车载移动测量系统

关键词： 气候系统 上受 影响 气象

车载移动测量系统（精选六篇）

车载移动测量系统 篇1

气候系统的变暖是不争的事实[1]。随着全球气候变化影响的日趋明显,近年来极端天气、气候事件频发,影响日趋广泛,在未来还将呈增加趋势。我国是处于东南亚季风气候区的国家之一,同时也是世界上受气象灾害影响最严重的国家之一,需要气象服务提供更具针对性、准确性的基础保障。

到目前为止,我国自动气象站观测网、新一代天气雷达监测网的建设已初具规模,从中国气象局气象探测中心运行监控与保障平台的统计结果显示,全国入网并且正常运行的新一代天气雷达共118部(包括SA、SB、SC、CB、CC、CD、CCJ共7种型号)、自动气象站共2 129套(包括国家基准气候站、国家基本气象站和国家一般气象站)、探空雷达120部(包括L波段和59-701波段2种型号)[2]。这些设备在台风期间发挥了重要作用,大大减轻了国家的经济损失,提高了人民的生命、财产安全[3]。然而,我国的气象基础保障工作还不够完善,主要体现在如下几个方面:气象灾害的应急监测水平不高,尚未实现对灾害性天气全天候、无缝隙的实时监测,尤其是遇到重大灾害性天气、重大活动时,常规固定观测设备的资料收集尚不能满足此类事件应急观测的需要[4];气象服务的覆盖面不高,气象服务“最后一公里”的问题还未解决;应急技术支持和保障体系还比较滞后,对应急保障的反应能力不高,尚未建立与气象现代化建设相适应的健全、反应快速、保障有力的应急保障体系;针对突发社会安全事件、公共卫生事件 、交通运输、核辐射事故、化学品和生产活动造成的环境污染和生态破坏事件等突发灾害的气象应急响应服务能力缺位,需要建立气象应急响应服务体系[5]。另外,从近些年来几次特大气象灾害(1998年罕见洪水、2006年重庆百年未遇的特大旱灾、2006年的近50年来最强台风“桑美”2008年南方冰冻雨雪天气和四川汶川特大地震灾害)的特点来看,气象灾害有向突发性、复杂性和不确定性方向发展的趋势,在某种程度上具有一定的不可预测性,而现有地面综合探测系统的“固网”特征临机应变的能力不强。

气象应急(车载)系统(以下简称“应急车载系统”)的特点是:具备良好的野外机动性能和仪器的高稳定性能,能快捷安装、数据及时采集传输;能对时、空随机性强的重大灾害性天气事件(如台风、沙尘暴、龙卷等) 进行追踪监测;对对重要区域(如重大城市、高速公路、主要的交通枢纽等)影响严重的突发性气象事件(如洪水、暴雪、冰冻雨雪、强地震等)进行现场监测和快速应急服务;还能实现重大活动(如重大工程的关键性作业、重大科学试验、重大灾害事件、大型运动会) 的现场监测和气象保障服务[6]。因此,应急车载系统是应急气象服务的基础工作平台,是固定气象服务系统的延伸,是气象观测的有效补充,它可有效地扩展气象应急服务的通信、监控和反应能力,快速获取第一手现场资料,实现高效、快速服务决策,在气象灾害频发的今天具有很大的发展优势和应用潜力。

1 应急车载系统的组成

在出现重大灾情、突发社会公共安全事件或在重大庆典活动时,应急移动车开赴现场,作为固定观测系统的有效延伸,有针对性地加密观测当地气象要素,实时、全程掌控现场环境状况,并将观测和采集的结果实时、快速上传到固定服务中心,直接支持领导获取第一手资料,便于专家和领导做出决策;当出现特大事件时,应急移动车载系统也可作为应急服务中心,支持领导和业务专家亲临现场,进行资源的科学、合理调度,实现高效、快速的现场服务决策。

基于上述目的,应急车载系统分成如下子系统:

a) 移动气象综合探测系统。该系统为应急移动服务提供信息采集支撑,它可以分为车载基本探测系统和可扩充移动探测系统。基本探测系统包括移动式多要素自动气象观测仪(可观测风速、风向、温度、气压、湿度和降雨量等);可扩充移动探测系统主要包括车载新一代雷达系统、车载风廓线仪、移动GPS(全球定位系统)探空仪、能见度探测仪、车载便携式气象激光雷达、多要素大气成分观测仪等。

b) 气象应急载车工作平台。该系统为应急移动服务提供基础的运载平台,该工作平台能集成移动多功能通信系统、车内计算机网络系统、车群作业通信联网系统、信息/气象产品显示系统、移动气象探测系统的搭载平台、移动办公空间(会议桌等)、基本生活设施、设备运输储藏仓、内部设备扩充机柜、供电(自主发电、UPS(不间断电源))等设备。

c) 车载电子设备控制系统。该系统为应急移动服务提供服务支撑,它能够通过车载摄像机和便携式摄像机进行现场实时图像采集,并通过有线和无线传输方式,传送到应急服务车上;应急服务车到达现场,能够对附近360°范围发生的情况进行图像采集;在视距达不到或车辆无法到达的地区,可携带便携式摄像机实时采集现场图像,通过有线电缆(短距离)或无线技术(长距离)把图像传送到车内应急服务平台;能够显示车外现场视频信号、车内视频信号、计算机VGA信号和视频会议信号等;能够实现对显示设备(含大屏幕)、宽带切换矩阵、视音频切换矩阵、视频会议主机、摄像机及硬盘录像机等周边设备的集中控制;车内音响设备能提供车内会议扩声和对现场采集的音频、本地/远端通信话音、计算机多媒体音频及其他音响设备的音频进行扩声;视/音频信号在本地的存储和回放;对本车的地理位置进行定位、导航。

d) 移动多功能通信系统。该系统为应急移动服务提供指挥调度支撑,它由卫星通信部分、海事卫星电话、CDMA(码分多址)/GPRS(通用分组无线电业务)、超短波通信、视频通信、车内无线/有线局域网络、通信扩充接口、话音通信系统等几部分组成。应急移动通信系统至少具备2种以上的物理链路,能够与省级或以上气象信息中心进行信息交流,支持单车作业、群组作业和跨地区联动作业系统运行模式。

e) 应急服务信息处理系统。该系统为应急移动服务提供决策支持系统,它包括现场探测信息的处理及显示,依托移动多功能通信和网络信息实现探测信息向省级中心的传输,充分发挥探测站网信息资源和省级中心的气象资料处理及计算能力,实现远程气象信息资源调度管理。该系统包括应急预报服务分系统、气象产品综合显示分系统、三维电子沙盘及地理信息分系统、综合信息资源管理分系统、应急移动业务处理分系统、异地视频综合会商分系统。

2 应急车载系统的功能

应急车载系统集应急气象探测系统、应急移动服务信息处理与通信系统、应急移动决策支持系统和指挥调度系统为一体,具有强大的探测能力、信息处理能力和通信能力。

应急车载系统可以承载便携式自动气象站、车载新一代雷达系统、车载风廓线仪、移动GPS探空仪、能见度探测仪、车载便携式气象激光雷达和多要素大气成分观测仪等设备。不但可实现对温、压、湿、风等常规气象要素的观测,还能实现对降水云体的强度、分布范围、云顶高度等其他多种要素进行探测;可接收车载现场采集的天气要素数据和视频信息,经应急移动服务信息处理系统对其进行加工处理,提供暴雨、洪水、台风、冰雹等预测预报产品;实时接收固定服务中心的各类气象产品数据,如全国实时卫星资料、区域雷达资料,指导现场作业;通过车载系统的决策支持系统和指挥调度系统还能对突发公共安全事件以及气象灾害紧急事件做出快速反应、快速应答,以实现快速保障;对各种资源(大型探测设备、关键通信资源、气象业务专家等)的统一管理、统一服务、统一调度,使得离散的气象应急服务资源得以融合,可实现跨地区、跨部门快速高效的联合行动,实现对突发事件的统一服务、统一调度,从而提供高效、准确的气象保障服务。

3 应急车载系统的设计原则

a) 兼容性。即统一标准、互相兼容。系统建设所采用的技术体制及标准遵循中国气象局制定的相关规定和要求,同时考虑与专网和公网的互联,实现相互兼容,达到了互联互通的要求。

b) 先进性。充分运用现代通信与网络技术,提高建设起点,确保系统成为具有先进性、较长的生命周期、机动灵活、操作简单方便、信息交互流畅、系统安全稳定,并具有一定容错能力和抗毁能力的“可移动”的服务体系。

c) 可扩展性。系统具有省级和扩展的功能,能满足该领域业务发展的需要,方便应用范围扩大和应用水平提高,系统中预留设备空间,作为设备省级和扩展的基础;配置的软件便于维护、升级和扩充,支持二次开发;具有支持多种信息接口的能力。

d) 适用性。系统设计和研制充分考虑地域环境的差异,保证在各种恶劣的交通、通信环境下,系统仍具备机动灵活性、信息(语音、数据和视频)对外交互能力和保障工作人员安全的能力。

e) 经济性。系统设计遵循了效益最大化的原则,设计开发充分考虑包括载车、硬件以及其他资源的合理配置。

f) 可靠性。系统设计充分考虑了载车的可靠性,系统的关键设备将采用冗余设计,提高系统的容错能力,保证系统正常运行,并在系统出现问题时能够及时、自动报警,以便技术人员能迅速做出反应,及时解决问题。

g) 安全性。系统设计充分考虑系统的安全性,包括信息安全、物理安全和电气安全。系统有完整、同一的用户权限管理机制,防止非法访问、越级访问和非法操作;系统具有提供安全日志的功能;系统具有可靠、完备的数据备份和数据恢复的解决方案,确保数据的安全和完整;此外,系统在供电和环境监控方面采取了有效措施,为服务车提供较好的物理安全和电气安全。

h) 可维护性。系统设计充分考虑了系统的可维护性,提供的系统具有简单、直观、方便的维护和管理手段,尽量减少维护和管理环节。

4 应急车载系统的技术性能要求

4.1 技术要求

a) 机动性。系统开设时间(指从车到达开设地域到系统正常工作所需时间)环境温度在0 ℃~35 ℃时,3~4人共同操作,开设和撤收时间应≤30 min。

b) 实用性。各类信息采集、处理和传输均满足实时性要求。

c) 环境适应性。采用的装载平台及车载设备应适应我国地域环境和各种恶劣的交通、通信、气候及气象环境。

d) 安全与防护。具有设备安全防护、人员安全防护和信息安全防护等技术措施,确保系统安全。

e) 可靠性。系统中关键设备具有冗余、告警与监控措施,系统寿命不低于10年;系统任务持续时间≥48 h,在持续工作时间内系统全功能有效度≥95%。

f) 供电。具备市电与自备电(以自备电为主)2种供电方式,并能相互切换,保障系统供电不中断。

g) 电磁兼容性。系统选用设备的电磁兼容性技术指标应符合相应标准;系统设计时应考虑保证车内设备同时工作时不相互干扰,车顶多种天线不相互干扰。

h) 信息传输性。具有通过多种通信手段和路由传输数据、话音、图形和视频等各类信息的能力。

i) 装载平台。系统装载平台改造与集成满足如下条件:满足系统中功能部件或工作部位合理安装的要求;保证机动中设备不受损伤;符合各种运输条件的规定;满足不同类型移动服务系统开设与撤收要求;具有在恶劣气象条件下保证系统安全的稳定、加固装置。

4.2 配置要求

根据车载系统的负载设备及各设备功能实现的需要,应急移动车载系统对车体的要求如下:

a) 底盘:经改装后的系统车载平台(以下简称服务车)使用性能应不改变原车辆底盘的要求,汽车大梁需要接长时,接长部分的外形和刚度应与原汽车底盘大梁一致。

b) 车速:在发动机转速稳定的情况下,最低稳定车速应不大于10 km/h。在发动机转速不超过其额定转速的情况下,应能维持最高车速,其最高车速应符合原车辆的技术要求。

c) 制动:服务车沿坡度为26°的坡路上下行驶时,应能有效地实施制动。停车制动应能在20°的上坡和下坡的坚实路面上有效地保持。在良好的路面上制动性能应符合原汽车的技术要求。

d) 爬坡:服务车在坡度为10°的侧坡上应能操作和行驶,不出现停车、滑车或翻车等危险。

e) 涉水:服务车应具有良好的涉水能力,车下部的零部件应密封良好,不致因正常的涉水而灌入水或泥沙,造成损坏或永久性的影响。涉水深度应在相关详细规范中规定,最低不低于500 mm。

f) 行驶:在普通起伏的良好路面上,加足燃油和润滑油的服务车可以最高车速55%平均速度行驶600 km不必补充燃油和润滑油。

g) 车载平台的稳定和支撑:车载平台应具有对各种复杂天气条件的全天候作业能力,车体及其搭载的卫星天线、通信天线、大气探测设备应能抵御12级台风;另外,在台风天气下车载平台具有整体抗风加固手段。车体具有支撑设备,保证静止状态下承担最大偏载时的稳定性。

另外,服务车还应提供基本的办公环境、设备安全空间和固定装置,具有良好的防雨性能和避雷功能。

5 我国应急车载系统的建设规模

从管理层面上,应急车载系统分为国家级和省级两个层面。国家级应急车载系统适用于发生特大气象灾害或特大公共安全事件时,为省级以上领导提供现场服务决策的场所,其管理和维护权限属国家级所有。国家级层面的车载系统具有强大的通信能力、数据处理能力和保密行动的能力,在紧急情况下可代表国家气象应急服务中心对省级气象应急系统进行统一调度,统筹安排;省级应急车载系统为省级领导提供现场服务决策的场所,其为省级应急服务中心的延伸。省级层面的车载系统在紧急情况下可代表省级气象应急服务中心行使相关权利,它受国家级应急系统的支配。

从系统的装备体系上,应急车载系统分为2个大类,5个子类。2个大类是指挥通信型和扩展型。

指挥通信型包括I型、Ⅱ型、Ⅲ型3个子类。I型系统定位是:当发生特大气象灾害或特大公共安全事件时,为Ⅱ型系统以上领导提供现场服务决策的场所,具有强大的指挥调度能力和数据交换能力。Ⅱ型系统定位是:当发生重大气象灾害或区域级公共安全事件时,为Ⅱ型系统领导提供现场服务决策的场所,具有强大的指挥调度能力和数据交换能力。Ⅲ型系统定位是:以单纯的业务监测为主,越野性、机动性强,适合应急情况下加密观测或危险现场探测气象数据,具有适当的指挥调度能力和数据交换能力。

扩展型系统分为监测和应急保障2个子类。扩展型(车载)监测通信系统是指大型气象装备移动观测通信车;扩展型(车载)应急保障系统是指气象应急综合保障车。

6 我国应急车载系统的应用潜力

科研人员很早就开始了对移动车载系统的研究,并在相关领域加以应用。在早期的大气边界层野外实验中,科研人员就开始把各种尺寸庞大的遥感探测仪器放在大型车辆上进行观测[7,8,9,10],在之后的各种气象科学野外实验中出现了各种车载探测设备和专门设计的移动观测平台[11,12],进入20世纪90年代后,世界许多国家相继建立或正在建设大气移动监测系统和平台[13],以弥补定点观测的不足和实现对特定目标的追踪探测。如美国NCAR(国家大气研究中心)利用车载多普勒雷达和高分辨率多普勒激光雷达等追踪龙卷;德国气象环境综合移动监测车监测城市特定交通路线及城市生活气象环境要素变化。在城市气象观测中,也有车载遥感设备和车载直接观测设备探测应用的报道,如城市热岛研究人员用微型小拖车对城市楼群进行流动监测[14,15];车载激光雷达对大气气溶胶、SO2能见度、臭氧含量的监测[16,17,18,19,20]。此外,应急车载系统在重大活动和重大地质灾害中也有广泛的应用。如2008年四川地震中,来自四川省气象局、国家气象局气象探测中心的应急移动车载系统和移动探测设备奔赴灾区进行应急保障工作;2008年北京奥运会期间,中国气象局气象探测中心组织移动C波段多普勒天气雷达、移动X波段天气雷达、移动L波段探空雷达和2部移动应急观测指挥系统等移动应急系统参与气象应急工作等。

由于移动车载系统具有良好的机动性,并且该系统集应急移动观测系统、应急移动通信系统、应急移动指挥和调度系统、应急移动决策支持系统为一体[21],它的建成将在如下方面有广泛的应用:

a) 针对重大气象灾害事件的移动观测,包括(不仅限于)暴雨洪涝、台风、沙尘暴、龙卷大风、干旱。

b) 针对重大安全事件,能提供气象保障服务的事件有突发环境污染事件、山洪灾害、地质灾害和森林草原火灾、风暴潮灾害、凌汛和春汛。

c) 针对重大公共活动,如为重大科学实验、重大赛事、重大工程的关键作业、重大庆典等提供定点、定时和定量的温度、雨量、风速、风向、相对湿度等预报,实时跟踪区域天气状况变化,提供区域天气预报服务。

d) 对突发性事件的监测响应,如实现对森林火灾区域的抵近监测,以便实施人工增雨作业、替代发生重大故障而短时间内又无法修复的固定布网观测系统,实现完整的监测业务工作进程,等等。

应急车载系统的建成不但将全面提升我国气象防灾、减灾应急响应能力,还能为人防系统、城市应急系统、地震应急系统和大型庆典活动应急服务系统的建设提供参考。

7 结束语

应急移动车载系统建设是综合气象观测业务建设的组成部分。我国气象应急移动车载系统的建成有助于解决气象灾害监测、预测、信息发布以及应急服务和响应中的薄弱环节,可以提高全社会气象灾害监测、预警、服务的整体能力,并可以逐步实现我国气象灾害监测的“更多”、预报预测的“更准”、信息发布的“更快”和气象服务的“更广”的建设目标,最终实现灾害监测“超前一小时”、灾害预警“提前一小时”、警报发布覆盖“最后一公里”的总体目标。

摘要：近年来极端天气、气候事件频发,影响日趋广泛,为制定防灾、减灾、抗灾决策,更好地保护人民生命财产安全,迫切需要气象服务提供更具针对性、准确性的基础保障。文中从技术和应用的角度对气象应急移动车载系统的设计原则、设计技术性能要求、建设规模等进行了详细说明,并对车载系统的应用潜力进行了分析和说明。气象应急移动车载系统的建成将提升中国气象防灾、减灾的应急响应能力,在重大灾害性天气、重大公共安全事件和重大活动中具有广泛的应用前景。

浅谈移动道路测量系统外业采集 篇2

阐述了移动道路测量系统中外业数据采集的关键部分,包括数据采集的作业准备、实测的.采集过程,以及对测区数据的集成处理等.除总结作业方法外,还对作业过程中的注意事项进行分析,严格保证外业数据质量,为接下来的内业处理与系统开发打下了良好的数据基础.

作 者：姚正明 郑灿辉 曲林 YAO Zheng-ming ZHENG Can-hui QU Lin 作者单位：姚正明,曲林,YAO Zheng-ming,QU Lin(黑龙江省测绘科学研究所,黑龙江,哈尔滨,150086)

郑灿辉,ZHENG Can-hui(黑龙江省基础地理信息中心,黑龙江,哈尔滨,150086)

车载移动测量系统 篇3

在移动互联技术日新月异的今天，标榜着前瞻设计的汽车，其人际交互系统却并不那么具有前瞻性，大多数还都停留在老旧的电阻式触摸系统，甚至单色液晶显示搭配密密麻麻的按键操作的方式上。一向走在前面的凯迪拉克，率先带来了全面融合创新IT技术与豪华设计、车载移动互联功能的车载系统—凯迪拉克CUE（Cadillac User Experience）移动互联体验。

CUE运用众多先进IT技术实现车载联网和多设备互联，将人，车，云端及移动终端实时衔接，轻松做到和用户、网络以及手机之间的即时交互，完美实现智能IT与汽车工业间的跨界融合。CUE系统主要由中控台触控屏、仪表盘显屏、方向盘控制装置和语音识别系统构成，中控台配备8英寸多点触控彩色液晶触摸屏，亮度高达1,000nits，是iPad 3的3倍；仪表盘创新配备12.3英寸的液晶显示屏，并采用类似于自定义电脑桌面风格的技术，车主可自定义不同风格的画面布局；方向盘控制装置包括6个功能按键和1个五维控制键，用于控制操作语音识别系统、自定义画面布局以及其它车用信息。无论是停车时的触控操作，还是行进中通过语音或多功能方向盘进行交互，CUE为车主带来了极大的方便和安全。CUE采用了Linux操作系统和ARM11三核处理器的软硬件配置，Linux系统凭借稳定和安全性在全球范围内得到了广泛的应用，CUE搭建出的开放式软件平台，更是令车主可以随时下载最前沿的应用，扩充使用。

nlc202309011237

车载移动测量系统 篇4

Wi-Fi是重要的无线接入技术, 有自组织、易于维护、覆盖范围较大、网络可扩展性好、成本低等优点, 成为Internet“最后一百米”延伸的重要选择。它在无线接入系统中具有广泛的、潜在的应用前景。比如, 宽带家庭网络、社区网络、城域网、企业网络、楼栋自动化以及车联网中等。流媒体应用具有资源的敏感性, 对计算资源、网络资源、存储资源等有较严格的要求。有些流媒体传输对实时性有较高的要求, 如视频会议、实况转播等应用要求传输延迟尽可能的小, 网络游戏、远程协作等应用要求传输延迟抖动尽可能小, 以保证参与者之间的公平性。但是, 流媒体应用在传输差错控制、可靠性等方面具有较为松弛的要求。

二、系统主要研究内容

车载流媒体移动互联传输系统主要研究车载服务器端软件系统设计与开发、二维码认证系统设计与开发、基于Wi-Fi无线信道调度算法及流媒体传输性能分析与仿真等, 该系统的架构如下图1所示:

从图1可以看出, 基于Wi-Fi的车载流媒体移动互联传输系统的研究主要可以分为四部分。第一就是车载流媒体Web服务器的设计与开发;第二就是手机二维码认证系统的设计与开发;第三则是手机客户端与车载Web服务器系统的无线传输与仿真。因此, 本项目主要从以下几方面来实现对车载流媒体移动互联传输的开发与应用。

1) 车载Web服务器的设计与开发

Web服务器作为车载移动互联系统的控制与数据中心, 所有可用的多媒体数据 (电影, MP3等) 都保存在服务器中, 因此, 车载Web服务器的设计是本项目能否成功的关键。

Web服务器采用Servlet响应客户请求, 采用JDBC访问数据库以及DAO模式操作数据库, 本项目的车载Web服务器软件平台采用Tomcat, 具体设计于下图2所示:

2) 基于二维码的手机认证与接入系统设计

二维码是用特定的几何图形按一定规律在平面上分布的黑白相间的图形, 是所有信息数据的一把钥匙, 随着国内移动互联网产业的蓬勃发展, 更多的二维码技术应用解决方案被开发, 二维码正在成为移动互联网入口。本项目将车载Web服务器的信息如IP地址、网页端口等配置信息利用二维码生成软件保存在二维码中, 将二维码贴在大巴或者公交的显眼位置供旅客扫描, 智能客户端在成功扫描二维码后会首先启用手机的无线传输功能并分配手机的IP地址, 然后弹出车载流媒体移动互联传输系统的登录页面, 实现手机与车载Web服务器的移动互联。

3) Wi-Fi信道的调度策略以及无线流媒体传输Qo S保证研究

在大巴或公交等公共移动平台, 同时使用智能手机进行移动互联的用户可能会较多, 而基于无线信道的广播特性, 802.11协议在某一时间段只能有一个客户端和无线接入点进行数据通信, 为保证车上用户移动数据传输的并发性, 本项目将研究无线信道的调度策略从而在吞吐率、延迟以及丢包率等方面实现对移动流媒体传输的Qo S保障。具体如下:

(1) 基于随机几何理论, 研究保证流媒体数据公平传输的无线信道调度策略。在设计信道调度算法时, 需保证一下两点:一, 确保该算法具有较低的时空复杂度;第二, 确保数据传输的公平性; (2) 在无线信道调度策略研究的基础上, 研究保障无线数据传输的Qo S参数如吞吐率、延迟以及丢包率等指标的系统配置方案。

基于随机几何设计无线信道调度策略, 从而实现对车载环境下的Wi-Fi流媒体传输的Qo S性能保障。

三、结束语

移动测量控制系统 篇5

移动测量控制系统是移动测量系统的核心部件, 它联接和控制所有测量设备运转。这些设备包括照相机, 360˚全景照相机, 激光雷达和GPS接收机等。所有测量设备安装在测量车内。本系统与国内同类产品相比具有如下优势特点:

1.控制系统连接计算机, 安装在计算机上的特制的软件系统可配置和操作控制系统。

2.控制系统具有标准的连接接口和连接协议, 方便与各种测量设备连接。这些设备包括照相机, 360˚全景照相机, GPS接收机和激光雷达设备等。这种特性可以实现在一台测量车上按照测量需求可随时安装或卸载测量设备, 例如在进行路面灾害测量时可在测量车上安装LCMS测量设备。这样测量单位购买一台测量车可以完成更多种测量任务。

3.系统可提供GPS同步支持。对没有GPS功能的测量设备, 例如SICK激光雷达, 提供精确GPS定位信息给测量数据。这可以节省采购较昂贵测量设备的经费。

4.采用独特GPS数据处理技术, 为高速行驶的测量车所获取每幅图像曝光点的GPS数据, 可以极大地满足客户对测量精度的需求。

5.测量车可在110km/小时速度完成正常测量任务。在高速公路上测量时满足速度要求不影响交通。

6.遵照标准化联接接口和联接协议, 可以方便地开发出针对各种测量设备的测量子系统。

国内现有的移动测量系统均是一体化结构, 例如中海达i Scan和立得空间LD2000系列。客户购买整个测量车, 所有测量设备在出厂时已安装好。用户不能根据需要装卸。限制用户使用广泛性。本系统可以满足用户按需求自由组合测量设备的需求。

空中移动目标位置测量系统设计 篇6

全球定位系统(Global Positioning System,GPS)自问世以来,以其全天候、全球覆盖和方便灵活等特点吸引了全世界众多领域的许多用户关注,并得到了广泛的应用。空中目标位置测量便是其中重要的应用之一,特别是在空中执行巡逻、采集城市交通信息、监视地面某区域状态的空间飞行器,其飞行状态监控不仅需要飞行器本身高精度的定位,还需要空中目标相对于地面移动站的相对位置信息,包括相对距离、方位角和高度角。本文根据实际应用要求,给出了一种利用差分GPS和无线数据链路的空中移动目标位置测量系统设计,实现了优于1 m的相对定位精度。实际测试结果验证了本文所给出的设计。

1系统设计

空中移动目标位置测量系统的总体框图如图1所示,包括差分站、空中目标和地面移动站3部分。

1.1差分站

差分站设备安装于地面的某一固定位置,由GPS接收机及天线、数传发送电台及天线等构成,用于GPS差分改正数的测量和广播,本系统中采用的差分数据为伪距差分数据,包括伪距改正数及其变化率,格式为RTCM电文1。电文1每帧长为(N+2)个字,每个字由30 bit构成。其中电文头2个字为通用电文,如表1所示。

电文信息在N个字当中,包含了观测到的每颗卫星的改正数,N随着观测到的卫星数不同而不同,表2为电文1的格式。每颗卫星由1 bit的比例因子(SF)、2 bit的用户差分测距误差(UDRE)、5 bit的卫星ID号(Satellite ID)、16 bit的伪距改正数(PRC)、8 bit的距离变化率改正值(RRC)以及8 bit的数据发布日期(IOD)组成,每颗卫星40 bit。

其中每隔24 bit加入6 bit的奇偶校验码,组成1个码字。由于40不是24的整倍数,最后一个码字的构成需要0 bit、8 bit或16 bit 的填充字(FILL)来填充,再和6 bit 校验码组成最后一个码字。

1.2空中目标

空中目标设备包括GPS接收机、空中目标处理器、2个数传电台及天线。接收电台接收RTCM差分信息并转送给GPS接收机,发送电台向地面移动站发送空中定位数据。空中目标处理器为嵌入式处理器,安装独立的操作系统,通过串口1接收差分GPS数据并且存储。数据重新打包后通过串口2给发送电台,实时向地面发送信息。空中向地面传输的数据格式如表3所示,每组数据36 bytes。

考虑到实现的简便性和可靠性,在串口通信中采用了简单准确的bcc异或校验法(block check character),将信息头到差分标识的每一个字节,都和初始值0异或一次,最后得到1字节校验码。

1.3地面移动站

地面移动站设备包括GPS接收机、地面移动站处理器、2个数传电台及天线和LCD显示屏。接收电台接收RTCM差分信息并转送给GPS接收机,接收机输出的定位数据由处理器进行存储处理。空中目标位置数据经由无线数据链路发送后,由另一接收电台接收并送给处理器进行处理。

地面移动站处理器装有独立的操作系统,通过2个串口接收空中目标和自身定位数据并且存储。同时,利用GPS接收机给出的UTC时间实现2组数据的同步,并计算在站心坐标系下空中目标对于地面移动站的相对位置,实时显示相对距离、方位角和高度角,更新率为1 Hz。

地面移动站软件实现可以采用多线程,2个辅线程分别接收空中目标和地面移动站的GPS数据并且存储,主线程实现两者的GPS时间同步、站心坐标的转换、计算相对位置并且实时显示。

2数据处理

2.1坐标转换

GPS接收机可以通过二进制或者ASCII码形式输出定位结果,其位置信息有WGS-84坐标系下的,也有地心空间直角坐标系下的。如果需要解算空中目标相对于地面移动站的相对距离、方位角和高度角,均需要转换为站心坐标系下进行解算,即将地面移动站的位置作为坐标原点,解算空中目标在该坐标系下的三维坐标值,并转换为相对距离、方位角和高度角。2个坐标系的转换关系如图2(a)所示,空中目标相对于地面移动站的三维坐标如图2(b)所示,其中,x表示正北方向;y表示正东方向;z表示垂直于地面。

假定空中目标的空间直角坐标为M(X,Y,Z),地面移动站的空间直角坐标为P(XP,YP,ZP),经纬度数值为P(B,L)。则转换为站心直角坐标(x,y,z)的转换为:

在站心直角坐标系下,空中目标相对于该坐标系原点的相对距离(ρ)、方位角(φ)和高度角(h)解算为:

式中,方位角φ正北为0,偏东为正;高度角h水平为0,向上为正。

2.2数据校验

由于无线数据链路在传输数据过程中,容易受到外界的干扰导致数据发生错误。为了防止空中目标相对地面移动站的相对距离、方位角和高度角解算错误,需要对数据进行校验。校验的基本思路是先对接收到的数据进行移位,而后再异或生成校验码进行比较,数据校验子函数如下所示:

3结果分析

根据本文给出的设计,研制了空中目标坐标测量系统,并进行了数据采集与处理试验,某次静态采集的三维坐标数据如图3所示,图3(a)为空中目标数据;图3(b)为地面移动站的数据。图3中各表示了100组静态数据,(X,Y,Z)坐标数值为实际数值的低4位。试验中,空中目标放置于某高楼顶层,在距离约1 km的地方安置差分基准站,地面移动站数据在另外一个距离约2 km的地方。

表4列出了空中目标和地面移动站三维坐标(X,Y,Z)的标准差,以及二者相对位置的标准差。可以看出,二者的相对距离标准差为0.322 m,方位角标准差为12.82″,高度角标准差为2.19″,空中目标与地面移动站的相对定位精度在1 m范围内。

4结束语

空中目标坐标测量系统采用差分GPS与无线数据传输结合方式,实现了相对定位精度优于1 m的技术要求,该系统实现简单,操作可行,能够在30～50 km范围内实现地面移动站对空中目标的定位和监控。为航模、飞艇等飞行器的定位与监控提供了一种实现方法,具有巨大的经济价值和实用价值。

参考文献

[1]王惠南.GPS导航原理与应用[M].北京:科学出版社,2003:27-29.

[2]许峻峰,许秉信.DGPS真值测量系统主要指标的选定[J].火力与指挥控制,2007,32(8):126-129.