基于北斗定向定位技術的機械設備歸心改正方法及系統與流程

本發明涉及北斗定位定向領域和機械控制領域，特別涉及基于北斗定向定位技術的機械設備歸心改正方法及系統，方法能夠便于控制機械設備在具體施工放樣中實現高精度的尋找目標點，便于自動化操作。

背景技術：

中國北斗衛星導航系統(beidounavigationsatellitesystem，bds)是中國自行研制的全球衛星導航系統。是繼美國全球定位系統(gps)、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統(glonass)之后第三個成熟的衛星導航系統。北斗導航系統是覆蓋中國本土的區域導航系統，覆蓋范圍東經約70°～140°，北緯5°～55°。中國北斗衛星導航系統的定位定向技術屬于一類高精度的解決方案：通過兩個或多個gnss天線組成的向量，在實現高精度定位的同時，也可以測定高精度的方位信息，可用于各類運動載體的定位定向和測姿。

雖然目前在工程建設中，北斗定位定向技術應用于機械控制過程得到了廣泛大規模的使用，但是在應對工程中的一些特殊需求無法滿足，如為解決被控制的機械設備運行中實現高精度的尋找目標點的問題，以便根據設計要求進行放樣和施工，從而需要對安裝定位定向接收設備的機械設備進行歸心改正。為此，有待提供一套行之有效的解決方案。

在實際工程施工中的解決方案是，為獲得被控制的機械設備所在施工坐標系下的方位和位置，一般會在施工坐標系下的已知控制點上架設全站儀，然后對被控制的機械設備上安裝觀測棱鏡，利用全站儀測角測距觀測來獲得方位和位置。但是缺點在于：不能實時獲得機械設備的方向與位置，觀測緩慢，無法自動控制機械設備尋找放樣點，精度很難保證，觀測復雜，需要花費較大的人力成本和時間成本。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供了能夠便于控制機械設備在具體施工放樣中實現高精度的尋找目標點，便于自動化操作的機械設備歸心改正方法。

基于上述，本發明提供了基于北斗定向定位技術的機械設備歸心改正方法，包括如下的步驟：

s1在已知位置點設置一北斗接收機，通過所述北斗接收機向用以定向和定位的北斗定向定位接收機發送實時數據流，所述北斗定向定位接收機包括：第一北斗衛星信號接收天線r1和第二北斗衛星信號接收天線r2，將所述r1設置于需要尋找放樣點的機械設備上，將用以獲得機械設備位置和方向的所述r2設于用以安裝機械設備的車體上；

s2通過所述北斗接收機尋找目標點時需要進行歸心改正：通過將安裝第一北斗衛星信號接收天線的所述機械設備垂直放置，用以將三維空間坐標歸化為二維平面坐標；

s3將所述機械設備的底端對準已知樁點位t0進行校準，并且在找點過程中通過所述北斗接收機計算出上述車體相對于首次校準時的方向變化量。上述計算過程具體為：在找點過程中，首先，根據北斗定向定位接收機得到的r1實時位置(x¹r1,y¹r1)來移動機械設備，將r1天線的垂直投影位置放樣到t1(x1,y1)點位上，這時由于機械設備和車體在工程坐標系下的方位角發生變化，可以通過北斗定向定位接收機獲得此時r1天線和r2天線矢量在工程坐標系下的方位角α¹r1r2，同時利用校準時得到的方位角α⁰r1r2，可以計算出機械設備在工程坐標系下的方向變化量δαr1r2＝α¹r1r2-α⁰r1r2。

s4根據所述方向變化量計算上述第一北斗衛星信號接收天線r1相對于目標點位的平面矢量，計算出：第一北斗衛星信號接收天線與目標點t1在工程坐標系中的距離與方向，通過校準時獲得的和上述得到的車體方向變化量δαr1r2可以計算出o點投影位置相對于目標點位t1的歸心改正(δx1，δy1)。

其中，

o點投影位置相對于目標點位t1的歸心改正(δx1，δy1)。

o點為北斗天線r1理想情況下的安裝位置，即在實際施工放樣中，需要將機械設備o點的垂直投影位置進行放樣。

s5根據采集獲得的工程坐標系中上述機械設備的實時位置與方位，對安裝第一北斗衛星信號接收天線的機械設備的位置和方位進行調整后找到目標點。

本發明的有益效果：

本發明通過結合北斗定位定向技術實現施工放樣中對被控制機械設備的歸心改正算法，從而便于控制機械設備在具體施工放樣中實現高精度的尋找目標點。更進一步，能夠便于自動化操作，大幅提高施工放樣效率和工程質量，減少成本開支，同時也提高了作業的安全性。

附圖說明

圖1是本發明一實施例中的歸心改正方法流程示意圖；

圖2是本發明一實施例中的歸心改正方法的實現系統結構示意圖；

圖3是進行歸心改正時r1與機械設備的關系示意圖；

圖4是機械施工過程中尋找目標點的原理示意圖。

具體實施方式

現在將參考一些示例實施例描述本公開的原理。可以理解，這些實施例僅出于說明并且幫助本領域的技術人員理解和實施例本公開的目的而描述，而非建議對本公開的范圍的任何限制。在此描述的本公開的內容可以以下文描述的方式之外的各種方式實施。

如本文中所述，術語“包括”及其各種變體可以被理解為開放式術語，其意味著“包括但不限于”。術語“基于”可以被理解為“至少部分地基于”。術語“一個實施例”可以被理解為“至少一個實施例”。術語“另一實施例”可以被理解為“至少一個其它實施例”。

在本申請中定義如下的名詞：

歸心改正，是將測站的儀器中心至照準目標中心之間的方向值或距離，歸化為兩點標石中心之間的方向值或距離而進行的改正。

施工放樣，(settingout)把設計圖紙上工程建筑物的平面位置和高程，用一定的測量儀器和方法測設到實地上去的測量工作稱為施工放樣(也稱施工放線)。測圖工作是利用控制點測定地面上地形特征點，縮繪到圖上。施工放樣則與此相反，是根據建筑物的設計尺寸，找出建筑物各部分特征點與控制點之間位置的幾何關系，算得距離、角度、高程、坐標等放樣數據，然后利用控制點，在實地上定出建筑物的特征點，據以施工。

工程坐標系亦稱建筑坐標系，其坐標軸與主要建筑物主軸線平行或垂直，以便用直角坐標法進行建筑物的放樣。

施工控制測量的建筑基線和建筑方格網一般采用工程坐標系，而工程坐標系與測量坐標系往往不一致，因此，施工測量前常常需要進行施工坐標系與測量坐標系的坐標換算。

基于本實施例中的基于北斗定向定位技術的機械設備歸心改正方法，能夠更好地獲得被控制的機械設備所在施工坐標系下的方位和位置。

請參考圖1是本發明一實施例中的歸心改正方法流程示意圖，本實施例中包括如下的步驟：

步驟s1在已知位置點設置一北斗接收機，通過所述北斗接收機向用以定向和定位的北斗定向定位接收機發送實時數據流，所述北斗定向定位接收機包括：第一北斗衛星信號接收天線r1和第二北斗衛星信號接收天線r2，將所述r1設置于需要尋找放樣點的機械設備上，將用以獲得機械設備位置和方向的所述r2設于用以安裝機械設備的車體上；其中，bb為在已知位置的點位上安裝的北斗接收機，利用數據鏈路向定向接收機上發送實時差分數據流。設備上安裝具有定位定向功能的北斗接收機；r1和r2分別為定向接收機所連接的兩個北斗衛星信號接收天線，將其中一個北斗天線r1安置在需要尋找放樣點的設備上，另一個北斗天線r2安置在安裝機械設備的車體上，經接收機解算可以獲得對機械設備的位置和方向。

步驟s2通過所述北斗接收機尋找目標點時需要進行歸心改正：通過將安裝第一北斗衛星信號接收天線的所述機械設備垂直放置，用以將三維空間坐標歸化為二維平面坐標。由于北斗天線r1無法安置在機械設備的中心，如圖2所示，因此在利用北斗定位定向接收機尋找目標點時需要進行歸心改正，歸心改正時應將安裝r1天線的機械設備垂直放置，從而可以將三維空間坐標歸化為二維平面坐標。

步驟s3將所述機械設備的底端對準已知樁點位t0進行校準，并且在找點過程中通過所述北斗接收機計算出上述車體相對于首次校準時的方向變化量，如圖3所示，在機械施工過程中，首先將安裝r1天線的機械設備底端對準已知樁點位t0進行校準：通過北斗定位定向接收機可以精確確定r1天線和已知樁點位t0的平面矢量r1t0＝(δx0，δy0)和r2天線相對于r1平面矢量r1r2；

步驟s4根據所述方向變化量計算上述第一北斗衛星信號接收天線r1相對于目標點位的平面矢量，計算出：第一北斗衛星信號接收天線與目標點t1在工程坐標系中的距離與方向，其次在接下來的找點過程中，通過北斗定位定向接收機可以計算出車體相對于首次校準時的方向變化量δαr1r2，通過方向變化量計算r1天線相對于目標點位的平面矢量r1t0＝(δx1，δy1)

步驟s5根據采集獲得的工程坐標系中上述機械設備的實時位置與方位，對安裝第一北斗衛星信號接收天線的機械設備的位置和方位進行調整后找到目標點。在此步驟中再利用工程坐標系與基準點bb所在坐標系的轉換關系便可實時的計算出r1與目標點t1在工程坐標系中的距離與方向。再利用實時獲得的工程坐標系中機械的實時位置與方位，便可以對安裝r1天線的機械設備的位置和方位進行調整，找到目標點。

應當理解，本發明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執行系統執行的軟件或固件來實現。例如，如果用硬件來實現，和在另一實施方式中一樣，可用本領域公知的下列技術中的任一項或他們的組合來實現：具有用于對數據信號實現邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(pga)，現場可編程門陣列(fpga)等。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

總體而言，本公開的各種實施例可以以硬件或專用電路、軟件、邏輯或其任意組合實施。一些方面可以以硬件實施，而其它一些方面可以以固件或軟件實施，該固件或軟件可以由控制器、微處理器或其它計算設備執行。雖然本公開的各種方面被示出和描述為框圖、流程圖或使用其它一些繪圖表示，但是可以理解本文描述的框、設備、系統、技術或方法可以以非限制性的方式以硬件、軟件、固件、專用電路或邏輯、通用硬件或控制器或其它計算設備或其一些組合實施。

此外，雖然操作以特定順序描述，但是這不應被理解為要求這類操作以所示的順序執行或是以順序序列執行，或是要求所有所示的操作被執行以實現期望結果。在一些情形下，多任務或并行處理可以是有利的。類似地，雖然若干具體實現方式的細節在上面的討論中被包含，但是這些不應被解釋為對本公開的范圍的任何限制，而是特征的描述僅是針對具體實施例。在分離的一些實施例中描述的某些特征也可以在單個實施例中組合地執行。相反對，在單個實施例中描述的各種特征也可以在多個實施例中分離地實施或是以任何合適的子組合的方式實施。