一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法

本发明涉及地理信息获取，具体为一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法。

背景技术：

1、在地理信息获取领域中，要获取目标的经纬度信息，使其出现在地理信息系统中，最常见的方式是给该目标安装卫星定位装置，获取其经纬度，但这种方式只适用于数量较少的目标，当需要获取地理信息的目标较多时，消耗人力物力较大，且对于室外目标，维护成本相对较高。

2、目前，机器视觉技术在导航、定位、测距等方面的应用越来越广泛，通过机器视觉测距配合卫星定位，对指定目标进行定位，获得目标地理信息，能减少硬件设施支出，降低获取多目标地理信息的成本。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，解决了上述背景技术中所提出的问题。

3、(二)技术方案

4、本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

5、一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，该方案包括以下步骤：

6、步骤一，将地理信息数据获取装置接入嵌入式平台，利用地理信息数据获取装置的gps获取接口，获取嵌入式设备的地理位置信息；

7、步骤二，对步骤一获取到的地理位置信息的格式进行处理，取前四部分，得到嵌入式设备的经纬度信息(n1，e1)；

8、步骤三，通过目标识别算法，由嵌入式设备上的相机对所需目标进行识别，确定识别目标后，通过测距算法进行测距，得到嵌入式设备和识别目标间的距离m；

9、步骤四，令相机的感光器件垂线方向与道路方向(即相机的行进方向)保持一致，由目标在图像中的位置，求出目标到设备的直线与相机感光器件垂线的夹角α，测量得出方向东与相机感光器件垂线的夹角β；

10、步骤五，由m，α，β可求得目标与设备之间的位移偏差x和y；

11、步骤六，将目标点位移偏差x和y转化为经纬度变化，求得识别目标的经纬度信息(n2，e2)；

12、步骤七，得到识别目标的经纬度信息后，拍摄目标照片，并修改图像exif中的gps数据。

13、进一步地，所述步骤一地理信息数据获取模块选择sim7600ce模块，地理信息数据获取模块主要用于实现地理位置信息的获取和数据传输，使用模块前，需要先通过串口或usb接口与模块进行通讯，发送at指令进行初始化设置。在模块初始化完成后，使用指令获取设备的地理位置信息，返回当前时间、纬度、经度、高度等gps信息，可以根据需要对信息进行解析和处理，当不需要使用gps功能时，可以通过发送指令关闭gps功能，以节约模块功耗。

14、进一步地，所述步骤二中对地理位置信息的格式进行处理，取前四部分，得到纬度数值(精确到小数点后6位)、纬度标记(n或s，标记南、北纬度)、经度数值(精确到小数点后6位)、经度标记(e或w，标记东、西经度)。

15、进一步地，所述步骤三中使用的目标识别算法可根据特定的识别目标进行训练。针对特定目标的识别算法的训练主要由数据准备、模型选择、模型初始化、损失函数定义、优化器选择、模型训练组成。数据准备主要收集并标注要识别的目标，将数据划分为训练集、验证集和测试集，并进行数据增强等预处理操作；模型选择主要根据应用场景选择适合的模型结构，如alexnet网络模型；模型初始化主要初始化模型的权重参数，通常使用预训练模型；损失函数定义主要选择合适的损失函数，如交叉熵损失函数；优化器选择主要选择合适的优化器，如adam；模型训练主要使用训练数据对模型进行训练，通过反向传播算法更新模型的权重参数，使模型的预测结果尽可能接近真实标签。

16、进一步地，所述步骤三中使用的测距算法。测距算法为双目测距算法，通过两个摄像头在不同位置上拍摄同一个场景，从而获得不同视角的图像，对两张不同视角的图像进行去噪、灰度化、滤波等预处理操作，以提高视差计算的精度。通过特征提取算法(如sift、surf等)在左右两张图像中提取特征点，并通过描述子匹配算法(如flann)对特征点进行匹配，通过对匹配的特征点，计算其在左右图像中的像素坐标差，即视差，视差越大则目标物体距离越近，通过视差和相机参数计算目标物体的距离m。

17、进一步地，所述步骤四中目标在图像中的位置转换为相机坐标系中的三维坐标，通过目标相对图像中心的偏移角度，求出目标与相机感光器件垂线的夹角α，用于后续计算目标与设备之间的位移偏差x和y。

18、进一步地，所述步骤五中目标与设备之间的位移偏差x和y的计算，以设备所在点为坐标原点，以方向东和方向北为正建立坐标系，若目标在设备的北侧，则x为正，若在南侧，x为负；若目标在设备的东侧，y为正，目标在设备的西侧，y为负。在得到目标到设备的直线与相机感光器件垂线的夹角α，方向东与相机感光器件垂线的夹角β后，即可计算出方向东与目标到设备的夹角(β-α)，计算出目标相对设备的位移偏差x和y。

19、进一步地，所述步骤六中位移偏差到经纬度变化的转化，采用“查表”思想估算x和y对应的经度、纬度变化情况，将不同地区1米的距离对应的经纬度变换制成表格放入嵌入式设备中，计算时直接查询表格，简化了嵌入式设备的计算。

20、(三)有益效果

21、与现有技术相比，本发明提供了一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，具备以下有益效果：

22、本发明提供了一种使用卫星定位与距离测量的获取地理信息的方法，该方法通过地理信息数据获取装置，得到该装置所在的经纬度；通过对该装置与所需目标进行距离测量，再将距离转换成经纬度偏差，通过与该装置的经纬度计算，得到目标的经纬度，该技术成本较低，获取地理信息数据速度较快。

23、本发明在嵌入式设备与目标的经纬度差计算中，使用查表法进行简化计算，减少了计算量，提高了计算速度。

技术特征：

1.一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，其特征在于：该方案包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，其特征在于：所述步骤一地理信息数据获取模块选择sim7600ce模块，地理信息数据获取模块主要用于实现地理位置信息的获取和数据传输，使用模块前，需要先通过串口或usb接口与模块进行通讯，发送at指令进行初始化设置。在模块初始化完成后，使用指令获取设备的地理位置信息，返回当前时间、纬度、经度、高度等gps信息，可以根据需要对信息进行解析和处理，当不需要使用gps功能时，可以通过发送指令关闭gps功能，以节约模块功耗。

3.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，其特征在于：所述步骤二中对地理位置信息的格式进行处理，取前四部分，得到纬度数值(精确到小数点后6位)、纬度标记(n或s，标记南、北纬度)、经度数值(精确到小数点后6位)、经度标记(e或w，标记东、西经度)。

4.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，其特征在于：所述步骤三中使用的目标识别算法可根据特定的识别目标进行训练。针对特定目标的识别算法的训练主要由数据准备、模型选择、模型初始化、损失函数定义、优化器选择、模型训练组成。数据准备主要收集并标注要识别的目标，将数据划分为训练集、验证集和测试集，并进行数据增强等预处理操作；模型选择主要根据应用场景选择适合的模型结构，如alexnet网络模型；模型初始化主要初始化模型的权重参数，通常使用预训练模型；损失函数定义主要选择合适的损失函数，如交叉熵损失函数；优化器选择主要选择合适的优化器，如adam；模型训练主要使用训练数据对模型进行训练，通过反向传播算法更新模型的权重参数，使模型的预测结果尽可能接近真实标签。

5.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，其特征在于：所述步骤三中使用的测距算法。测距算法为双目测距算法，通过两个摄像头在不同位置上拍摄同一个场景，从而获得不同视角的图像，对两张不同视角的图像进行去噪、灰度化、滤波等预处理操作，以提高视差计算的精度。通过特征提取算法(如sift、surf等)在左右两张图像中提取特征点，并通过描述子匹配算法(如flann)对特征点进行匹配，通过对匹配的特征点，计算其在左右图像中的像素坐标差，即视差，视差越大则目标物体距离越近，通过视差和相机参数计算目标物体的距离m。

6.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，其特征在于：所述步骤四中目标在图像中的位置转换为相机坐标系中的三维坐标，通过目标相对图像中心的偏移角度，求出目标与相机感光器件垂线的夹角α，用于后续计算目标与设备之间的位移偏差x和y。

7.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，其特征在于：所述步骤五中目标与设备之间的位移偏差x和y的计算，以设备所在点为坐标原点，以方向东和方向北为正建立坐标系，若目标在设备的北侧，则x为正，若在南侧，x为负；若目标在设备的东侧，y为正，目标在设备的西侧，y为负。在得到目标到设备的直线与相机感光器件垂线的夹角α，方向东与相机感光器件垂线的夹角β后，即可计算出方向东与目标到设备的夹角(β-α)，计算出目标相对设备的位移偏差x和y。

8.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，其特征在于：所述步骤六中位移偏差到经纬度变化的转化，采用“查表”思想估算x和y对应的经度、纬度变化情况，将不同地区1米的距离对应的经纬度变换制成表格放入嵌入式设备中，计算时直接查询表格，简化了嵌入式设备的计算。

技术总结
本发明属于地理信息获取技术领域，尤其为一种基于卫星定位与距离测量的地理信息获取方法，该方案包括以下步骤：步骤一，将地理信息数据获取装置接入嵌入式平台，利用地理信息数据获取装置的GPS获取接口，获取嵌入式设备的地理位置信息；步骤二，对步骤一获取到的地理位置信息的格式进行处理，取前四部分，得到嵌入式设备的经纬度信息(N<subgt;1</subgt;，E<subgt;1</subgt;)；步骤三，通过目标识别算法，由嵌入式设备上的相机对所需目标进行识别，识别目标后，通过测距算法进行测距，得到嵌入式设备和识别目标间的距离m本发明在嵌入式设备与目标的经纬度差计算中，使用查表法进行简化计算，减少了计算量，提高了计算速度。

技术研发人员：颜飞,李宁,刘云清,张琼,王英志
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13