導(dǎo)航信息為車輛的駕駛者提供導(dǎo)航或指導(dǎo)信息。此外，在自動駕駛時，導(dǎo)航控制系統(tǒng)用該信息控制車輛的駕駛控制器，駕駛控制器就會駕駛車輛沿著預(yù)期的路徑(比如路徑302和308)橫貫區(qū)域300。例如，在具體實(shí)施例中，導(dǎo)航控制系統(tǒng)應(yīng)該能夠在一區(qū)域內(nèi)引導(dǎo)和可選擇的駛出一些大體平行的路徑。在本發(fā)明另外的具體實(shí)施例中，該導(dǎo)航控制系統(tǒng)可以對往返路徑302的橫切提供信息或/和引導(dǎo)，使得正好橫切在往返路徑的幾個特殊的點(diǎn)上，從而使橫切面上的交點(diǎn)(比如點(diǎn)304和306)與以前往返過程中作了記錄的數(shù)據(jù)點(diǎn)相匹配。
本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員會認(rèn)識到，差分GPS接收機(jī)裝置200接收到的數(shù)據(jù)可以存儲在存儲器206中，以備處理器204對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整或處理，數(shù)據(jù)在差分GPS接收機(jī)裝置200的工作過程中得到動態(tài)的調(diào)整或處理?；蛘呖蛇x擇的，可將存儲在存儲器206中的數(shù)據(jù)從存儲器轉(zhuǎn)移至一外部信息處理裝置比如臺式電腦、筆記本、或主機(jī)電腦等中進(jìn)行外部處理。
現(xiàn)在參考圖4，在區(qū)域300(圖3)測得并且隨后在示例方法100的步驟102至110(圖1)調(diào)整的高程值可以被用來制作地形圖，比如地形圖400?？蛇x擇地，也可以將這些高程測量值存儲在信息處理裝置、電腦可讀存儲器或DGPS接收機(jī)裝置200的存儲器206等裝置中。
參考圖5，描述本發(fā)明另外一具體實(shí)施例所述的一種獲得適合制作精確地形圖的區(qū)域500的高程數(shù)據(jù)的方法。該方法包括，對該區(qū)域500做環(huán)行導(dǎo)引，比如導(dǎo)引路徑508、514、516和518。該區(qū)域500的環(huán)行導(dǎo)引包括大體沿著第一軸引導(dǎo)出橫貫區(qū)域500的交叉路徑，比如交叉路徑508和516，當(dāng)橫穿這些交叉路徑時，使用GPS周期性記錄方位、高度和時間。然后，大體沿著第二軸引導(dǎo)出多條該橫貫該區(qū)域500的大體平行的路徑，比如路徑502，同時用GPS周期性記錄下方位、高度(未修正的的高程)和時間。優(yōu)選地，該第二軸與第一軸大體垂直。記錄下來的數(shù)據(jù)隨后經(jīng)過處理，以便由交叉路徑獲得的數(shù)據(jù)被用來調(diào)整用于大體平行路徑上高程數(shù)據(jù)，抵消由GPS紀(jì)錄的測量結(jié)果的高程漂移。因?yàn)槊總€交叉路徑位于一個大體筆直路徑上，所以沿著被交叉路徑橫切的大體平行路徑的點(diǎn)之間的交叉路徑時間非常短，從而橫切面上點(diǎn)的高程漂移被假定為零，例如點(diǎn)504和506之間的高程漂移被假定為零。最后整個區(qū)域內(nèi)調(diào)整過的數(shù)據(jù)再經(jīng)過本發(fā)明的方法處理后就可以得到本區(qū)域高程圖。例如，在路徑508和516上記錄的方位和高程數(shù)據(jù)可用來調(diào)整沿著502路徑的位置510和512的高程測量值。
本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員會認(rèn)識到，在交叉路徑508和512上記錄的方位、高程和時間數(shù)據(jù)可以用來計算沿著交叉路徑和大體平行路徑的點(diǎn)的具有更高精度的相對高程。例如為路徑502所做的交叉路徑508和516之間的平均漂移率可以用來計算位置510和512的具有較高精度的相對高程值。應(yīng)該注意的是，這些大體平行路徑，比如路徑502等的延伸方向應(yīng)該同在區(qū)域500中做環(huán)行導(dǎo)引時引出的其中一條交叉路徑如路徑516方向相同，但是同另外的交叉路徑如路徑508方向相反。為了把在交叉路徑上漂移誤差可以忽略這個假設(shè)帶來的誤差降到最低，在任一條交叉路徑上得到的數(shù)據(jù)都可以被使用。例如，在修正位置510和512高程測量值時，比較好的選擇可以是使用與502路徑延伸方向相同的交叉路徑516上測得的數(shù)據(jù)。或者，在另外一個例子中比較好的選擇則是使用與502路徑延伸方向相反的交叉路徑508上測得的數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)該會理解任何一條交叉路徑，例如交叉路徑508或516等，都可以用來調(diào)整大體平行路徑如路徑502上測得的高程，而且為了得到更高的測量相對精度和/或提高交叉路徑上的測量相對精度，由各個交叉路徑修正過的數(shù)據(jù)可以再進(jìn)行比如平均等的比較。
在具體實(shí)施例中，所描述的這些方法可以由一些指令或由能被某裝置可讀的軟件來完成。而且可以理解，所公開方法中的特定順序和分級步驟都是示意性的實(shí)例?；趦?yōu)選設(shè)計，可以理解上述方法中的特定順序和分級步驟在本發(fā)明的范圍之內(nèi)還可以進(jìn)行重新排列。隨后的方法權(quán)利要求僅僅是以示例順序表示了不同步驟，并不限定于所示的特定順序和分級步驟。
可以相信，通過前面的描述，本發(fā)明以及其諸多優(yōu)點(diǎn)將被理解，并且顯然，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神或不犧牲本發(fā)明的實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)的情形下，其部件的形成、構(gòu)造和排列可作各種改變。上文描述只是其解釋性實(shí)施例，權(quán)利要求書概括和包含了此類改變。
權(quán)利要求
1.一種獲得一區(qū)域高程數(shù)據(jù)的方法，包括大體沿著第一軸引導(dǎo)出橫貫該區(qū)域的一第一路徑；引導(dǎo)出橫貫該區(qū)域的一第二路徑，該第二路徑與第一路徑大體平行；大體沿著與第一軸相交的第二軸引導(dǎo)出貫穿該區(qū)域的一第三路徑；沿著第一、第二和第三路徑用全球定位系統(tǒng)(GPS)周期性記錄方位、高度和時間數(shù)據(jù)；及處理該記錄的方位、高度和時間數(shù)據(jù)以獲得該區(qū)域的高程數(shù)據(jù)，其中該第三路徑的方位、高度和時間數(shù)據(jù)被用來調(diào)整該第一和第二路徑上的高度數(shù)據(jù)，以解決高程漂移。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該全球定位系統(tǒng)(GPS)包括一低漂移廣域差分全球定位系統(tǒng)(GPS)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括利用高程數(shù)據(jù)制作該區(qū)域的地形圖。
4.如權(quán)利要求1方法，其特征在于，處理該記錄的數(shù)據(jù)的步驟還包括沿著具有一漂移率的第一和第二路徑確定出一路徑段，該路徑段在位于第一和第二路徑上的一第一點(diǎn)和一第二點(diǎn)與該第三路徑相交；利用獲得的第三路徑上的方位、高度和時間數(shù)據(jù)計算該路徑段上的第一和第二點(diǎn)的高程；及利用該計算的第一和第二點(diǎn)的高程調(diào)整沿著該路徑段的高程數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括引導(dǎo)出至少一橫貫該區(qū)域的第四路徑，該第四路徑與第一路徑大體平行。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，處理該記錄的數(shù)據(jù)的步驟還包括沿著具有一漂移率的第一、第二路徑和第四路徑中的兩個確定出至少一第二路徑段，該第二路徑段分別在位于第一、第二和第四路徑中任意相鄰兩路徑上的一第三點(diǎn)和一第四點(diǎn)與該第三路徑相交；利用獲得的第三路徑上的方位、高度和時間數(shù)據(jù)計算該第二路徑段上第三和第四點(diǎn)的高程；及利用計算的第三和第四點(diǎn)的高程調(diào)整沿著第二路徑段的高程數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括定位該區(qū)域內(nèi)一點(diǎn)的絕對高度，并用該點(diǎn)的絕對高度調(diào)整該區(qū)域的高程數(shù)據(jù)，從而提供該區(qū)域內(nèi)至少近似絕對的高程。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該區(qū)域包含一塊田地。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一路徑大體垂直于該第三路徑。
10.一種獲得一區(qū)域高程數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，包括一全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，用來從全球定位系統(tǒng)接受定位信號并為該區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)產(chǎn)生方位信息的，所述各點(diǎn)的方位信息至少包括方位、高度和時間；及一處理方位信息以獲得該區(qū)域的高程數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)，其中，該高程數(shù)據(jù)是這樣獲得大體沿著第一軸引導(dǎo)出橫貫該區(qū)域的一第一路徑；引導(dǎo)出橫貫該區(qū)域的一第二路徑，該第二路徑與第一路徑大體平行；大體沿著與第一軸相交的第二軸引導(dǎo)出貫穿該區(qū)域的一第三路徑；利用全球定位系統(tǒng)接收機(jī)產(chǎn)生的定位信息周期性記錄沿著第一、第二和第三路徑的方位、高度和時間數(shù)據(jù)；所述第三路徑的方位、高度和時間數(shù)據(jù)被用來調(diào)整第一和第二路徑的高度數(shù)據(jù)，以解決高程漂移。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，該全球定位系統(tǒng)(GPS)包括一低漂移廣域差分全球定位系統(tǒng)(GPS)。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一存儲器以記錄得到的方位、高度和時間數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高程數(shù)據(jù)適用于制作該區(qū)域的地形圖。
14.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，該處理系統(tǒng)對得到的方位、高度和時間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲得高程數(shù)據(jù)是通過如下步驟沿著具有漂移率的第一和第二路徑確定出一路徑段，該路徑段在位于第一和第二路徑上的一第一點(diǎn)和一第二點(diǎn)與該第三路徑相交；利用得到的第三路徑的方位、高度和時間數(shù)據(jù)計算該路徑段上第一和第二點(diǎn)的高程；及利用計算的第一和第二點(diǎn)的高程調(diào)整沿著該路徑段的高程數(shù)據(jù)。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，引導(dǎo)出至少一橫貫該區(qū)域的第四路徑，該第四路徑與第一路徑大體平行。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，該處理系統(tǒng)處理所得到的方位、高度和時間數(shù)據(jù)以獲得高程數(shù)據(jù)是通過如下步驟沿著具有一漂移率的第一、第二和第四路徑中的兩個確定至少一第二路徑段，該第二路徑段分別在位于第一、第二和第四路徑中任意相鄰的兩路徑上的一第三點(diǎn)和一第四點(diǎn)與該第三路徑相交；利用獲得的第三路徑上的方位、高度和時間數(shù)據(jù)計算該第二路徑段上的第三和第四點(diǎn)的高程；及利用計算的第三和第四點(diǎn)的高程調(diào)整沿著該第二路徑段的高程數(shù)據(jù)。
17.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，該處理系統(tǒng)還定位該區(qū)域內(nèi)一點(diǎn)的絕對位置，并利用該點(diǎn)的絕對位置調(diào)整高程數(shù)據(jù)，以提供該區(qū)域內(nèi)至少近似絕對的高程。
18.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，該區(qū)域包含一塊田地。
19.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，該第一路徑大體垂直于第三路徑。
20.一種獲得一區(qū)域的高程數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，包括大體沿著一第一軸引導(dǎo)出一至少大體橫貫該區(qū)域的第一路徑的裝置；大體沿著與第一軸相交的第二軸引導(dǎo)出一至少大體橫貫該區(qū)域的第二路徑的裝置；引導(dǎo)出一至少大體橫貫該區(qū)域，且與第二路徑大體平行的第三路徑的裝置；用一差分GPS沿著第一、第二和第三路徑周期性紀(jì)錄方位、高度和時間數(shù)據(jù)的裝置；處理該記錄的方位、高度和時間數(shù)據(jù)以獲得該區(qū)域的高程數(shù)據(jù)的裝置，其中該第一路徑的方位、高度和時間數(shù)據(jù)與第二和第三路徑的方位和時間數(shù)據(jù)被用來調(diào)整第二和第三路徑的高度數(shù)據(jù)，以解決高程漂移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種獲得一區(qū)域的高程數(shù)據(jù)的方法。該方法包括使用GPS接收機(jī)在該區(qū)域往返行駛并周期性記錄方位、高程和時間數(shù)據(jù)，同時繪制該區(qū)域地面高程圖。隨后使至少一路徑與平行路徑交叉，以使該交叉路徑與平行路徑相交。處理得到的數(shù)據(jù)，該交叉路徑上的高程數(shù)據(jù)被用來調(diào)整平行路徑上的高程數(shù)據(jù)，抵消GPS接收機(jī)記錄的測量結(jié)果的高程漂移。該整個區(qū)域上調(diào)整過的數(shù)據(jù)經(jīng)過使用本發(fā)明方法處理，以獲得該區(qū)域的高程圖。
文檔編號G01C15/00GK1680776SQ20051005647
公開日2005年10月12日 申請日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月7日
發(fā)明者泰倫斯·D·皮克特, 弗雷德里克·W·納爾遜, 拉里·L·漢德瑞克森 申請人:迪爾公司