基于双gps和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方法，属于电 子信息学科中的电路与信息处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 在传统的施工质量方法控制中，高度依赖工人的自觉性和施工经验，粗放的施工 方式会导致各种各样的工程隐患，后期一旦发现问题，补救措施将很难实施，难以满足快速 施工和施工质量控制信息化要求。为了达到实时监测的目的，实时获取被监测点的位置信 息显的十分重要。因此混凝土施工质量监测系统中，实时准确的对振捣棒的工作位置进行 定位是实时监测的一个重要环节。
[0003] 振捣棒工位位置的定位可选用GPS定位。在GPS定位系统中，实时解算获得的坐标 反映的是接收天线的位置信息，而振捣棒实际工作位置处于工作平面以下（即混凝土中）。 为保证导航卫星信号的接收，卫星信号接收天线不可能放置于混凝土中且必须处于相对开 阔的位置，因此现有的定位方法无法直接满足定位振捣点的要求。
[0004] 现有技术中，使用常规GPS定位方法对振捣棒的工作位置进行定精确位时，存在 以下问题：
[0005] (I)GPS定位坐标反映的是移动站GPS信号接收天线的位置；
[0006] (2)振捣棒工作位置处于混凝土工作面以下，一般指的是振捣棒从棒头至混凝土 工作面这一段。
[0007] GPS天线与振捣棒实际工作位置之间必然存在误差，无法直接定位振捣点。若考虑 间接定位，则至少需要三个定位点的坐标以及振捣点到三个定位点的距离，这样实现起来 非常复杂且可行性很低。
【发明内容】
[0008] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于双GPS和姿态校正的振 捣棒工作位置模糊定位方法，解决了施工质量监测过程中无法对振捣棒的工作位置进行直 接定位的问题。
[0009] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0010] -种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方法，其特征是，包括如 下步骤：
[0011] 1)采用RTK通过两个GPS进行定位；
[0012] 2)通过GPS天线得到两个PJK格式的定位点坐标；
[0013] 3)两个定位点坐标中的高度坐标之间的差值作为姿态判定准则，将工作姿态按振 捣棒位置分为三种：正前方、左前方和右前方。
[0014] 4)根据此时工作姿态下给出的坐标修正量，并计算出该工作姿态下的振捣棒的坐 标。
[0015] 前述的一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方法，其特征是， 所述步骤1)中GPS进行定位时采用载波相位差分法。
[0016] 前述的一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方法，其特征是， 所述步骤2)中定位点坐标采用三维坐标信息表示，分别为东向坐标、北向坐标和高度坐 标。
[0017] 前述的一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方法，其特征是， 所述步骤3)中姿态判定准则为：当两个定位点坐标的高度坐标值相差小于0.1 m时，判定 振捣棒在正前方；当第二个GPS的高度坐标大于第一个GPS的高度坐标的差值不小于0. 2m 时，判定振捣棒在左前方；当第一个GPS的高度坐标大于第二个GPS的高度坐标的差值不小 于0. 2m时，判定振捣棒在右前方。
[0018] 前述的一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方法，其特征是， 所述步骤3)中若两个定位点坐标的高度坐标值的差值不在判定范围中，则移动位置进行 重新测量。
[0019] 前述的一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方法，其特征是， 所述步骤2)中的GPS天线安装在工作人员身上。
[0020] 本发明所达到的有益效果：本发发明基于双GPS和姿态校正，解决了施工质量监 测过程中无法对振捣棒的工作位置进行直接定位的问题，大大地提高了振捣棒定位的工作 效率。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明的姿态修正原理图；
[0022] 图2是本发明的验证程序结构图；
[0023] 图3是差分定位系统构成示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0025] 本发明基于传统的定位方法，涉及一种基于双GPS定位和姿态修正的一种方法来 估算振捣棒的实际工作位置，具体包括以下步骤：
[0026] 步骤1 :采用RTK通过两个GPS进行定位，定位时采用载波相位差分法：
[0027] 基于工程实现的要求，定位精度最好达到厘米级或者分米级，且实时性要求也比 较高。因此，只有动态载波相位差分满足要求。动态差分定位系统一般由基准站、移动站 (用户站）、数据通信系统（数据链）以及卫星天线等构成，如图3所示。其中数据链可选 无线电台、网络（有线、无线）两种方式，具体视现场条件而定。
[0028] 其中，本方法验证过程采用司南导航M300C接收作为基准站，k505板卡作为用户 站，数据链选用无线数传电台，串口坐标输出语句为Pjk格式。在基站和移动站相距Ikm以 下的实时测试中，固定解精度在10厘米以内，解算速度为1个/秒，具体数据如表1所示。
[0029] 表1验证系统精度测试
[0030]
[0031] 步骤2 :将小型GPS天线安装到工人左右肩膀固定位置上，以便以进行实时监测。 通过步骤1)可以得到两个PJK格式的定位点坐标。其中，两个GPS天线之间的实际距离是 不变的。定位点坐标，分别为左定位点（GPS_0)和右定位点（GPS_1)的定位坐标，均采用三 维坐标信息表示，分别为东向坐标、北向坐标和高度坐标，即（north, east, height)。其中， 左定位点：（northO, eastO, heightO)，右定位点：（northl, eastl, heightl)。
[0032] 步骤3 :两定点坐标中的高度信息之间的差值作为姿态判定的依据，可将工作姿 态按振捣棒位置分为三种：正前方、左前方和右前方。姿态判定的依据如下，以实测高度 差作为判定依据，当|heightl_height2| <0.1 m时，判定工作姿态为：振捣棒工作在工人 正前方；当height2_heightl ^ 0. 2m时，判定工作姿态为：振捣棒工作在工人左前方；当 heightl_height2^0. 2m时，判定工作姿态为：振捣棒工作在工人右前方；而当差值范围均 不属于以上三种情况时，工作人员移动位置进行重新测量。
[0033] 步骤4 :根据该姿态下给出的坐标修正量（a，L，H)计算出该工作姿态下的振捣棒 的坐标。修正量一般选用如表2所示的数据。每种姿态下给出的坐标修正量均为（a，L，H) 格式，其中α为待求解位置与左定位点所在直线LI和已知两个定位点连成的直线L2的夹 角，L为待求解位置到直线L2的距离，如图1所示。参考坐标系为：北向坐标North和东向 坐标East组成的二维坐标系。在该坐标系下，采用两直线（LI和L2)相交的方法求解出未 知点坐标的north分量和east分量；同时根据选取当前GPS_1的heightl减去高度修正量 H得出height分量（本方法中H以GPS_1作为参考对象）。
[0034] 表2坐标修正量
[0035]
[0036] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方法，其特征是，包括如下 步骤： 1) 采用RTK通过两个GPS进行定位； 2) 通过GPS天线得到两个PJK格式的定位点坐标； 3) 两个定位点坐标中的高度坐标之间的差值作为姿态判定准则，将工作姿态按振捣棒 位置分为三种：正前方、左前方和右前方； 4) 根据此时工作姿态下给出的坐标修正量，并计算出该工作姿态下的振捣棒的坐标。2. 根据权利要求1所述的一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方 法，其特征是，所述步骤1)中GPS进行定位时采用载波相位差分法。3. 根据权利要求1所述的一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方 法，其特征是，所述步骤2)中定位点坐标采用三维坐标信息表示，分别为东向坐标、北向坐 标和高度坐标。4. 根据权利要求1所述的一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方 法，其特征是，所述步骤3)中姿态判定准则为：当两个定位点坐标的高度坐标值相差小于 〇. Im时，判定振捣棒在正前方；当第二个GPS的高度坐标大于第一个GPS的高度坐标的差 值不小于〇. 2m时，判定振捣棒在左前方；当第一个GPS的高度坐标大于第二个GPS的高度 坐标的差值不小于〇. 2m时，判定振捣棒在右前方。5. 根据权利要求4所述的一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方 法，其特征是，所述步骤3)中若两个定位点坐标的高度坐标值的差值不在判定范围中，则 移动位置进行重新测量。6. 根据权利要求1所述的一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方 法，其特征是，所述步骤2)中的GPS天线安装在工作人员身上。
【专利摘要】本发明公开了一种基于双GPS和姿态校正的振捣棒工作位置模糊定位方法，其特征是，包括如下步骤：1)采用RTK通过两个GPS进行定位；2)通过GPS天线得到两个PJK格式的定位点坐标；3)两个定位点坐标中的高度坐标之间的差值作为姿态判定准则，将工作姿态按振捣棒位置分为三种：正前方、左前方和右前方；4)根据此时工作姿态下给出的坐标修正量，并计算出该工作姿态下的振捣棒的坐标。本发明所达到的有益效果：本发明基于双GPS和姿态校正，解决了施工质量监测过程中无法对振捣棒的工作位置进行直接定位的问题，大大地提高了振捣棒定位的工作效率。
【IPC分类】G01S19/44
【公开号】CN105044753
【申请号】CN201510357522
【发明人】李东新, 郭小青
【申请人】河海大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月25日