惯导RTK测量系统的制作方法

惯导rtk测量系统
技术领域
1.本技术涉及卫星定位技术领域，特别涉及测量测绘技术。


背景技术：

2.在gps(global positioning system，全球定位系统)测量中，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而rtk(real time kinematic，实时动态测量)是一种能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它的出现极大地提高了野外作业效率。
3.然而，目前rtk测量设备在应用中仍然存在一些不足，例如，测量作业复杂，移动站接收机笨重，手簿和移动站接收机配合才能实现测量测绘，效率低下；而且，移动站接收机系统组成十分复杂，成本是测量系统成本的60％以上，而且故障率高，维修成本高。进一步的，移动站接收机包含：gnss(global navigation satellite system，全球导航卫星系统)天线、高精度定位板卡、imu(inertial measurement unit，惯性测量单元)、电台模块、按键显示屏、蓝牙wifi、4g模块、外置电池等，而手簿也包含手簿主板、4g模块、蓝牙wifi等，移动站接收机和手簿通过蓝牙或者wifi连接互传数据，蓝牙或wifi连接有稳定性和距离限制，也需要进行配对连接，测量作业中用两个功能相似的设备其实是一种资源浪费。进一步的，移动站接收机需要安装在对中杆的顶部，由于移动站接收机一般在2公斤左右，测量作业中容易倾倒或者跌落，2米跌落到硬地面移动站接收机有很大风险摔坏，进一步导致维修成本很高。进一步的，为了实现云和端的互通，手簿与移动站接收机都要与云平台连接，而且手簿与接收机还需要交互数据，这样会增加系统设计难度，增加成本。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种惯导rtk测量系统，不但能够实现测量测绘，而且能够简化测量作业复杂性，使移动站接收机携带和使用更轻便，提高测量测绘效率，降低移动站接收机的设计难度和生产成本，降低移动站故障率和维修成本。减少数据传输、减少资源浪费。
5.本技术公开了一种惯导rtk测量系统，包含：设置有支架的对中杆，通过所述支架固定设置于所述对中杆的杆身的智能手簿，和设置于所述对中杆顶部且与所述智能手簿连接的gnss天线，其中，
6.所述gnss天线用于接收gnss卫星信号，并将所述gnss卫星信号发送给所述智能手簿；
7.所述智能手簿用于根据所述gnss卫星信号获取gnss观测数据、获取cors差分数据和惯性原始观测数据、根据所述cors差分数据和所述gnss观测数据进行rtk计算以获得rtk定位结果、同时利用所述惯性原始观测数据与所述rtk定位结果进行组合导航计算，并结合所述智能手簿和所述gnss天线在所述对中杆的位置生成待测点的高精度位置信息；并且，
8.所述支架用于将所述智能手簿固定设置于所述对中杆的杆身，以保证所述智能手
簿与所述gnss天线保持相对固定。
9.在一个优选例中，所述待测点是所述对中杆的底端位置。
10.在一个优选例中，所述gnss天线与所述智能手簿通过射频线缆连接，并且，所述智能手簿包含用于连接所述射频线缆的接口，所述接口为smb直插连接器。
11.在一个优选例中，所述智能手簿通过4g通信网络从cors服务商获取所述cors差分数据。
12.在一个优选例中，所述惯性原始观测数据代表所述智能手簿、所述对中杆和所述gnss天线的姿态信息。
13.在一个优选例中，所述智能手簿包含设置在同一pcb板卡上的组合导航单元和android单元。
14.在一个优选例中，所述组合导航单元包含：用于完成gnss全系统全频点信号接收和下变频的射频单元；和用于完成信号采样和数字信号处理，并输出gnss观测数据的gnss基带芯片。
15.在一个优选例中，所述组合导航单元包含：用于通过spi总线与arm处理器通信，并实时输出惯性原始观测数据的三轴mems陀螺仪、三轴mems加速度计和三轴mems磁力计。
16.在一个优选例中，所述组合导航单元包含：用于接收gnss基带芯片输出的gnss观测数据、与android单元的处理器通信以获取由android单元的4g模块从互联网获取的cors差分数据、利用gnss观测数据和cors差分数据进行rtk解算以得到厘米级别的高精度位置信息的arm处理器。
17.在一个优选例中，所述arm处理器还用于接收所述惯性原始观测数据，同时利用所述惯性原始观测数据与rtk定位结果进行组合导航计算，并结合所述智能手簿和所述gnss天线在所述对中杆的位置生成待测点的高精度位置信息。
18.本技术实施方式中，惯导rtk测量系统不但能够实现测量测绘，而且能够简化测量作业复杂性，使移动站接收机携带和使用更轻便，提高测量测绘效率，降低移动站接收机的设计难度和生产成本，降低移动站故障率和维修成本。减少数据传输、减少资源浪费。
19.具体的，本说明书的惯导rtk测量系统将移动站接收机更换成通用gnss天线，将其中核心的rtk定位功能转移到智能手簿中，既能够实现测量的目的，又可以大大降低系统复杂度、设计难度、系统成本、生产加工成本和售后维修成本。进一步的，通过把移动站接收机和智能手簿集中到一个设备上，只需要用一套主板、蓝牙、wifi和4g，可以降低成本，减少不必要的数据传输，也提高资源利用率。进一步的，能够有效避免移动站接收机由于过重而摔坏。
20.进一步的，本说明书的惯导rtk测量系统省去传统方案移动站接收机的蓝牙wifi模块、电池、主控板、电台、按键和接口连接器等，省去复杂的移动站接收机的硬件和结构设计工作、软件开发工作、结构开模费用、生产费用和售后维修费用；在没有复杂的移动站接收机之后，售后维修，系统摔坏的概率也降低；综合节省成本二百万元左右。
21.进一步的，本说明书的惯导rtk测量系统省去移动站接收机与智能手簿之间的蓝牙wifi连接和数据传输，省去配对，无需担心连不上主机，智能手簿即作为数据计算汇总终端有作为通信终端，可以保证测量系统与云平台的高效率数据交互。
22.本技术的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列
出本技术所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本技术上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征a b c，在另一个例子中公开了特征a b d e，而特征c和d是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征e技术上可以与特征c相组合，则，a b c d的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而a b c e的方案应当视为已经被记载。
附图说明
23.图1是根据本技术第一实施方式的惯导rtk测量系统的结构示意图；
24.图2是根据本技术第一实施方式的惯导rtk测量系统的智能手簿的内部结构示意图。
具体实施方式
25.在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。
26.部分概念的说明：
27.rtk，全称real-time kinematic，即实时动态，rtk技术是载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，也可以称为移动站，进行求差解算坐标。其关键在于数据处理技术和数据传输技术，rtk定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给移动站接收机。
28.移动站接收机，即通常意义上的rtk测量设备，移动站接收机可以包含高精度定位板卡、gnss天线、4g模块、蓝牙wifi模块、主控板、惯性传感器，和电台，等等，如果用互联网播发的基站观测数据，则电台可省略。
29.基准站，有多种模式，其中一种是连续运行参考站系统(简称为“cors”)，目前多数rtk测量设备可以通过互联网(比如3g/4g)接收基准站观测数据并与移动站接收机观测数据组合，进行rtk结算，称为网络rtk，定位精度能够到毫米级别，达到测量测绘的精度要求。
30.智能手簿，是一个工业级三防手机，具有按键，一般配置安卓系统，安装测绘app软件，通过蓝牙或者wifi与移动站接收机通信，智能手簿app上一般执行测量作业、保存测量数据和图纸，也可以发送指令到移动站接收机进行普通的测量业务。
31.gnss观测数据，是指移动站gnss(global navigation satellite system，全球卫星导航系统)接收机原始观测数据。
32.cors差分数据，也可称为“差分数据”，cors的全称为continuously operating reference stations，即，连续运行参考站。
33.惯性原始观测数据，是指由陀螺仪、加速度计和磁力计确定的原始观测数据。
34.倾斜测量的技术，即测量过程中不要求对中杆垂直与大地水平面即可实现测量，
保持对中杆的底部不动，左右倾斜接收机，那么每个倾斜角度下移动站接收机会有不同的坐标，但是移动站接收机中的惯性传感器会将倾斜角度计算出来，比如是θ，那么对中杆底部的坐标(x,y,z)可通过(x”,y”,z”)结合倾角θ计算出来。
35.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的实施方式作进一步地详细描述。
36.如图1所示，本技术的第一实施方式涉及一种惯导rtk测量系统，包含：设置有支架50的对中杆20，通过所述支架50固定设置于所述对中杆20的杆身的智能手簿40，和设置于所述对中杆20顶部且与所述智能手簿40连接的gnss天线10，其中，
37.所述gnss天线10用于接收gnss卫星信号，并将所述gnss卫星信号发送给所述智能手簿40；
38.所述智能手簿40用于根据所述gnss卫星信号获取gnss观测数据、获取惯性原始观测数据和cors差分数据、根据所述cors差分数据和所述gnss观测数据进行rtk计算以获得rtk定位结果、同时利用所述惯性原始观测数据与所述rtk定位结果进行组合导航计算，并结合所述智能手簿40和所述gnss天线10在所述对中杆20的位置生成待测点的高精度位置信息；并且，
39.所述支架50用于将所述智能手簿40固定设置于所述对中杆20的杆身，以保证所述智能手簿40与所述gnss天线10保持相对固定。优选的，所述待测点是所述对中杆20的底端位置。
40.优选的，所述gnss天线10与所述智能手簿40通过射频线缆30连接。
41.进一步的，所述智能手簿40包含用于连接gnss天线10射频线缆30的接口，优选的，所述接口为smb直插连接器，测量作业中安装方便。
42.优选的，所述gnss天线10可支持多系统多频点。
43.进一步的，所述对中杆20的杆身上设置有支架50，该支架50是所述智能手簿40的专用固定装置，用于固定设置所述智能手簿40，从而保证所述智能手簿40与所述gnss天线10保持相对固定。
44.更具体的，所述支架50，即，固定装置，针对所述智能手簿40的外壳，设计精度较高的卡位，使得所述智能手簿40安装到支架50上之后，智能手簿40内部的imu惯性传感器的位置与gnss天线10相位中心的位置相对固定，换句话说，所述gnss天线10的姿态怎么变化，所述imu惯性传感器的姿态就怎么变化。
45.进一步的，所述智能手簿40从gnss天线10获得gnss观测数据，并通过诸如4g等通信网络从cors服务商获取cors差分数据，根据所述cors差分数据和所述gnss观测数据进行rtk计算，以获得rtk定位结果，该rtk定位结果是所述gnss天线10相位中心的位置，并同时利用由内置的imu惯性传感器获得的惯性原始观测数据与所述rtk定位结果进行组合导航计算，并结合所述智能手簿40和所述gnss天线10在所述对中杆20的位置生成待测点的高精度位置信息。
46.可以理解，由于所述智能手簿40与所述gnss天线10保持相对固定，智能手簿40内部的imu惯性传感器的位置与gnss天线10相位中心的位置相对固定，所述gnss天线10的姿态怎么变化，所述imu惯性传感器的姿态就怎么变化，因此惯性原始观测数据能够代表智能手簿40、对中杆20和gnss天线10的姿态信息。
47.下面结合图2，进一步示例性地从整体上说明智能手簿40的硬件结构和具体工作原理。
48.智能手簿40中包含由内部总线连接的组合导航单元和andriod单元，其中，所述组合导航单元包含射频单元、gnss基带芯片、arm处理器、ddr((double data rate sdram，双倍速率sdram))内存、flash芯片、三轴mems(micro-electromechanical systems，微型电机系统)陀螺仪、三轴mems加速度计和三轴mems磁力计；android单元包含处理器、电源管理、接口、显示屏、wifi、蓝牙、4g模块、ddr和flash芯片。android单元中的4g模块从互联网获取cors差分数据，该cors差分数据由android中的处理器发送给组合导航单元中的arm处理器，组合导航单元中的射频单元和gnss基带芯片对接收到的卫星信号进行处理，并将获得的gnss观测数据发送给arm处理器，组合导航单元中的三轴mems陀螺仪、三轴mems加速度计和三轴mems磁力计将惯性原始观测数据发送给arm处理器，arm处理器根据所述cors差分数据和所述gnss观测数据进行rtk计算，以获得rtk定位结果，并且，arm处理器同时利用所述惯性原始观测数据与所述rtk定位结果进行组合导航计算，并结合所述智能手簿40和所述gnss天线10在所述对中杆20的位置生成待测点的高精度位置信息。
49.具体的，智能手簿40的主板包含组合导航单元和android单元两部分电路，两部分电路均设计在一块pcb板卡上，形成智能手簿40的主板。换句话说，智能手簿40包含设置在同一pcb板卡上的组合导航单元和android单元。
50.具体的，在组合导航单元中，射频单元用于完成gnss全系统全频点信号接收和下变频；gnss基带芯片用于完成信号采样和数字信号处理，并输出gnss观测数据；三轴mems陀螺仪、三轴mems加速度计和三轴mems磁力计用于通过spi(serial peripheral interface，串行外围设备接口)总线与arm处理器通信，并实时输出惯性原始观测数据，其中，惯性原始观测数据是指所述imu惯性传感器自身的状态信息，也代表智能手簿40、对中杆20和gnss天线10的姿态信息；arm处理器用于接收gnss基带芯片输出的gnss观测数据、与android单元的处理器通信以获取由android单元的4g模块从互联网获取的cors差分数据、利用gnss观测数据和cors差分数据进行rtk解算以得到厘米级别的高精度位置信息，该高精度位置信息为gnss天线10的相位中心坐标，进一步的，arm处理器还用于接收惯性原始观测数据，同时利用所述惯性原始观测数据与rtk定位结果进行组合导航计算，并结合所述智能手簿40和所述gnss天线10在所述对中杆20的位置生成待测点的高精度位置信息。
51.如上所述，android单元可进一步包含手机基带处理器、内存ddr和flash，wifi、蓝牙和4g功能，显示屏和摄像头接口，喇叭和麦克风接口，电源电路，可以理解，在本说明书其他实施例中，android单元可包含一个手机的所有基本功能。
52.需指出，通过上述实施例，可显著减小组合导航单元的面积，具体的，组合导航单元的面积不大于35mm
×
35mm，android单元核心电路面积可以是例如35mm
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50mm，总计面积约85mm
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35mm，换句话说，比5.7寸屏目要小。而传统高精度板卡和惯导模块的体积一般在100mm
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60mm，这个面积约等于传统手机5.7寸屏的大小，因此，很难集成到智能手簿40中。
53.需指出，本实施例中的组合导航单元功耗在0.8w以内，而传统高精度板卡和惯导模块的功耗之和都在3w以上。一般手机的功耗在4w左右，若将传统高精度板卡和惯导模块集成到智能手簿40中，功耗将达到7w，智能手簿40散热将很难解决，作业时间也会大大降低。
54.需指出，本实施例的一个前提，是硬件上能设计低功耗、小尺寸组合导航单元，现有高精度定位板卡体积大、功耗大，很难集成到职能智能手簿40中，而低功耗、小尺寸组合导航单元，则可以轻易集成到智能手簿40中。
55.进一步的，本实施例的另外一个前提是智能手簿40具备组合导航算法功能，通过在智能手簿40中集成imu惯性传感器计算出对中杆20的倾斜状态。
56.进一步的，本实施例中的对中杆20上的支架50，即，智能手簿40的智能手簿40专用固定装置，需要确保精确度高，以保证智能手簿40中的imu惯性传感器的位置与gnss天线10的相位中心位置相对固定，从而保证倾斜测量精度；同时，支架50在结构设计上需要满足便于智能手簿40的安装和取下，不会影响用户体验。
57.需指出，上述实施例相对与传统测量系统，设备组成简单，仅需要带有射频线缆30的gnss天线10、智能手簿40和对中杆20，其中，智能手簿40通过组合导航单元，替代了传统移动站接收机的主要功能。由于传统移动站接收机组成复杂，成本高，生产和维修复杂，而gnss天线10成本低，加工简单，因此，本实施例能够使测量系统变的简单，设备成本大大降低。
58.进一步的，上述实施例对中杆20设计专用智能手簿40安装装置，即支架50，以保证智能手簿40与gnss天线10的相位中心保存相当固定，同时，智能手簿40中集成了imu惯性传感器，智能手簿40集成惯导算法，结合gnss天线10的相位中心和rtk定位结果实现倾斜测量。
59.进一步的，上述实施例中所有的测量数据都在智能手簿40中，智能手簿40中的4g单元与云平台交互时数据传输更方面快捷，对于有大量计算的场景，可以借用云平台的计算资源，云计算会提高运算速度、提高定位精度，云计算完成之后下发定位结果，测量作业更高效。而传统测量系统中，测量数据需要在移动站接收机和智能手簿40之间进行交互，然后再连接云平台，这种方式链路冗长，通常引起数据延时大和丢数据的情况。
60.进一步的，上述实施例还可以进一步设置智能手簿40的音频功能，利用该音频功能可以直接集成ai语音方案，无需与传统方案中的主机交互，使用更方便，进一步提高了测量效率。
61.进一步的，上述实施例中将智能手簿40作为移动站接收机，显著减轻了对中杆20顶部的重量，并且，跌落或者摔倒之后有支架50保护，从而显著降低了摔坏的风险，减小了售后维修几率，延长了产品寿命。
62.总的来说，本说明书的惯导rtk测量系统不但能够实现测量测绘，而且能够简化测量作业复杂性，使移动站接收机携带和使用更轻便，提高测量测绘效率，降低移动站接收机的设计难度和生产成本，降低移动站故障率和维修成本。减少数据传输、减少资源浪费。
63.具体的，本说明书的惯导rtk测量系统将移动站接收机更换成通用gnss天线，将其中核心的rtk定位功能转移到智能手簿中，既能够实现测量的目的，又可以大大降低系统复杂度、设计难度、系统成本、生产加工成本和售后维修成本。进一步的，通过把移动站接收机和智能手簿集中到一个设备上，只需要用一套主板、蓝牙、wifi和4g，可以降低成本，减少不必要的数据传输，也提高资源利用率。进一步的，能够有效避免移动站接收机由于过重而摔坏。
64.进一步的，本说明书的惯导rtk测量系统省去传统方案移动站接收机的蓝牙wifi
模块、电池、主控板、电台、按键和接口连接器等，省去复杂的移动站接收机的硬件和结构设计工作、软件开发工作、结构开模费用、生产费用和售后维修费用；在没有复杂的移动站接收机之后，售后维修，系统摔坏的概率也降低；综合节省成本二百万元左右。
65.进一步的，本说明书的惯导rtk测量系统省去移动站接收机与智能手簿之间的蓝牙wifi连接和数据传输，省去配对，无需担心连不上主机，智能手簿即作为数据计算汇总终端有作为通信终端，可以保证测量系统与云平台的高效率数据交互。
66.需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。
67.在本技术提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本技术的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，在阅读了本技术的上述公开内容之后，本领域技术人员可以对本技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所要求保护的范围。