一种测绘一体机的倾斜测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测绘技术领域，尤其涉及一种测绘一体机的倾斜测量方法。
【背景技术】
[0002]传统测绘一体机需要测绘人员利用对中杆的气泡使一体机保持水平，一体机相位中心点的经玮度即杆子底部测量点的经玮度，测量点的高度则是一体机的相位中心减去已知的杆子底部到一体机相位中心距离d即可。但为保证精度，这种方法需要测绘人员维持对中的时间，约半分钟左右，难度较大且影响测绘效率。最新的测绘一体机加入了倾斜测量的功能，测绘人员可以在倾斜最大约20度的范围内保持几秒钟后计算出杆底位置。要实现倾斜测量，需要有实时的一体机的倾角和方位角，需要角度测量系统。现有的做法是使用倾角传感器和磁强传感器组成的系统来分别直接测量姿态角和方位角。但这种做法存在不足:
[0003](I)倾角传感器只在静止时输出的角度精度才可用，如果由于风等外力因素使杆子有晃动，则输出的倾角精度有损失；
[0004](2)在磁环境碰到突然的变化，例如附近有汽车经过时，方位角会有较大的误差，并可能有较大的跳动；
[0005](3)在用户未知磁环境好坏的情况下，进行磁标定之后，可能会造成标定结果带有较大误差，直接降低后边使用时的精度；
[0006](4)为控制成本，传感器一般采用低成本的器件，低成本器件的可靠性难以百分百保证。
[0007]综上所述，现有技术中的倾斜测量方法存在输出的倾角精度低以及方位角有较大的误差的问题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种测绘一体机的倾斜测量方法，旨在解决针对现有技术中的倾斜测量方法存在输出的倾角精度低以及方位角有较大的误差的问题。
[0009]本发明是这样实现的，一种测绘一体机的倾斜测量方法，所述倾斜测量方法包括:
[0010]对陀螺仪传感器的测量值进行冗余判断和预处理后得到第一姿态角和第一方位角，同时对加速度计传感器的测量值和磁强传感器的测量值进行冗余判断和预处理后得到第二姿态角和第二方位角；
[0011]将所述第二姿态角与所述第一姿态角进行相减后得到姿态角的差值，将所述第二方位角与所述第一方位角进行相减后得到方位角的差值；
[0012]对所述姿态角的差值和所述方位角的差值进行预判定和预处理后发送给卡尔曼滤波器进行滤波，以得到修正后的姿态角和方位角。
[0013]对陀螺仪传感器、加速度计传感器以及磁强传感器的测量值进行冗余判断和预处理的步骤具体为:
[0014]在所述陀螺仪传感器、所述加速度计传感器或所述磁强传感器中任意选择两个传感器，根据其中一个传感器的三轴坐标、另一个传感器的任一轴坐标以及所述两个传感器的三轴坐标系之间的相对角度计算常系数；
[0015]根据所述常系数判断所述两个传感器的每一个轴的数据是否合格，是，则采用该轴数据，否，则放弃该轴数据。
[0016]所述根据其中一个传感器的三轴坐标、另一个传感器的任一轴坐标以及所述两个传感器的三轴坐标系之间的相对角度计算常系数的步骤具体为:
[0017]根据以下关系式计算常系数:
[0018]al.xl+bl.yl+cl.zl+dl.x2 = O
[0019]xl = [xl 0 0]
[0020]yl = [0 yl 0]
[0021]zl = [0 0 zl]
[0022]x2 = [x2.sin a I.cos β I x2.sin a I.sin β I x2.cos a I]
[0023]其中，al、bl、cl以及dl为常系数，xl、yl、zl为一个传感器的三轴坐标，x2为另一个传感器的任一轴坐标，α 1，β I为两个传感器的三轴坐标系之间的相对角度。
[0024]所述根据所述常系数判所述两个传感器的每一个轴的数据是否合格，是，则采用该轴数据的步骤具体为:
[0025]根据以下关系式计算常系数对某一个传感器的每一轴的数据进行判断:
[0026]al.xl+bl.yl+cl.zl+dl.x2 ^ 0...(I)
[0027]a2.xl+b2.yl+c2.zl+d2.y2 ^ Cl...(2)
[0028]a3.xl+b3.yl+c3.zl+d3.z2 ^ Cl...(3)
[0029]其中，xl、yl、zl为一个传感器的三轴坐标，x2、y2、z2为另一个传感器的三轴坐标；
[0030]当公式(I)和公式⑵成立，公式(3)不成立时，判定z2轴出现故障；当公式(I)和公式(3)成立，公式(2)不成立时，判定y2轴出现故障；当公式(2)和公式(3)成立，公式(I)不成立时，判定x2轴出现故障。
[0031]所述将所述姿态角的差值和所述方位角的差值经过预判定和预处理后发送给卡尔曼滤波器进行滤波的步骤中将所述姿态角的差值进行预判定和预处理的步骤具体为:
[0032]判断所述加速度计传感器的测量值与重力的差的绝对值是否大于第一预设值，是，则放弃所述姿态角差值，否，则判断所述加速度计传感器的测量值与重力的差的绝对值是否大于第二预设值，是，则放弃所述姿态角差值并将所述加速度计传感器的测量值进行降权后发送给卡尔曼滤波器进行滤波，否，则将所述姿态角的差值发送给卡尔曼滤波器进行滤波。
[0033]所述将所述姿态角的差值和所述方位角的差值经过预判定和预处理后发送给卡尔曼滤波器进行滤波的步骤中将所述方位角的差值进行预判定和预处理的步骤具体为:
[0034]判断卡尔曼滤波器进行滤波时间是否大于第三预设值，否，则将所述方位角的差值发送给卡尔曼滤波器进行滤波，是，则判断所述磁强传感器的测量值与当地磁模型的差值的绝对值是否大于第四预设值，是，则放弃所述方位角的差值，否，则判断所述方位角的差值的绝对值是否大于第五预设值，是，则放弃所述方位角的差值，否，则判断所述方位角的差值的绝对值是否大于第六预设值，是，则放弃所述方位角差值并将所述磁强传感器的测量值进行降权后发送给卡尔曼滤波器进行滤波，否，则将所述方位角的差值发送给卡尔曼滤波器进行滤波。
[0035]所述倾斜测量方法还包括:
[0036]A.采集所述磁强传感器测量的磁强数据并进行保存，同时将所述磁强数据经过滤波器滤波后得到修正后的磁强数据；
[0037]B.将所述修正后的磁强数据与保存的磁强数据进行残差计算后得到残差统计量;
[0038]C.判断所述残差统计量是否小于第七预设值，否，则判定所述修正后的磁强数据无效数据，并返回执行所述步骤A，是，则执行步骤D ;
[0039]D.判断所述残差统计量是否小于第八预设值，是，则保存所述修正后的磁强数据，否，则删除所述残差统计量中大于第九预设值的数据，并将剩余的残差统计量经过滤波器滤波后得到标定的磁强数据。
[0040]所述步骤A中将所述磁强数据经过滤波器滤波后得到修正后的磁强数据的步骤具体为:
[0041]判断所述磁强数据与所述修正后的磁强数据的差值是否小于第十预设值，是，则保存修正后的磁强数据，否，则重新采集所述磁强传感器测量的磁强数据。
[0042]本发明提供一种测绘一体机的倾斜测量方法，采用卡尔曼滤波器来过滤测绘一体机的晃动与磁场的突变，提高倾斜测量系统的稳定度和可靠度，使用冗余的低成本传感器进行测量，在降低成本的同时提升了硬件可靠性，解决了现有技术中的倾斜测量方法存在输出的倾角精度低以及方位角有较大的误差的问题，并且提高倾斜测量系统的精度可靠性和可用性，另外在磁强传感器标定过程中，计算估计的参数的质量，来标示标定参数的质量是否合格。
【附图说明】
[0043]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]图1是本发明一种实施例提供的一种测绘一体机的倾斜测量方法的流程图；
[0045]图2是本发明另一种实施例提供的一种测绘一体机的倾斜测量方法的流程图；
[0046]图3是本发明一种实施例提供的一种测绘一体机的倾斜测量方法中的两组正交的三轴正