专利名称：林界定位仪及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种林业测绘的仪器及其使用方法，特别是一种林界定位仪及其使用方法。
二、技术背景到目前为止，在森林资源调查过程中，主要采用森林罗盘仪导线测量进行林界定位。但在外业调查实际操作过程中，森林罗盘仪导线测量存在着很多不足①森林罗盘仪测量各定位点相互联系密切，其每个控制点的落图位置都能影响到下一个测点的精度，直到终点的落图位置，存在闭合差；②罗盘仪导线测量一般需要2～3人，读取数据时需要记录角度及距离两项数据，工作效率低；③对外界条件的要求高，罗盘仪导线测量林地时，主要是视野的要求，要求点间通视。另外，罗盘仪的指针受风力影响较大；因此，在森林资源调查过程中采用森林罗盘仪导线测量进行林界定位时，不可避免地带来很多麻烦与误差，效率低下。
发明内容
为了克服现有的森林罗盘仪导线测量在林界定位过程中不可避免地带来的很多麻烦与误差，提高工作效率，本发明的目的是提供一种林界定位仪及其使用方法，它克服了现有技术存在的上述缺点。
本发明的目的是这样实现的集GPS(Global Position System，全球定位系统)与PDA(Personal Digital Assistant，个人电子助理)连接为一体，其中GPS天线采集数据，通过PDA的CF接口或蓝牙技术与PDA相连，由PDA进行数据存储和简单处理，并通过数据电缆将PDA与计算机相连，将数据传给计算机进行计算，提高点位精度。
林界定位仪的使用方法如下①在测区内选择三个视野开阔的已知点，分别安置林界定位仪进行观测，获得该点的空间直角坐标(X，Y，Z)WGS-84存入林界定位仪的PDA中；②利用三个已知点的高斯平面直角坐标(x，y)BJ54或C-80、正常高H和用林界定位仪测得的该点的空间直角坐标(X，Y，Z)WGS-84由林界定位仪的PDA中的解算程序求得测区的坐标转换参数；③在林界定位仪中输入当地的坐标转换参数，选择视野开阔的已知点为基准点安置林界定位仪，并沿着边界线在待测未知点上依次安置林界定位仪；④基准点上的林界定位仪与未知点上的林界定位仪同步观测，分别将经坐标转换后的高斯平面直角坐标(x，y)BJ54或C-80、正常高H和同步观测时间存储到林界定位仪的PDA中；⑤外业工作结束后，通过数据电缆将存储在林界定位仪的PDA中的数据传输到计算机中，由计算机的自动计算系统处理，得到比采用林界定位仪单点定位精度高的未知点高斯平面直角坐标(x，y)BJ54或C-80和正常高H。
其中的坐标转换参数计算方法是①将已知点的高斯平面直角坐标(x，y)BJ54或C-80和正常高H转换为该点的大地坐标(B，L，h)BJ54或C-80；②将已知点的大地坐标(B，L，h)BJ54或C-80转换为该点的空间直角坐标(X，Y，Z)BJ54或C-80；③将已知点的空间直角坐标(X，Y，Z)BJ54或C-80和利用林界定位仪在已知点上测得的空间直角坐标(X，Y，Z)WGS-84由 得ΔX，ΔY，ΔZ，根据测区内三个已知点求得该地区的坐标转换参数ΔX，ΔY，ΔZ。
其中的数据解算方法是①设基准点坐标(x0，y0，H0)，记录林界定位仪在基准点的历元观测值(ti，xi，yi，Hi)，设历元间隔为Δti；②在移动站上记录测量点的历元观测值为(tj，xj，yj，Hj)；③通过移动站和基准站的记录数据计算差分改正后的移动站坐标，计算过程为在i历元坐标改正值为Δxi=xi-x0Δyi=yi-y0ΔHi=Hi-H0,]]>在i-1历元坐标改正值为Δxi-1=xi-1-x0Δyi-1=yi-1-y0ΔHi-1=Hi-1-H0,]]>在i+1历元坐标改正值为Δxi+1=xi+1-x0Δyi+1=yi+1-y0ΔHi+1=Hi+1-H0.]]>对于落入观测时间ti～ti+1范围内的移动站历元观测值(tj，xj，yj，Hj)，可以求得其直线内插差分改正数δxj=Δxi+(Δxi+1-Δxi)Δt·(tj-ti)δyj=Δyi+(Δyi+1-Δyi)Δt·(yj-yi)δHj=ΔHi+ΔHi+1-ΔHiΔt·(tj-ti),]]>对于落入观测时间ti-1～ti+1范围内的移动站历元观测值(tj，xj，yj，Hj)可求得其抛物线内插差分改正数δxj=axδt2+bxδt+cxδyj=ayδt2+byδt+cyδHj=aHδt2+bHδt+cH,]]>式中δt＝tj-ti-1(tj落入ti-1～ti)或δt＝tj-ti(tj落入ti～ti+1)，ax=δxi-1+δxi+1-2δxj2Δt2bx=δxi+1+δxi-12Δtcx=δxi]]>ay=δyi-1+δyi+1-2δyj2Δt2by=δyi+1+δyi-12Δtcy=δyiaH=δHi-1+δHi+1+2δHj2Δt2bH=δHi+1+δHi-12ΔtcH=δHi.]]>计算得到移动站该历元观测值的改正后坐标xj0=xj+δxiyj0=yj+δyiHj0=Hj+δHi.]]>本项发明与现有技术相比具有以下优点①集GPS与PDA于一体，通过GPS采集数据，由PDA存储；②GPS测量各定位点相对独立，存在单独定位点误差，每个测点的精度都不会影响到下一个测点的精度；③林界定位仪比较以往的常规导线测量，在外业上减少作业人员和作业时间，提高工作效率4～5倍；④林界定位仪对外界条件的要求很少，无需点间通视即能够高精度地进行各种测量，能够全球性、全天候、连续地三维定位；⑤林界定位仪采集的数据，经计算机进行坐标差分处理后，得到的点位精度比手持GPS单点定位和森林罗盘导线测量得到的点位精度要高。
四
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明图1为林界定位仪的结构原理示意图。
五具体实施例方式林界定位仪及其使用方法与现有技术不同，作了很大改进，具体是林界定位仪集GPS与PDA于一体，如图1所示，GPS天线(1)与PDA(2)连接为一体，连接方法可用CF接口或蓝牙技术；GPS天线(1)采集数据，传给PDA(2)存储和进行简单处理，PDA(2)通过数据电缆与计算机(3)相连，将数据传给计算机进行计算，提高点位精度。
1林界定位仪的使用方法①在林界定位仪中输入当地的坐标转换参数，选择视野开阔的已知点为基准点安置林界定位仪，并沿着边界线在待测未知点上依次安置林界定位仪；②基准点上的林界定位仪与未知点上的林界定位仪同步观测，分别记录经坐标转换后的高斯平面直角坐标(x，y)BJ54或C-80、正常高H和同步观测时间并存储到林界定位仪的PDA中，其中(x，y)BJ54或C-80是1954年北京坐标或1980年国家大地坐标；③外业工作结束后，通过数据电缆将存储在林界定位仪的PDA中的数据传输到计算机中，由计算机的自动计算系统处理。
2其中坐标转换参数的计算方法①在测区内选择三个视野开阔的已知点，分别安置林界定位仪进行观测，获得该点空间直角坐标(X，Y，Z)WGS-84存入PDA中，其中(X，Y， Z)WGS-84是WGS-84空间直角坐标；②将已知点的高斯平面直角坐标(x，y)BJ54或C-80和正常高H转换为该点的大地坐标(B，L，h)BJ54或C-80，其中B为纬度，L为经度，h为大地高；③将已知点的大地坐标(B，L，h)BJ54或C-80转换为该点的空间直角坐标(X，Y，Z)BJ54 或C-80；④利用已知点的空间直角坐标(X，Y，Z)BJ54或C-80和利用林界定位仪在已知点上测得的空间直角坐标(X，Y，Z)WGS-84由PDA中的解算程序求得ΔX，ΔY，ΔZ；⑤分别求得三个已知点的ΔX，ΔY，ΔZ，求平均值得测区的坐标转换参数ΔX，ΔY，ΔZ。
3其中的数据处理方法通过编制程序，采用坐标差分的方法对林界定位仪存储的数据进行处理，得到比采用林界定位仪单点定位精度高的未知点的高斯平面直角坐标(x，y)BJ54 或C-80和正常高H。
权利要求
1.一种林界定位仪，其特征是集GPS(Global Position System，全球定位系统)与PDA(Personal Digital Assistant，个人电子助理)连接为一体，GPS天线(1)采集数据，通过PDA(2)的CF接口或蓝牙技术与PDA(2)相连，由PDA(2)进行数据存储和简单处理，并通过数据电缆将PDA(2)与计算机(3)相连，将数据传给计算机(3)进行计算，提高点位精度。
2.一种利用权利要求1所述的林界定位仪的使用方法，其特征是①在测区内选择三个视野开阔的已知点，分别安置林界定位仪进行观测，获得该点的空间直角坐标(X，Y，Z)WGS-84存入林界定位仪的PDA中；②利用三个已知点的高斯平面直角坐标(x，y)BJ54或C-80、正常高H和用林界定位仪测得的该点的空间直角坐标(X，Y，Z)WGS-84由林界定位仪的PDA中的解算程序求得测区的坐标转换参数；③在林界定位仪中输入当地的坐标转换参数，选择视野开阔的已知点为基准点安置林界定位仪，并沿着边界线在待测未知点上依次安置林界定位仪；④基准点上的林界定位仪与未知点上的林界定位仪同步观测，分别将经坐标转换后的高斯平面直角坐标(x，y)BJ54或C-80、正常高H和同步观测时间存储到林界定位仪的PDA中；⑤外业工作结束后，通过数据电缆将存储在林界定位仪的PDA中的数据传输到计算机中，由计算机的自动计算系统处理，得到比采用林界定位仪单点定位精度高的未知点的高斯平面直角坐标(x，y)BJ54或C-80和正常高H。
3.根据权利要求2所述的林界定位仪的使用方法，其特征是其中的坐标转换参数计算方法如下①将已知点的高斯平面直角坐标(x，y)BJ54或C-80和正常高H转换为该点的大地坐标(B，L，h)BJ54或C-80；②将已知点的大地坐标(B，L，h)BJ54或C-80转换为该点的空间直角坐标(X，Y，Z)BJ54或C-80③将已知点的空间直角坐标(X，Y，Z)BJ54或C-80和利用林界定位仪在已知点上测得的空间直角坐标(X，Y，Z)WGS-84由 得ΔX，ΔY，ΔZ，根据测区内三个已知点求得该地区的坐标转换参数ΔX，ΔY，ΔZ。
4.根据权利要求2所述的林界定位仪的使用方法，其特征是其中的数据解算方法如下①设基准点坐标(x0，y0，H0)，记录林界定位仪在基准点的历元观测值(ti，xi，yi，Hi)，设历元间隔为Δti；②在移动站上记录测量点的历元观测值为(tj，xj，yj，Hj)；③通过移动站和基准站的记录数据计算差分改正后的移动站坐标，计算过程为在i历元坐标改正值为Δxi=xi-x0Δyi=yi-y0ΔHi=Hi-H0,]]>在i-1历元坐标改正值为Δxi-1=xi-1-x0Δyi-1=yi-1-y0ΔHi-1=Hi-1-H0,]]>在i+1历元坐标改正值为Δxi+1=xi+1-x0Δyi+1=yi+1-y0ΔHi+1=Hi+1-H0.]]>对于落入观测时间ti～ti+1范围内的移动站历元观测值(tj，xj，yj，Hj)，可以求得其直线内插差分改正数δxj=Δxi+(Δxi+1-Δxi)Δt·(tj-ti)δyj=Δyi+(Δyi+1-Δyi)Δt·(yj-yi)δHj=ΔHi+(ΔHi+1-ΔHi)Δt·(tj-ti),]]>对于落入观测时间ti-1～ti+1范围内的移动站历元观测值(tj，xj，yj，Hj)可求得其抛物线内插差分改正数δxj=axδt2+bxδt+cxδyj=ayδt2+byδt+cyδHj=aHδt2+bHδt+cH,]]>式中δt＝tj-ti-1(tj落入ti-1～ti)或δt＝tj-ti(tj落入ti～ti+1)，ax=δxi-1+δxi+1-2δxj2Δt2bx=δxi+1+δxi-12δtcx=δxi,ay=δyi-1+δyi+1-2δyj2Δt2by=δyi+1+δyi-12Δtcy=δyi,aH=δHi-1+δHi+1-2δHj2Δt2bH=δHi+1+δHi-12ΔtcH=δHi.]]>计算得到移动站该历元观测值的改正后坐标xj0=xj+δxiyj0=yj+δyiHj0=Hj+δHi.]]>
全文摘要
本发明公开了一种林界定位仪及其使用方法。集GPS(全球定位系统)与PDA(个人电子助理)于一体，GPS天线(1)采集数据，通过PDA(2)的CF接口或蓝牙技术与PDA(2)相连，由PDA(2)进行数据存储和简单处理，求得测区的坐标转换参数，通过数据电缆将PDA(2)与计算机(3)相连，将数据传给计算机进行提高点位精度的计算。通过林界定位仪测得测区的坐标转换参数，实现坐标转换，可以无需点间通视即能够全球性、全天候、连续地三维定位，大大提高了工作效率；并将在基准点和未知点测得的坐标数据与同步观测时间传输到计算机中，通过坐标差分算法，由计算机的自动计算系统处理，得到高精度的未知点坐标。
文档编号G01B21/02GK1776363SQ20051012758
公开日2006年5月24日 申请日期2005年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者冯仲科 申请人:北京林业大学