自啟動基準站及利用其進行gps實時動態測量的方法
2024-02-03 21:33:15 1
專利名稱：自啟動基準站及利用其進行gps實時動態測量的方法
技術領域：
本發明涉及GPS應用設備領域，特別涉及GPS實時動態(GPS-RTK)測量設備 及應用領域，具體是指一種自啟動基準站及利用其進行GPS實時動態測量的方法。
背景技術：
基準站是用於GPS-RTK(Global Positioning System-Real Time Kinematic,全球
定位系統實時動態)測量的一種設備。其中，GPS系統是美國從20世紀70年代開始研 制，於1994年全面建成的具有海、陸、空全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星 導航與定位系統，它由空間星座、地面控制中心和用戶設備三部分構成。GPS測量技術 能夠快速、高效、準確地提供點、線、面要素的精確三維坐標以及其他相關信息，具有 全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，廣泛應用於軍事、民用交通導航、大地 測量、攝影測量、野外考察探險、土地利用調查、精確農業以及日常生活等不同領域。RTK是GPS測量應用中的實時動態載波相位差分技術，在運動狀態下通過跟蹤 處理接收GPS衛星信號的載波相位，從而獲得比常規GPS測量精度高得多的定位成果， 其定位精度可達到1-3釐米。實時高精度的RTK技術在定位導航及工程測量具有前所未 有的應用前景，同時應用於各種等級的大地測量，控制測量、道路和各種線路放樣、水 下地形測量、地殼形變測量、大壩和大型建築物變形監測、GIS應用、工程機械控制、精 細農業等更高精度要求的行業，其社會經濟效益不可估量。GPS-RTK測量系統主要包括基準站GPS接收機、流動站GPS接收機和數據鏈三 部分。首先基準站接收機連續接收所有可視GPS衛星信號，並將測站點的坐標，偽距觀 測值，載波相位觀測值，衛星跟蹤狀態等通過無線數據鏈發送給流動站；流動站不僅通 過數據連結收來自基準站的各項數據，而且還同步觀測採集GPS衛星載波相位數據，並 實時對基準站和移動的觀測數據進行差分處理，求解載波相位的整周模糊度，從而得到 移動站的高精度三維坐標值。在RTK測量前，我們通常先把基準站架設在測站點(已知點或未知點)上，並 進行嚴格的對中整平、量取儀器高等操作，然後用手簿(用數據線或藍牙)連接基準站主 機，通過手簿GPS設置軟體去啟動基準站，如果基準站架設在已知點上，需要選擇已知 坐標啟動；如果基準站架設在未知點上，則需要獲得單點定位的坐標去啟動基準站；基 準站啟動完成後，基準站GPS接收機連續接收所有可視GPS衛星信號，並將測站點的坐 標(即啟動時的坐標)，偽距觀測值，載波相位觀測值，衛星跟蹤狀態等通過無線數據鏈 發送給移動站。如果控制點當地的環境不好或者控制點離測區較遠，對於基準站架設就 比較麻煩，不但儀器不好架設，還需要專人看管，移動站的測量人員必須每次到基準站 上用手簿去啟動基準站接收機，並對中整平，量取儀器高，這些操作都存在人為誤差， 直接對測繪效率和測繪精度產生不利影響。
發明內容
本發明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種結構簡單，無需進行 手簿連接設置，應用方便，測繪效率較高，且能保證測繪精度的自啟動基準站及利用其 進行GPS-RTK測量的方法。為了實現上述的目的，本發明的用於GPS實時動態測量的自啟動基準站具有如 下構成該自啟動基準站包括處理器模塊、GPS信號接收模塊、電源模塊及輸入輸出模 塊，所述的處理器模塊分別連接所述的GPS信號接收模塊、電源模塊和輸入輸出模塊， 所述的電源模塊分別連接所述的處理器模塊、GPS信號接收模塊及輸入輸出模塊。該用於GPS實時動態測量的自啟動基準站中，所述的輸入輸出模塊包括無線信 號傳輸單元和串行信號接口單元，所述的無線信號傳輸單元和串行信號接口單元均連接 所述的處理器單元。所述的無線信號傳輸單元包括GPRS信號收發器、CDMA信號收發 器和藍牙信號收發器。本發明還提供一種基於所述的自啟動基準站實現基準站自啟動的方法，所述的 方法包括以下步驟(0)設置GPS基準站為自啟動模式；(1)將該自啟動基準站設置於預設位置；(2)重啟該自啟動基準站；(3)所述的GPS信號接收模塊搜索可視的衛星，並接收GPS信號；(4)該GPS信號接收模塊將所接收的GPS信號發送至所述的處理器模塊；(5)所述的處理器模塊根據所接收的GPS信號實現單點定位，獲得基準三維坐 標；(6)所述的自啟動基準站根據所獲得的基準三維坐標開始發送基準點信號，完成 該自啟動基準站的自啟動。在該基準站自啟動的方法中，在所述的步驟(0)和(1)之間還包括以下步驟(a)處理器模塊判斷基準站自啟動參數設置是否正確，若是，則進入步驟(1)， 若否，則進入步驟(b)；(b)處理器模塊判斷基準站固件是否支持自啟動模式，若是，則進入步驟(d)， 若否，則進入步驟(C)；(C)基準站通過輸入輸出模塊數據連接外部計算機或PDA，進行固件升級，然後 進入步驟(d)；(d)設置基準站自啟動參數，並進入步驟(1)。在該基準站自啟動的方法中，所述的基準點信號包括基準三維坐標、偽距觀測 值、載波相位觀測值和GPS衛星跟蹤狀態數據。本發明還提供利用所述的基準站自啟動的方法實現GPS實時動態測量的方法， 所述的動態測量的方法在所述的基準站自啟動的方法之後還包括以下步驟(7)重啟移動站，移動站通過所述的自啟動基準站的輸入輸出模塊實現與自啟動 基準站的數據連接；(8)移動站分別接收來自自啟動基準站的基準點信號和來自GPS衛星的GPS信號；(9)配置移動站參數；(10)開始GPS實時動態測量。在該GPS實時動態測量的方法中，所述的配置移動站參數，具體包括以下步 驟(11)設置與自啟動基準站的通信參數；(12)移動站根據從自啟動基準站信號和GPS信號解算得到固定解；(13)重置或點校正移動點坐標；(14)重置或點校正基準點坐標。在該GPS實時動態測量的方法中，所述的基準點信號包括基準三維坐標、偽距 觀測值、載波相位觀測值和GPS衛星跟蹤狀態數據。採用了該發明的自啟動基準站及利用其進行GPS-RTK測量的方法，在基準站啟 動後，通過接受GPS信號，實現單點定位，並獲得基準三維坐標，從而免去了手簿連接 基準站進行基準站啟動以及對中整平，量取儀器高等工作，使基準站的應用方式更為簡 便，避免了人工操作中所產生的誤差，保證了 GPS-RTK測量的精度，提高了測繪效率。
圖1為本發明所提供的用於GPS實時動態測量的自啟動基準站的功能模塊結構 示意圖。圖2為本發明所提供的基於所述的自啟動基準站實現基準站自啟動的方法的步 驟流程圖。圖3為本發明的所提供的基於所述的自啟動基準站實現基準站自啟動的方法中 基準站固件升級的步驟流程圖。圖4為本發明的基於所述的自啟動基準站實現GPS實時動態測量的方法中移動 站啟動部分的步驟流程圖。圖5為本發明的基於所述的自啟動基準站實現GPS實時動態測量的方法中配置 移動站參數方法的步驟流程圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖1所示，為本發明的所提供的用於GPS實時動態測量的自啟動基準站 的一種實施方式，所述的自啟動基準站包括處理器模塊、GPS信號接收模塊、電源模塊 及輸入輸出模塊，所述的處理器模塊分別連接所述的GPS信號接收模塊、電源模塊和輸 入輸出模塊，所述的電源模塊分別連接所述的處理器模塊、GPS信號接收模塊及輸入輸 出模塊。該實施方式中所述的輸入輸出模塊包括無線信號傳輸單元和串行信號接口單 元，所述的無線信號傳輸單元和串行信號接口單元均連接所述的處理器單元。在一種優選的實施方式中，所述的用於GPS實時動態測量的自啟動基準站，所 述的無線信號傳輸單元包括GPRS信號收發器、CDMA信號收發器和藍牙信號收發器。如圖2所示，為本發明提供的一種基於所述的自啟動基準站實現基準站自啟動的方法，所述的方法包括以下步驟(0)設置自啟動基準站為自啟動模式；(1)將該自啟動基準站設置於預設位置；(2)重啟該自啟動基準站；(3)所述的GPS信號接收模塊搜索可視的衛星，並接收GPS信號；(4)該GPS信號接收模塊將所接收的GPS信號發送至所述的處理器模塊；(5)所述的處理器模塊根據所接收的GPS信號實現單點定位，獲得基準三維坐 標；(6)所述的自啟動基準站根據所獲得的基準三維坐標開始發送基準點信號，完成 該自啟動基準站的自啟動。在一種優選的實施方法中，所述的基準站自啟動的方法在步驟(0)和(1)之間還 包括基準站固件升級的步驟，其如圖3所示，具體包括以下步驟(a)處理器模塊判斷基準站自啟動參數設置是否正確，若是，則進入步驟(1)， 若否，則進入步驟(b)；(b)處理器模塊判斷基準站固件是否支持自啟動模式，若是，則進入步驟(d)， 若否，則進入步驟(C)；(C)基準站通過輸入輸出模塊數據連接外部計算機或PDA，進行固件升級，然後 進入步驟(d)；(d)設置基準站自啟動參數，並進入步驟(1)。在進一步優選的實施方式中，所述的基準站自啟動的方法中，所述的基準點信 號包括基準三維坐標、偽距觀測值、載波相位觀測值和GPS衛星跟蹤狀態數據。本發明還提供一種利用所述的基準站自啟動的方法實現GPS實時動態測量的方 法，所述的動態測量的方法在所述的基準站自啟動的方法步驟之後還包括移動站啟動的 步驟，其中，基準站自啟動的步驟如圖2所示，移動站啟動的步驟如圖4所示，該實現 GPS實時動態測量的方法在基準站自啟動步驟之後還包括以下步驟(7)重啟移動站，移動站通過所述的自啟動基準站的輸入輸出模塊實現與自啟動 基準站的數據連接；(8)移動站分別接收來自自啟動基準站的基準點信號和來自GPS衛星的GPS信 號；(9)配置移動站參數；(10)開始GPS實時動態測量。在另一種較佳的實施方式中，所述的GPS實時動態測量的方法中，所述的配置 移動站參數具體包括以下步驟(11)設置與自啟動基準站的通信參數；(12)移動站根據從自啟動基準站信號和GPS信號解算得到固定解；(13)重置或點校正移動點坐標；(14)重置或點校正基準點坐標。在進一步優選的實施方式中，所述的GPS實時動態測量的方法中，所述的基準 點信號包括基準三維坐標、偽距觀測值、載波相位觀測值和GPS衛星跟蹤狀態數據。
在本發明的應用中，為使基準站支持自啟動操作，需升級具有基準站自啟動 功能的GPS接收機固件；除自啟動基準站功能外，固件升級可使基準站支持多種差分 數據格式和通信模式。其中，基準站自啟動支持的差分數據格式包括CMR/CMR+/ RTCM2/RTCM3/RTCA ；基準站自啟動數據通信模式包括Portl/Port2/CDMA/GPRS/ port2+CDMA/GPRSo 用於自啟動基準站參數設置的軟體包括1、WinCE/Win Mobile 平臺GPS接收機設置軟體HcGPSset ； 2、PC平臺GPS接收機設置軟體HcLoader ； 3、具 有重置當地坐標和點校正功能的外業測量軟體LandStar。對自啟動基準站進行固件更新包括以下步驟
1、用串口線連接基準站和PC電腦；2)運行基準站固件寫入軟體，按提示操作更新基準站固件，使基準站具有自啟 動功能；3)採用基準站設置軟體，設置基準站自啟動參數。PC電腦採用串口連接基準站 後，運行HcLoader.exe設置程序進行參數設置；掌上電腦(PDA)可用串口也可用藍牙與 基準站進行連接，然後運行GPSSet.exe設置程序進行參數設置，自啟動基準站的相關參數設置如下數據輸出方式正常模式接收機工作模式自啟動基準站自啟動數據發送埠Port2+GPRS/CDMA或其他選項差分數據格式CMR/CMR+RTCM2/RTCM3/RTCA 可選確認參數後，完成參數設置；4)重啟基準站使自啟動設置生效。基準站完成自啟動固件更新並設置相關參數後，即具有自啟動功能。此時即 可開始進行基準站的架設，需要的設備主要包括三腳架、電臺及天線一套或SIM卡一 張、電源。架設自啟動基準站包括以下步驟1)將移動SIM卡插在基準站GPS接收機內；2)將基準站架設於選定的空曠處；3)啟動基準站；4)基準站搜尋GPS衛星；5)基準站實現定位並開始發射差分數據；隨後進行移動站的設置，基本包括以下步驟6)手簿連接移動站配置參數；7)移動站開始接收基準站差分信號；8)基準站重置或點校正；9)開始實時動態測量作業。採用了該發明的自啟動基準站及利用其進行GPS-RTK測量的方法，在基準站啟 動後，通過接受GPS信號，實現單點定位，並獲得基準三維坐標，從而免去了手簿連接 基準站進行基準站啟動以及對中整平，量取儀器高等工作，使基準站的應用方式更為簡 便，避免了人工操作中所產生的誤差，保證了 GPS-RTK測量的精度，提高了測繪效率。在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發明的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說 明性的而非限制性的。
權利要求
1.一種用於GPS實時動態測量的自啟動基準站，其特徵在於，所述的自啟動基準站 包括處理器模塊、GPS信號接收模塊、電源模塊及輸入輸出模塊，所述的處理器模塊分 別連接所述的GPS信號接收模塊、電源模塊和輸入輸出模塊，所述的電源模塊分別連接 所述的處理器模塊、GPS信號接收模塊及輸入輸出模塊。
2.根據權利要求1所述的用於GPS實時動態測量的自啟動基準站，其特徵在於，所 述的輸入輸出模塊包括無線信號傳輸單元和串行信號接口單元，所述的無線信號傳輸單 元和串行信號接口單元均連接所述的處理器單元。
3.根據權利要求2所述的用於GPS實時動態測量的自啟動基準站，其特徵在於，所 述的無線信號傳輸單元包括GPRS信號收發器、CDMA信號收發器和藍牙信號收發器。
4.一種基於權利要求1所述的自啟動基準站實現基準站自啟動的方法，其特徵在於， 所述的方法包括以下步驟(0)設置GPS基準站為自啟動模式；(1)將該自啟動基準站設置於預設位置；(2)重啟該自啟動基準站；(3)所述的GPS信號接收模塊搜索可視的衛星，並接收GPS信號；(4)該GPS信號接收模塊將所接收的GPS信號發送至所述的處理器模塊；(5)所述的處理器模塊根據所接收的GPS信號實現單點定位，獲得基準三維坐標；(6)所述的自啟動基準站根據所獲得的基準三維坐標開始發送基準點信號，完成該自 啟動基準站的自啟動。
5 根據權利要求4所述的基準站自啟動的方法，其特徵在於，在所述的步驟(0)和 (1)之間還包括以下步驟(a)處理器模塊判斷基準站自啟動參數設置是否正確，若是，則進入步驟(1)，若 否，則進入步驟(b)；(b)處理器模塊判斷基準站固件是否支持自啟動模式，若是，則進入步驟(d)，若 否，則進入步驟(C)；(c)基準站通過輸入輸出模塊數據連接外部計算機或PDA，進行固件升級，然後進入 步驟(d)；(d)設置基準站自啟動參數，並進入步驟(1)。
6.根據權利要求4或5所述的基準站自啟動的方法，其特徵在於，所述的基準點信號 包括基準三維坐標、偽距觀測值、載波相位觀測值和GPS衛星跟蹤狀態數據。
7.—種利用權利要求4所述的基準站自啟動的方法實現GPS實時動態測量的方法，其 特徵在於，所述的動態測量的方法在所述的基準站自啟動的方法之後還包括以下步驟(0)根據權利要求4所述的實現基準站自啟動的方法啟動基準站；(1)重啟移動站，移動站通過所述的自啟動基準站的輸入輸出模塊實現與自啟動基準 站的數據連接；(2)移動站分別接收來自自啟動基準站的基準點信號和來自GPS衛星的GPS信號；(3)配置移動站參數；(4)開始GPS實時動態測量。
8.根據權利要求7所述的GPS實時動態測量的方法，其特徵在於，所述的配置移動站參數，具體包括以下步驟(0)設置與自啟動基準站的通信參數；(1)移動站根據從自啟動基準站信號和GPS信號解算得到固定解；(2)重置或點校正移動點坐標；(3)重置或點校正基準點坐標。
9.根據權利要求7或8所述的GPS實時動態測量的方法，其特徵在於，所述的基準 點信號包括基準三維坐標、偽距觀測值、載波相位觀測值和GPS衛星跟蹤狀態數據。
全文摘要
本發明涉及一種用於GPS實時動態測量的自啟動基準站及基於該自啟動基準站實現GPS實時動態測量的方法，所述的自啟動基準站包括處理器模塊、GPS信號接收模塊、電源模塊及輸入輸出模塊。基準站啟動後，根據GPS信號接收模塊所接收的GPS信號實現單點定位，獲得基準三維坐標，然後根據所獲得的基準三維坐標開始發送基準點信號，完成自啟動。採用了該發明的自啟動基準站及利用其進行GPS實時動態測量的方法，免去了手簿連接基準站進行基準站啟動以及對中整平、量取儀器高等工作，使基準站的應用方式更為簡便，避免了人工操作中所產生的誤差，保證了GPS實時動態測量的精度，提高了測量效率。
文檔編號G01S19/13GK102012516SQ20101052033
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者楊曉輝, 王昌, 王傑俊, 王永泉, 趙延平, 郭巍 申請人:上海華測導航技術有限公司