本發(fā)明涉及一種導(dǎo)航方法，尤其涉及一種用于遙控船在GPS失鎖后的覘標(biāo)法定位導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)：

目前，遙控測(cè)量船的精密定位方法主要采用GPS與慣導(dǎo)組合定位的方式，在GPS間斷失鎖時(shí)，利用慣導(dǎo)繼續(xù)為遙控船提供位置和姿態(tài)的信息。但是，受限于慣導(dǎo)定位的精度隨時(shí)間漂移的問題，其僅對(duì)GPS間斷性失鎖的情況有效，很難滿足在一些特殊區(qū)域，GPS長(zhǎng)時(shí)間失鎖情況下，進(jìn)行精確定位。另外，在室外機(jī)器人自主導(dǎo)航的領(lǐng)域中，有學(xué)者也提出一種基于全景近紅外路標(biāo)識(shí)別算法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定位導(dǎo)航的方法，但是該方法只解決了機(jī)器人和路標(biāo)相對(duì)定位的問題，只有當(dāng)路標(biāo)布設(shè)在已知位置上時(shí)，才可進(jìn)行絕對(duì)定位，這種作業(yè)模式嚴(yán)重制約了路標(biāo)布設(shè)的靈活性，而且全景近紅外對(duì)路標(biāo)的識(shí)別和定位精度較低，很難滿足測(cè)量型遙控船對(duì)定位精度的要求。

綜上所述，遙控測(cè)量船在GPS失鎖前后，定位導(dǎo)航工作的銜接上不連貫的問題；以及在GPS失鎖后，如何通過自由設(shè)置的覘標(biāo)，對(duì)遙控測(cè)量船進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)地精確定位的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)GPS間斷失鎖和完全失鎖情況下的精確定位的用于遙控船在GPS失鎖后的覘標(biāo)法定位導(dǎo)航方法。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于遙控船在GPS失鎖后的覘標(biāo)法定位導(dǎo)航方法，包括如下步驟：(1)在河道駁岸兩側(cè)的遮擋嚴(yán)重區(qū)域連續(xù)布設(shè)m個(gè)覘標(biāo)，其中m為大于3的自然數(shù)，遙控測(cè)量船的頂部設(shè)置有激光掃描設(shè)備，可以是激光雷達(dá)，當(dāng)遙控測(cè)量船進(jìn)入所述遮擋嚴(yán)重區(qū)域時(shí)，至少有三個(gè)覘標(biāo)在激光掃描設(shè)備的測(cè)程范圍內(nèi)；(2).遙控測(cè)量船作業(yè)，當(dāng)遙控測(cè)量船在視野開闊區(qū)域時(shí)，GPS狀態(tài)為固定解，遙控測(cè)量船的定位導(dǎo)航工作由GPS和慣性導(dǎo)航設(shè)備完成；當(dāng)遙控測(cè)量船進(jìn)入遮擋嚴(yán)重區(qū)域前，覘標(biāo)會(huì)多次出現(xiàn)在激光掃描設(shè)備的測(cè)量范圍內(nèi)，其將實(shí)時(shí)的以點(diǎn)云的形式展現(xiàn)在測(cè)量系統(tǒng)中；(3).分析系統(tǒng)識(shí)別出覘標(biāo)，并對(duì)每一個(gè)覘標(biāo)編號(hào)，通過BTM定位，獲得各覘標(biāo)的初始三維坐標(biāo)；(4).遙控測(cè)量船繼續(xù)前行，覘標(biāo)會(huì)多次出現(xiàn)在測(cè)量系統(tǒng)中，GPS的狀態(tài)仍為固定解，若覘標(biāo)的三維坐標(biāo)連續(xù)5次以上變化均小于10cm，使得GPS得到數(shù)據(jù)可靠，穩(wěn)定性較好，則取此5次測(cè)量的平均值，作為該覘標(biāo)最終的三維坐標(biāo)；(5).當(dāng)激光掃描設(shè)備測(cè)量范圍內(nèi)有3個(gè)以上具有最終三維坐標(biāo)的覘標(biāo)時(shí)，利用覘標(biāo)通過MTB定位，反向確定出遙控測(cè)量船的實(shí)時(shí)位置；(6).當(dāng)GPS定位狀態(tài)由原來的固定解狀態(tài)變?yōu)槭фi的瞬間，遙控測(cè)量船已進(jìn)入遮擋嚴(yán)重區(qū)域，其定位導(dǎo)航工作立即由覘標(biāo)定位接替GPS繼續(xù)作業(yè)；(7).遙控測(cè)量船按照設(shè)計(jì)航線繼續(xù)行駛時(shí)，當(dāng)有新的覘標(biāo)出現(xiàn)在激光掃描范圍內(nèi)時(shí)，通過BTM定位的方式，多次測(cè)量新的覘標(biāo)后，確定新覘標(biāo)的最終三維坐標(biāo)；(8).新的覘標(biāo)納入到覘標(biāo)定位系統(tǒng)中，組合解算遙控測(cè)量船的精確位置；(9).重復(fù)步驟(7)-(8)，直至系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到GPS狀態(tài)為固定解；(10)由GPS接替覘標(biāo)定位，重新獲得對(duì)遙控測(cè)量船定位導(dǎo)航。

本發(fā)明的有益效果是，遙控測(cè)量船的定位由GPS和覘標(biāo)定位聯(lián)合完成，且以GPS定位為主，以覘標(biāo)定位為輔，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)GPS定位狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)GPS間斷失鎖和完全失鎖情況下的精確定位，另外，設(shè)置在船體頂部的激光雷達(dá)可以提供實(shí)時(shí)的厘米級(jí)的相對(duì)定位精度，定制的對(duì)激光有特殊反射的覘標(biāo)也大大提高了目標(biāo)的識(shí)別率，且對(duì)覘標(biāo)的布設(shè)位置沒有要求，可自由布設(shè)；解決GPS失鎖前后，定位導(dǎo)航工作的銜接問題；此外，還解決GPS失鎖后，如何通過自由設(shè)置的覘標(biāo)，對(duì)遙控測(cè)量船進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)地精確定位的問題。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是，在步驟(3)中的覘標(biāo)編號(hào)，分為4種類型，用以區(qū)分不同覘標(biāo)，編號(hào)規(guī)則為1-0，1-1，1-2，1-3，…，n-0，n-1，n-2，n-3(n＝1,2,3,…)。

優(yōu)選地，所述覘標(biāo)整體形狀呈一圓形，由兩根垂直的直線將其均勻劃分呈四等分，其中，“0”號(hào)覘標(biāo)直接由兩根垂直的直線將其均勻劃分呈四等分；“1”號(hào)覘標(biāo)由兩根垂直的直線將其均勻劃分呈四等分，且其中一個(gè)部分著色；“2”號(hào)覘標(biāo)由兩根垂直的直線將其均勻劃分呈四等分，且相對(duì)的兩個(gè)部分著色；“3”號(hào)覘標(biāo)由兩根垂直的直線將其均勻劃分呈四等分，且其中三個(gè)部分著色。通過著色來區(qū)分不同覘標(biāo)，使得激光時(shí)能對(duì)覘標(biāo)進(jìn)行區(qū)分。

目前，市面上的有些材質(zhì)和顏色的激光是不反射的，若覘標(biāo)采用不反射的材質(zhì)或顏色，則激光無法反射，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是，所述覘標(biāo)通過改變材質(zhì)和顏色來增強(qiáng)激光的反射強(qiáng)度。通過材質(zhì)與顏色來保證激光反射率，通過定制的對(duì)激光有特殊反射的覘標(biāo)提高了目標(biāo)的識(shí)別率。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是，所述步驟(3)中的BTM定位是由船載定位系統(tǒng)確定覘標(biāo)位置的過程。

優(yōu)選地，所述BTM定位過程為，當(dāng)GPS狀態(tài)為固定解時(shí)，首先由GPS獲取其自身相位中心的三維坐標(biāo)，然后根據(jù)GPS與激光掃描設(shè)備標(biāo)定好的相對(duì)位置關(guān)系，計(jì)算激光掃描設(shè)備中心的位置，進(jìn)而根據(jù)激光掃描設(shè)備測(cè)量的其與覘標(biāo)的相對(duì)位置，計(jì)算出覘標(biāo)的三維坐標(biāo)。自動(dòng)計(jì)算覘標(biāo)坐標(biāo)及反算掃描設(shè)備坐標(biāo)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是，所述步驟(5)中的MTB定位是由至少3個(gè)且已確定準(zhǔn)確位置的覘標(biāo)確定遙控測(cè)量船位置的過程。

優(yōu)選地，所述MTB定位過程為，當(dāng)GPS狀態(tài)為失鎖時(shí)，首先由至少3個(gè)且已確定坐標(biāo)位置的覘標(biāo)，根據(jù)激光掃描設(shè)備測(cè)量的已知覘標(biāo)與其掃描中心的相對(duì)位置關(guān)系，計(jì)算出激光掃描設(shè)備中心的位置，然后根據(jù)激光器中心與遙控測(cè)量船中心已標(biāo)定好的相對(duì)位置關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出遙控測(cè)量船的空間位置。解決GPS失鎖情況下定位問題。

附圖說明

圖1為本實(shí)施例的覘標(biāo)編號(hào)示意圖；

圖2為本實(shí)施例遙控測(cè)量船覘標(biāo)法定位示意圖；

圖3為本實(shí)施例遙控測(cè)量船覘標(biāo)法定位流程圖。

圖中：表示GPS正常工作；表示GPS失鎖；→表示BTM定位(Boat To Markers)；表示MTB定位。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

參見附圖1-3所示，本實(shí)施例的一種用于遙控船在GPS失鎖后的覘標(biāo)法定位導(dǎo)航方法，其步驟為：

(1).在河道駁岸兩側(cè)遮擋較嚴(yán)重的區(qū)域，連續(xù)自由布設(shè)覘標(biāo)，但需保證在遙控測(cè)量船進(jìn)入該區(qū)域時(shí)，在激光掃描設(shè)備的測(cè)程范圍內(nèi)，至少有三個(gè)覘標(biāo)；

(2).覘標(biāo)布設(shè)完畢后，遙控測(cè)量船開始作業(yè)，在視野開闊的河面，即GPS狀態(tài)為固定解時(shí)，遙控測(cè)量船的定位導(dǎo)航工作由GPS和慣性導(dǎo)航設(shè)備完成；

(3).當(dāng)遙控測(cè)量船進(jìn)入遮擋嚴(yán)重的區(qū)域前，覘標(biāo)會(huì)多次出現(xiàn)在激光掃描設(shè)備的測(cè)量范圍內(nèi)，其將實(shí)時(shí)的以點(diǎn)云的形式展現(xiàn)在測(cè)量系統(tǒng)中；

(4).定制的覘標(biāo)具有特殊的激光反射強(qiáng)度，特殊性體現(xiàn)在覘標(biāo)的材質(zhì)以及顏色，材質(zhì)、顏色均考慮到其反射強(qiáng)度，如覘標(biāo)的材質(zhì)可以選用硬紙板、塑料板和木板等，覘標(biāo)的顏色可以選用白色、淺黃和淺紅等淺色系，這些材質(zhì)和顏色的反射強(qiáng)度極強(qiáng)，這樣分析系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地識(shí)別出覘標(biāo)，并對(duì)每一個(gè)覘標(biāo)編號(hào)，然后，通過BTM定位，獲得各覘標(biāo)的初始三維坐標(biāo)；

(5).遙控測(cè)量船繼續(xù)前行，覘標(biāo)會(huì)多次出現(xiàn)在測(cè)量系統(tǒng)中，此時(shí)GPS的狀態(tài)仍為固定解，若覘標(biāo)的三維坐標(biāo)連續(xù)5次以上變化均小于10cm，則取此5次測(cè)量的平均值，作為該覘標(biāo)最終的三維坐標(biāo)；

(6).當(dāng)激光掃描設(shè)備測(cè)量范圍內(nèi)有3個(gè)以上具有最終三維坐標(biāo)的覘標(biāo)時(shí)，即可利用覘標(biāo)通過MTB定位，反向確定出遙控測(cè)量船的實(shí)時(shí)位置；

(7).此時(shí)，遙控測(cè)量船的定位由GPS和覘標(biāo)定位聯(lián)合完成，且以GPS定位為主，以覘標(biāo)定位為輔，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)GPS定位狀態(tài)；

(8).當(dāng)GPS定位狀態(tài)由固定解狀態(tài)變?yōu)槭фi的瞬間，此時(shí)，遙控測(cè)量船已進(jìn)入遮擋嚴(yán)重區(qū)域，其定位導(dǎo)航工作立即由覘標(biāo)定位接替GPS繼續(xù)作業(yè)；

(9).遙控測(cè)量船按照設(shè)計(jì)航線繼續(xù)行駛時(shí)，當(dāng)有新的覘標(biāo)出現(xiàn)在激光掃描范圍內(nèi)時(shí)，通過BTM定位的方式，多次測(cè)量新的覘標(biāo)后，確定新覘標(biāo)的最終三維坐標(biāo)；

(10).將新的覘標(biāo)納入到覘標(biāo)定位系統(tǒng)中，組合解算遙控測(cè)量船的精確位置；

(11).重復(fù)步驟(9)-(10)，直至系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到GPS狀態(tài)為固定解；

(12).此時(shí)，由GPS接替覘標(biāo)定位，重新獲得對(duì)遙控測(cè)量船定位導(dǎo)航的優(yōu)先權(quán)。至此，完成了遙控測(cè)量船中GPS由固定解到失鎖，再到固定解，整個(gè)過程的定位導(dǎo)航工作。

其中，在步驟(4)中的覘標(biāo)編號(hào)，具體為：本發(fā)明中的覘標(biāo)共分為4種類型，編號(hào)規(guī)則為1-0，1-1，1-2，1-3，…，n-0，n-1，n-2，n-3(n＝1,2,3,…)，如圖1所示，覘標(biāo)整體形狀呈一圓形，由兩根垂直的直線將其均勻劃分呈四等分，其中，圖1的(a)為0號(hào)覘標(biāo)直接由兩根垂直的直線將其均勻劃分呈四等分；圖1的(b)為1號(hào)覘標(biāo)由兩根垂直的直線將其均勻劃分呈四等分，且其中一個(gè)部分著色；圖1的(c)為2號(hào)覘標(biāo)由兩根垂直的直線將其均勻劃分呈四等分，且相對(duì)的兩個(gè)部分著色；圖1的(d)為3號(hào)覘標(biāo)由兩根垂直的直線將其均勻劃分呈四等分，且其中三個(gè)部分著色，可以采用能增強(qiáng)激光反射強(qiáng)度的顏色如白色、淺黃和淺紅等淺色系。

此外，步驟(4)中的BTM定位是由船載定位系統(tǒng)確定覘標(biāo)位置的過程。BTM定位的實(shí)施過程：當(dāng)GPS狀態(tài)為固定解時(shí)，首先由GPS獲取其自身相位中心的三維坐標(biāo)，然后根據(jù)GPS與激光掃描設(shè)備標(biāo)定好的相對(duì)位置關(guān)系，計(jì)算激光掃描設(shè)備中心的位置，進(jìn)而根據(jù)激光掃描設(shè)備測(cè)量的其與覘標(biāo)的相對(duì)位置，計(jì)算出覘標(biāo)的三維坐標(biāo)。

步驟(6)中的MTB定位是由不少于3個(gè)且已確定準(zhǔn)確位置的覘標(biāo)確定遙控測(cè)量船位置的過程，MTB定位的實(shí)施過程：當(dāng)GPS狀態(tài)為失鎖時(shí)，首先由不少于3個(gè)且已確定坐標(biāo)位置的覘標(biāo)，根據(jù)激光掃描設(shè)備測(cè)量的已知覘標(biāo)與其掃描中心的相對(duì)位置關(guān)系，計(jì)算出激光掃描設(shè)備中心的位置，然后根據(jù)激光器中心與遙控測(cè)量船中心已標(biāo)定好的相對(duì)位置關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出遙控測(cè)量船的空間位置。

以上實(shí)施方式只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。