專利名稱：航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前多傳感器組合高精度檢校技術(shù)是輕小型航空遙感集成系統(tǒng)技術(shù)難點(diǎn)之一。輕小型航空遙感系統(tǒng)的精度不僅受數(shù)字航測相機(jī)、LiDAR, POS與慣性穩(wěn)定平臺等核心部件精度的影響，更取決于集成系統(tǒng)中多傳感器時空參數(shù)和動態(tài)變化模型的準(zhǔn)確性。目前國內(nèi)沒有高精度的地對地檢校場，多傳感器時空參考和飛行環(huán)境的復(fù)雜性導(dǎo)致遙感集成系統(tǒng)的時空參考和轉(zhuǎn)換參數(shù)難以精確確定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置，它能進(jìn)行航空遙感系統(tǒng)的檢校，保證航空遙感系統(tǒng)在實(shí)際作業(yè)中的精度。通過獲取檢校參數(shù)，解算合格測繪成果；對集成系統(tǒng)進(jìn)行高精度集成檢校，實(shí)現(xiàn)多載荷傳感器柔性匹配聯(lián)結(jié)，進(jìn)行多種模式的飛行測試驗(yàn)證。旨在實(shí)現(xiàn)輕小型航空遙感系統(tǒng)的快速檢校、測試，故應(yīng)滿足在模擬飛行狀態(tài)下進(jìn)行反復(fù)多次的系統(tǒng)可控操作運(yùn)行。為了解決背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供了一種航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置，其采用以下技術(shù)方案它包含塔吊、地面控制場、滑軌和吊倉，所述塔吊垂直設(shè)置在所述地面控制場上，在所述塔吊的上部設(shè)置所述滑軌，所述滑軌的軌道內(nèi)滑動連接裝載有所述吊倉(3)。進(jìn)一步，塔吊的塔身采用正方形斷面，正方形斷面的尺寸為1. 2mX 1. 2m ；塔吊的塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)選用2. 5m或3m ；塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的類型為整體式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)或拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)， 連接方式為采用蓋板螺栓、套柱螺栓、插銷軸或插板銷軸連接，塔身的豎直高度為60m，所述滑軌的軌道長55m，配重臂長17m，為了抗風(fēng)而將滑軌的軌道和配重臂設(shè)計(jì)成能夠轉(zhuǎn)動的， 塔吊的整體性能載重量為500kg，塔身座為6mX6m的水泥底座，塔身具有良好接地導(dǎo)電性能以用于避雷擊；進(jìn)一步，所述滑軌的工作面高度為50米，其有效長度大于52米，滑軌4能夠轉(zhuǎn)動， 其轉(zhuǎn)動范圍120-260度，并能鎖定角度；進(jìn)一步，所述地面控制場上布設(shè)地面控制點(diǎn)，地面控制點(diǎn)之間的間隔距離小于10 米，精度為Icm;進(jìn)一步，所述吊倉自身能夠以X、Y、Z三方向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)量為俯仰士 10度、側(cè)滾士 10度，航偏角360度旋轉(zhuǎn)，吊倉模擬機(jī)艙姿態(tài)時采用地面遙控、電動機(jī)驅(qū)動的工作方式， 吊倉的底部分為四個部分，第一部分用于與吊倉的壁固定相連，第二部分用于實(shí)現(xiàn)吊倉的俯仰，第三部分用于實(shí)現(xiàn)吊倉的測滾，第四部分用于實(shí)現(xiàn)吊倉的旋轉(zhuǎn)并承載傳感器。進(jìn)一步，所述地面控制點(diǎn)布設(shè)的區(qū)域最大面積為120X80平方米，最小面積為 80X80平方米，所述區(qū)域分為稀疏區(qū)、密集區(qū)和高密集區(qū)三種密度分布，在稀疏區(qū)地面控制點(diǎn)之間的間距為4m，在密集區(qū)地面控制點(diǎn)之間的間距為2m，在高密集區(qū)地面控制點(diǎn)之間的間距為Im ；進(jìn)一步，所述地面控制點(diǎn)設(shè)置在石頭或水泥塊上，所述石頭或水泥塊的形狀為四棱太體，頂面為20cm左右的正方形，底面為40cm左右的正方形，高80cm，地面控制點(diǎn)置于頂面的中心，以中心為圓心標(biāo)記紅白相間的同心圓環(huán)。本發(fā)明還提供一種利用航空遙感集成系統(tǒng)檢校場進(jìn)行校驗(yàn)的方法，通過塔吊、地面控制場、吊倉的建設(shè)，將航空遙感集成系統(tǒng)裝載到吊倉，模擬航空攝影狀態(tài)，獲取檢校數(shù)據(jù)，經(jīng)地面解算獲得檢校參數(shù)，完成性能測試，進(jìn)一步，其具體采用的步驟為，1)接通塔吊電源箱內(nèi)的總電源；2)進(jìn)入系統(tǒng)飛控設(shè)計(jì)界面，設(shè)定系統(tǒng)傳感器獲取數(shù)據(jù)位置；3)設(shè)定滑軌的位置，將其置于地面控制場上方；4)下降吊倉至地面，裝入遙感集成系統(tǒng)，抬升吊倉至55米工作面；5)按一定姿態(tài)勻速運(yùn)行吊倉，系統(tǒng)自動在預(yù)先制定位置獲取數(shù)據(jù)；6)改變吊倉姿態(tài)，再按步驟5)進(jìn)行獲取數(shù)據(jù)；7)下降吊倉，卸載傳感器，地面解算數(shù)據(jù)，獲得檢校數(shù)據(jù)參數(shù)。本發(fā)明選取選80米塔吊1，臂長50米，底部地面布設(shè)檢校場(地面控制點(diǎn)坐標(biāo)間隔小于10米)，精確測量空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)(平面高程精度優(yōu)于1cm)，制作不同大小、不同材質(zhì)、不同顏色控制點(diǎn)標(biāo)志。遙感系統(tǒng)在滑軌上滑行模擬飛行狀態(tài)，吊倉自身可以X、Y、Z三方向旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)姿態(tài)模擬，獲取遙感數(shù)據(jù)。本發(fā)明能進(jìn)行航空遙感系統(tǒng)的檢校，保證航空遙感系統(tǒng)在實(shí)際作業(yè)中的精度。通過獲取檢校參數(shù)，解算合格測繪成果；對集成系統(tǒng)進(jìn)行高精度集成檢校，實(shí)現(xiàn)多載荷傳感器柔性匹配聯(lián)結(jié)，進(jìn)行多種模式的飛行測試驗(yàn)證。旨在實(shí)現(xiàn)輕小型航空遙感系統(tǒng)的快速檢校、 測試，故應(yīng)滿足在模擬飛行狀態(tài)下進(jìn)行反復(fù)多次的系統(tǒng)可控操作運(yùn)行。


圖1為本發(fā)明中校驗(yàn)場數(shù)學(xué)模型縱剖視圖；圖2為本發(fā)明中校驗(yàn)場數(shù)學(xué)模型的俯視圖；圖3為本發(fā)明中控制點(diǎn)分布圖；圖4為IMU與航攝儀間的視準(zhǔn)軸誤差ex、ey、ez關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式參照圖1-2，本具體實(shí)施方式
采用以下技術(shù)方案它包含塔吊1、地面控制場2、滑軌4和吊倉3，塔吊1垂直設(shè)置在地面控制場2上，在塔吊1的上部設(shè)置有滑軌4，滑軌4的軌道內(nèi)滑動連接吊倉3，以便在滑軌4內(nèi)滑動。其中，吊倉3內(nèi)裝載有遙感集成系統(tǒng)，在滑軌4內(nèi)滑行模擬平穩(wěn)飛行狀態(tài)，獲取檢校數(shù)據(jù)，經(jīng)地面控制場2解算獲得檢校參數(shù)，完成性能測試。上述實(shí)施例中，塔吊1的塔身采用方形斷面，斷面尺寸為1. 2mXl. 2m ；塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)選用2. 5m或3m ；塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)采用整體式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)或拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，連接方式采用蓋板螺栓或套柱螺栓或插銷軸或插板銷軸；豎塔高60米，滑軌3的滑道長55米，配重臂長17 米。整體性能要求載重500Kg，抗風(fēng)性能11級(為了抗風(fēng)，滑道和配重臂可以轉(zhuǎn)動，因此產(chǎn)生一個55米半徑的空中覆蓋)。塔身座為6X6平方米的水泥底座，塔身良好接地以便逼
田ο上述實(shí)施例中，滑軌4的高度(即工作面高度)為50米，由豎塔支撐，滑道有效長度大于52米，滑軌3的轉(zhuǎn)動范圍120-260度，并可以鎖定角度。上述實(shí)施例中，吊倉3自身可以在X、Y、Z三個方向旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)姿態(tài)模擬，獲取遙感檢校數(shù)據(jù)。吊倉3的旋轉(zhuǎn)量為俯仰士 10度、側(cè)滾士 10度，航偏角360旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)鮽}3模擬機(jī)艙姿態(tài)時，用地面遙控，電機(jī)驅(qū)動的工作方式；吊倉3的角度偏轉(zhuǎn)可以保持在活動范圍內(nèi)的任意位置；吊倉3的吊籃底部分為四部分第一部分固定部分與吊籃壁相連；第二部分實(shí)現(xiàn)俯仰；第三部分實(shí)現(xiàn)側(cè)滾；第四部分實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)并承載傳感器。上述實(shí)施例中，本發(fā)明的塔吊1采用的最佳高度為60米；滑軌4的最佳長度為55 米；地面控制場2上布設(shè)有地面控制點(diǎn)，其地面控制點(diǎn)坐標(biāo)間隔為4米，按控制點(diǎn)分布及控制點(diǎn)標(biāo)志要求精確布設(shè)控制點(diǎn)標(biāo)志，建立地面控制場2 (如圖3所示)。精確測量控制場內(nèi)控制點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)(平面高程精度優(yōu)于1cm)。其中，地面控制點(diǎn)布設(shè)區(qū)域?yàn)樽畲?20 X 80平方米，最小80 X 80平方米，分稀疏、 密集和高密集三種密度分布。高密集區(qū)控制點(diǎn)間距為1米，密集區(qū)控制點(diǎn)間距為2米，稀疏區(qū)控制點(diǎn)間距為4米。地面控制點(diǎn)設(shè)置方法如下控制點(diǎn)布設(shè)在有效的控制區(qū)域，在沒有影響地質(zhì)明顯變化的事件發(fā)生情況下，三年內(nèi)控制點(diǎn)的相對位移應(yīng)小于2毫米。按照規(guī)劃設(shè)計(jì)在控制點(diǎn)點(diǎn)位處埋石或現(xiàn)澆水泥筑塊，控制點(diǎn)設(shè)置在石頭或水泥塊上。石頭或水泥塊形狀為四棱太體，頂面為20厘米見方的正方形，底面為40厘米見方的正方形，高80厘米。控制點(diǎn)置于頂面的中心，以中心為圓心標(biāo)記紅白相間的同心圓環(huán)。本發(fā)明的航空遙感集成系統(tǒng)檢校場建設(shè)主要用于對各傳感器本身的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，航空器與集成遙感系統(tǒng)的適配驗(yàn)證，多組合模式的相對參數(shù)、傳感器的偏心量檢測驗(yàn)證，數(shù)據(jù)處理軟件性能測試等。其包括以下步驟(1)對多傳感器集成系統(tǒng)的空間適配、電磁、機(jī)械、電能、光學(xué)環(huán)境適配及安全性、 可靠性、耐久性指標(biāo)進(jìn)行檢測。(2)數(shù)碼航空相機(jī)與POS系統(tǒng)的空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)檢校驗(yàn)證、時間同步轉(zhuǎn)換參數(shù)檢校驗(yàn)證；POS系統(tǒng)的移動軌跡與姿態(tài)與數(shù)碼航空相機(jī)的姿態(tài)驗(yàn)證等。(3)不同集成方式遙感系統(tǒng)本身的各種參數(shù)和運(yùn)行函數(shù)的檢校驗(yàn)證。通過飛行記錄驗(yàn)證遙感集成系統(tǒng)工作狀態(tài)和穩(wěn)定性，通過數(shù)據(jù)交叉處理結(jié)果驗(yàn)證各個集成系統(tǒng)的精度。(4)集成系統(tǒng)對各種環(huán)境因素的適應(yīng)能力。主要檢校內(nèi)容1、IMU與航攝儀的安裝夾角理想情況下，IMU與航攝儀的相應(yīng)軸應(yīng)該平行，但由于安裝工藝上的原因，將IMU 安裝在航攝儀上后，兩坐標(biāo)系的相應(yīng)軸實(shí)際是不可能平行的，存在一定的夾角，相應(yīng)軸間的夾角為視準(zhǔn)軸誤差ex、ey、ez，如圖4所示。
IMU與航攝儀間的視準(zhǔn)軸誤差ex、ey、ez視準(zhǔn)軸誤差無法直接測定，只有利用已知外方位元素的影像來間接求取，需要建立有大量地面控制點(diǎn)的檢校場來進(jìn)行測定。2、POS系統(tǒng)直接測圖精度驗(yàn)證為驗(yàn)證POS系統(tǒng)輔助航空攝影測量能否實(shí)現(xiàn)測區(qū)內(nèi)無地面控制的攝影測量，不僅需要對IMU的安裝夾角和偏心量進(jìn)行標(biāo)定，同時要對POS系統(tǒng)輸出的外方位元素精度進(jìn)行檢校驗(yàn)證，這需要大量精度為Icm的地面標(biāo)志點(diǎn)。在單獨(dú)像對內(nèi)，利用單像片空間后方交會獲取像片外方位元素，然后通過前方交會獲取地面點(diǎn)坐標(biāo)，與已知地面標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)比較， 反驗(yàn)后方交會獲取的外方位元素，將該外方位元素作為真值驗(yàn)證POS系統(tǒng)獲取的外方位元素。在整個檢校場區(qū)域，利用空中三角測量軟件得到的外方位元素來驗(yàn)證POS輸出的外方位元素。本具體實(shí)施方式
能進(jìn)行航空遙感系統(tǒng)的檢校，保證航空遙感系統(tǒng)在實(shí)際作業(yè)中的精度。通過獲取檢校參數(shù)，解算合格測繪成果；對集成系統(tǒng)進(jìn)行高精度集成檢校，實(shí)現(xiàn)多載荷傳感器柔性匹配聯(lián)結(jié)，進(jìn)行多種模式的飛行測試驗(yàn)證。旨在實(shí)現(xiàn)輕小型航空遙感系統(tǒng)的快速檢校、測試，故應(yīng)滿足在模擬飛行狀態(tài)下進(jìn)行反復(fù)多次的系統(tǒng)可控操作運(yùn)行。綜上所述，本發(fā)明在使用時，通過塔吊1、地面控制場2、吊倉3的建設(shè)，將航空遙感集成系統(tǒng)裝載到吊倉3，模擬航空攝影狀態(tài)，獲取檢校數(shù)據(jù)，經(jīng)地面解算獲得檢校參數(shù)，完成性能測試；其步驟如下1)接通塔吊1電源箱內(nèi)的總電源。2)進(jìn)入系統(tǒng)飛控設(shè)計(jì)界面，設(shè)定系統(tǒng)傳感器獲取數(shù)據(jù)位置。3)設(shè)定滑軌4的位置，將其置于地面控制場2上方。4)下降吊倉3至地面，裝入遙感集成系統(tǒng)，抬升吊倉3至55米工作面。5)按一定姿態(tài)勻速運(yùn)行吊倉3，系統(tǒng)自動在預(yù)先制定位置獲取數(shù)據(jù)。6)改變吊倉3姿態(tài)，再按步驟5進(jìn)行獲取數(shù)據(jù)。7)下降吊倉3，卸載傳感器，地面解算數(shù)據(jù)，獲得檢校數(shù)據(jù)參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置，其特征在于它包含塔吊(1)、地面控制場(2)、滑軌(4)和吊倉(3)，所述塔吊(1)垂直設(shè)置在所述地面控制場上，在所述塔吊(1)的上部設(shè)置所述滑軌(4)，所述滑軌(4)的軌道內(nèi)滑動連接裝載有所述吊倉(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置，其特征在于，所述塔吊(1)的塔身采用正方形斷面，正方形斷面的尺寸為1. 2mX 1. 2m ；塔吊(1)的塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)選用2. 5m或 3m ；塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的類型為整體式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)或拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，連接方式為采用蓋板螺栓、套柱螺栓、插銷軸或插板銷軸連接，塔身的豎直高度為60m，所述滑軌(4)的軌道長55m， 配重臂長17m，為了抗風(fēng)而將滑軌(4)的軌道和配重臂設(shè)計(jì)成能夠轉(zhuǎn)動的，塔吊(1)的整體性能載重量為500kg，塔身座為6mX6m的水泥底座，塔身具有良好接地導(dǎo)電性能以用于避雷擊。
3.如權(quán)利要求1所述的航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置，其特征在于所述滑軌(4)的工作面高度為50米，其有效長度大于52米，滑軌(4)能夠轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動范圍120-260度，并能鎖定角度。
4.如權(quán)利要求2所述的航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置，其特征在于所述滑軌(4)的工作面高度為50米，有效工作長度大于52米，所述滑軌(4)的轉(zhuǎn)動范圍為120-260度，并能鎖定角度。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置，其特征在于所述地面控制場(2)上布設(shè)地面控制點(diǎn)，地面控制點(diǎn)之間的間隔距離小于10米，精度為1cm。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置，其特征在于，所述吊倉(3) 自身能夠以X、Y、Z三方向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)量為俯仰士 10度、側(cè)滾士 10度，航偏角360度旋轉(zhuǎn)， 吊倉(3)模擬機(jī)艙姿態(tài)時采用地面遙控、電動機(jī)驅(qū)動的工作方式，吊倉(3)的底部分為四個部分，第一部分用于與吊倉(3)的壁固定相連，第二部分用于實(shí)現(xiàn)吊倉的俯仰，第三部分用于實(shí)現(xiàn)吊倉(3)的測滾，第四部分用于實(shí)現(xiàn)吊倉(3)的旋轉(zhuǎn)并承載傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置，其特征在于，所述地面控制點(diǎn)布設(shè)的區(qū)域最大面積為120 X 80平方米，最小面積為80 X 80平方米，所述區(qū)域分為稀疏區(qū)、密集區(qū)和高密集區(qū)三種密度分布，在稀疏區(qū)地面控制點(diǎn)之間的間距為4m，在密集區(qū)地面控制點(diǎn)之間的間距為2m，在高密集區(qū)地面控制點(diǎn)之間的間距為lm。
8.如權(quán)利要求7所述的航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置，其特征在于，所述地面控制點(diǎn)設(shè)置在石頭或水泥塊上，所述石頭或水泥塊的形狀為四棱太體，頂面為20cm左右的正方形， 底面為40cm左右的正方形，高80cm，地面控制點(diǎn)置于頂面的中心，以中心為圓心標(biāo)記紅白相間的同心圓環(huán)。
9.一種利用權(quán)利要求1-8之一所述航空遙感集成系統(tǒng)檢校場進(jìn)行校驗(yàn)的方法，其特征在于，通過塔吊(1)、地面控制場(2)、吊倉(3)的建設(shè)，將航空遙感集成系統(tǒng)裝載到吊倉 (3)，模擬航空攝影狀態(tài)，獲取檢校數(shù)據(jù)，經(jīng)地面解算獲得檢校參數(shù)，完成性能測試。
10.如權(quán)利要求8所述校驗(yàn)的方法，其特征在于，包括如下步驟1)接通塔吊⑴電源箱內(nèi)的總電源；2)進(jìn)入系統(tǒng)飛控設(shè)計(jì)界面，設(shè)定系統(tǒng)傳感器獲取數(shù)據(jù)位置；3)設(shè)定滑軌(4)的位置，將其置于地面控制場(2)上方；4)下降吊倉(4)至地面，裝入遙感集成系統(tǒng)，抬升吊倉(3)至55米工作面；5)按一定姿態(tài)勻速運(yùn)行吊倉(3)，系統(tǒng)自動在預(yù)先制定位置獲取數(shù)據(jù)；6)改變吊倉(3)姿態(tài)，再按步驟5)進(jìn)行獲取數(shù)據(jù)；7)下降吊倉(3)，卸載傳感器，地面解算數(shù)據(jù)，獲得檢校數(shù)據(jù)參數(shù)。
全文摘要
航空遙感集成系統(tǒng)檢校裝置及方法，它涉及一種三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它包含塔吊(1)、地面控制場(2)、吊倉(3)和滑軌(4)，塔吊(1)上豎直設(shè)置在地面控制場(2)上，滑軌(4)設(shè)置在塔吊(1)上，吊倉(3)設(shè)置在滑軌(4)上。它采用的方法為通過塔吊(1)、地面控制場(2)、吊倉(3)的建設(shè)，將集成系統(tǒng)裝載到吊倉(3)，模擬航空攝影狀態(tài)，獲取檢校數(shù)據(jù)，經(jīng)地面解算獲得檢校參數(shù)，完成性能測試。它能進(jìn)行航空遙感系統(tǒng)的檢校，保證航空遙感系統(tǒng)在實(shí)際作業(yè)中的精度。通過獲取檢校參數(shù)，解算合格測繪成果；對集成系統(tǒng)進(jìn)行高精度集成檢校，實(shí)現(xiàn)多載荷傳感器柔性匹配聯(lián)結(jié)，進(jìn)行多種模式的飛行測試驗(yàn)證。
文檔編號G01D18/00GK102506930SQ20111035588
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者關(guān)艷玲, 馮瑋煒, 劉先林, 劉宗杰, 姚繼峰, 左建章, 李軍杰, 楊鐵利, 蘇玉楊, 馬浩 申請人:中國測繪科學(xué)研究院, 北京四維遠(yuǎn)見信息技術(shù)有限公司