[发明专利]一种自主气象改正的光电测距系统及方法

说明书

为有效减小气象元素代表性误差对光电测距气象改正的影响，并摆脱现有技术中无人机定位对卫星信号的依赖，本发明提供一种自主气象改正的光电测距系统及方法，系统由智能型全站仪和无人机构成，所述无人机上搭载时钟模块、机载棱镜、温度传感器、气压传感器、湿度传感器和存储模块；无人机按预设的采样间距、采样频率、悬停时长沿设计航线飞行并测定各悬停点上的温度、气压、湿度；智能型机器人对机载棱镜进行跟踪测量；最后对待改正距离按照悬停点进行分段改正。本发明将智能型全站仪和无人机有机组合，实现了二者的优势互补；相比于传统的气象改正，能大大降低气象元素代表性误差，有效地提高复杂气象条件下的光电测距精度。

技术领域

本发明属于工业和工程测量领域，尤其涉及一种能实现自主气象改正的光电测距系统及方法。

背景技术

所谓光电测距包括电磁波测距、激光测距和红外光测距，目前在工业和工程测量领域得到了广泛运用。由于测距信号在大气中传播时，会产生大气折射效应，因此需要对距离观测值施加气象改正。精密的气象改正需要获取测距信号传播路径上各点的气象元素。由于条件的限制，目前最常用的方法是在仪器(如全站仪)和目标(如棱镜)两处分别测定干温、湿温、气压等气象元素，然后取两处的平均值代入公式计算气象改正。这在距离较短、气象条件较为稳定的条件下是可以满足要求的，但是实际工作中，测距信号传播路径上的气象元素分布往往并不呈线性变化，也没有固定的变化规律，因而现有方法会引入较大的气象元素代表性误差，信号传播路径越长、大气的分布越不均匀，误差也就越大。

智能型全站仪又称为测量机器人，是一种高精度、自动化的全站仪，具有马达驱动、自动照准、自动跟踪测量等功能，测角精度可以达到0.5秒、测距精度可以达到0.6mm+1ppm，其自动跟踪功能可以实现对运动物体的mm级高精度不间断测量。

无人机是无人驾驶飞机的简称，与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对环境要求低、飞行灵巧等优点。在气象领域，已有用无人机进行气象元素采集的案例。但目前无人机导航多采用卫星导航方式，如GPS、GLONASS、BDS等，其缺点主要在于：①必须处于视野开阔的区域，以便能接收到4颗以上卫星信号进行导航定位，在地下、山谷、隧道等卫星信号不佳或无法到达的区域无法定位，而一些高精度测距的工程项目(如地铁监测、水电站、海底隧道等)往往位于这些区域；②导航定位精度有限，多数采用伪距单点定位方式，精度在10～30m。

发明内容

为有效减小气象元素代表性误差对气象改正的影响，并摆脱现有技术中无人机定位对卫星信号的依赖，本发明提供一种自主气象改正的光电测距系统及方法，采用如下的技术方案：

(一)本发明提供一种自主气象改正的光电测距系统，包括如下部分：

智能型全站仪，用于测定距离初始值并实时测定无人机的坐标；

目标棱镜，用于配合智能型全站仪进行距离、角度与坐标测量；

无人机，用于携带气象传感器沿指定路线飞行；

机载棱镜，用于配合智能型全站仪实时测定无人机的坐标；

时钟模块，用于提供时间信息；

温度传感器，用于测定温度；

气压传感器，用于测定气压；

湿度传感器，用于测定湿度；

存储模块，用于记录前述的时间、坐标、温度、气压、湿度信息；

地面控制系统，用于协调智能型全站仪及无人机的工作；

所述目标棱镜安置于目标点上；

所述机载棱镜、时钟模块、温度传感器、气压传感器、湿度传感器和存储模块均搭载于无人机上；

所述地面控制系统与无人机建立无线通讯；