专利名称：航空遥感集成系统检校装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种航空遥感集成系统检校装置及方法。
背景技术：
目前多传感器组合高精度检校技术是轻小型航空遥感集成系统技术难点之一。轻小型航空遥感系统的精度不仅受数字航测相机、LiDAR, POS与惯性稳定平台等核心部件精度的影响，更取决于集成系统中多传感器时空参数和动态变化模型的准确性。目前国内没有高精度的地对地检校场，多传感器时空参考和飞行环境的复杂性导致遥感集成系统的时空参考和转换参数难以精确确定。

发明内容
本发明的目的是提供一种航空遥感集成系统检校装置，它能进行航空遥感系统的检校，保证航空遥感系统在实际作业中的精度。通过获取检校参数，解算合格测绘成果；对集成系统进行高精度集成检校，实现多载荷传感器柔性匹配联结，进行多种模式的飞行测试验证。旨在实现轻小型航空遥感系统的快速检校、测试，故应满足在模拟飞行状态下进行反复多次的系统可控操作运行。为了解决背景技术所存在的问题，本发明提供了一种航空遥感集成系统检校装置，其采用以下技术方案它包含塔吊、地面控制场、滑轨和吊仓，所述塔吊垂直设置在所述地面控制场上，在所述塔吊的上部设置所述滑轨，所述滑轨的轨道内滑动连接装载有所述吊仓(3)。进一步，塔吊的塔身采用正方形断面，正方形断面的尺寸为1. 2mX 1. 2m ；塔吊的塔身标准节选用2. 5m或3m ；塔身标准节的类型为整体式塔身标准节或拼装式塔身标准节， 连接方式为采用盖板螺栓、套柱螺栓、插销轴或插板销轴连接，塔身的竖直高度为60m，所述滑轨的轨道长55m，配重臂长17m，为了抗风而将滑轨的轨道和配重臂设计成能够转动的， 塔吊的整体性能载重量为500kg，塔身座为6mX6m的水泥底座，塔身具有良好接地导电性能以用于避雷击；进一步，所述滑轨的工作面高度为50米，其有效长度大于52米，滑轨4能够转动， 其转动范围120-260度，并能锁定角度；进一步，所述地面控制场上布设地面控制点，地面控制点之间的间隔距离小于10 米，精度为Icm;进一步，所述吊仓自身能够以X、Y、Z三方向旋转，其旋转量为俯仰士 10度、侧滚士 10度，航偏角360度旋转，吊仓模拟机舱姿态时采用地面遥控、电动机驱动的工作方式， 吊仓的底部分为四个部分，第一部分用于与吊仓的壁固定相连，第二部分用于实现吊仓的俯仰，第三部分用于实现吊仓的测滚，第四部分用于实现吊仓的旋转并承载传感器。进一步，所述地面控制点布设的区域最大面积为120X80平方米，最小面积为 80X80平方米，所述区域分为稀疏区、密集区和高密集区三种密度分布，在稀疏区地面控制点之间的间距为4m，在密集区地面控制点之间的间距为2m，在高密集区地面控制点之间的间距为Im ；进一步，所述地面控制点设置在石头或水泥块上，所述石头或水泥块的形状为四棱太体，顶面为20cm左右的正方形，底面为40cm左右的正方形，高80cm，地面控制点置于顶面的中心，以中心为圆心标记红白相间的同心圆环。本发明还提供一种利用航空遥感集成系统检校场进行校验的方法，通过塔吊、地面控制场、吊仓的建设，将航空遥感集成系统装载到吊仓，模拟航空摄影状态，获取检校数据，经地面解算获得检校参数，完成性能测试，进一步，其具体采用的步骤为，1)接通塔吊电源箱内的总电源；2)进入系统飞控设计界面，设定系统传感器获取数据位置；3)设定滑轨的位置，将其置于地面控制场上方；4)下降吊仓至地面，装入遥感集成系统，抬升吊仓至55米工作面；5)按一定姿态勻速运行吊仓，系统自动在预先制定位置获取数据；6)改变吊仓姿态，再按步骤5)进行获取数据；7)下降吊仓，卸载传感器，地面解算数据，获得检校数据参数。本发明选取选80米塔吊1，臂长50米，底部地面布设检校场(地面控制点坐标间隔小于10米)，精确测量空间点的三维坐标(平面高程精度优于1cm)，制作不同大小、不同材质、不同颜色控制点标志。遥感系统在滑轨上滑行模拟飞行状态，吊仓自身可以X、Y、Z三方向旋转以实现姿态模拟，获取遥感数据。本发明能进行航空遥感系统的检校，保证航空遥感系统在实际作业中的精度。通过获取检校参数，解算合格测绘成果；对集成系统进行高精度集成检校，实现多载荷传感器柔性匹配联结，进行多种模式的飞行测试验证。旨在实现轻小型航空遥感系统的快速检校、 测试，故应满足在模拟飞行状态下进行反复多次的系统可控操作运行。


图1为本发明中校验场数学模型纵剖视图；图2为本发明中校验场数学模型的俯视图；图3为本发明中控制点分布图；图4为IMU与航摄仪间的视准轴误差ex、ey、ez关系图。
具体实施例方式参照图1-2，本具体实施方式
采用以下技术方案它包含塔吊1、地面控制场2、滑轨4和吊仓3，塔吊1垂直设置在地面控制场2上，在塔吊1的上部设置有滑轨4，滑轨4的轨道内滑动连接吊仓3，以便在滑轨4内滑动。其中，吊仓3内装载有遥感集成系统，在滑轨4内滑行模拟平稳飞行状态，获取检校数据，经地面控制场2解算获得检校参数，完成性能测试。上述实施例中，塔吊1的塔身采用方形断面，断面尺寸为1. 2mXl. 2m ；塔身标准节选用2. 5m或3m ；塔身标准节采用整体式塔身标准节或拼装式塔身标准节，连接方式采用盖板螺栓或套柱螺栓或插销轴或插板销轴；竖塔高60米，滑轨3的滑道长55米，配重臂长17 米。整体性能要求载重500Kg，抗风性能11级(为了抗风，滑道和配重臂可以转动，因此产生一个55米半径的空中覆盖)。塔身座为6X6平方米的水泥底座，塔身良好接地以便逼
田ο上述实施例中，滑轨4的高度(即工作面高度)为50米，由竖塔支撑，滑道有效长度大于52米，滑轨3的转动范围120-260度，并可以锁定角度。上述实施例中，吊仓3自身可以在X、Y、Z三个方向旋转，以实现姿态模拟，获取遥感检校数据。吊仓3的旋转量为俯仰士 10度、侧滚士 10度，航偏角360旋转；当吊仓3模拟机舱姿态时，用地面遥控，电机驱动的工作方式；吊仓3的角度偏转可以保持在活动范围内的任意位置；吊仓3的吊篮底部分为四部分第一部分固定部分与吊篮壁相连；第二部分实现俯仰；第三部分实现侧滚；第四部分实现旋转并承载传感器。上述实施例中，本发明的塔吊1采用的最佳高度为60米；滑轨4的最佳长度为55 米；地面控制场2上布设有地面控制点，其地面控制点坐标间隔为4米，按控制点分布及控制点标志要求精确布设控制点标志，建立地面控制场2 (如图3所示)。精确测量控制场内控制点的空间三维坐标(平面高程精度优于1cm)。其中，地面控制点布设区域为最大120 X 80平方米，最小80 X 80平方米，分稀疏、 密集和高密集三种密度分布。高密集区控制点间距为1米，密集区控制点间距为2米，稀疏区控制点间距为4米。地面控制点设置方法如下控制点布设在有效的控制区域，在没有影响地质明显变化的事件发生情况下，三年内控制点的相对位移应小于2毫米。按照规划设计在控制点点位处埋石或现浇水泥筑块，控制点设置在石头或水泥块上。石头或水泥块形状为四棱太体，顶面为20厘米见方的正方形，底面为40厘米见方的正方形，高80厘米。控制点置于顶面的中心，以中心为圆心标记红白相间的同心圆环。本发明的航空遥感集成系统检校场建设主要用于对各传感器本身的参数进行标定，航空器与集成遥感系统的适配验证，多组合模式的相对参数、传感器的偏心量检测验证，数据处理软件性能测试等。其包括以下步骤(1)对多传感器集成系统的空间适配、电磁、机械、电能、光学环境适配及安全性、 可靠性、耐久性指标进行检测。(2)数码航空相机与POS系统的空间坐标转换参数检校验证、时间同步转换参数检校验证；POS系统的移动轨迹与姿态与数码航空相机的姿态验证等。(3)不同集成方式遥感系统本身的各种参数和运行函数的检校验证。通过飞行记录验证遥感集成系统工作状态和稳定性，通过数据交叉处理结果验证各个集成系统的精度。(4)集成系统对各种环境因素的适应能力。主要检校内容1、IMU与航摄仪的安装夹角理想情况下，IMU与航摄仪的相应轴应该平行，但由于安装工艺上的原因，将IMU 安装在航摄仪上后，两坐标系的相应轴实际是不可能平行的，存在一定的夹角，相应轴间的夹角为视准轴误差ex、ey、ez，如图4所示。
IMU与航摄仪间的视准轴误差ex、ey、ez视准轴误差无法直接测定，只有利用已知外方位元素的影像来间接求取，需要建立有大量地面控制点的检校场来进行测定。2、POS系统直接测图精度验证为验证POS系统辅助航空摄影测量能否实现测区内无地面控制的摄影测量，不仅需要对IMU的安装夹角和偏心量进行标定，同时要对POS系统输出的外方位元素精度进行检校验证，这需要大量精度为Icm的地面标志点。在单独像对内，利用单像片空间后方交会获取像片外方位元素，然后通过前方交会获取地面点坐标，与已知地面标志点坐标比较， 反验后方交会获取的外方位元素，将该外方位元素作为真值验证POS系统获取的外方位元素。在整个检校场区域，利用空中三角测量软件得到的外方位元素来验证POS输出的外方位元素。本具体实施方式
能进行航空遥感系统的检校，保证航空遥感系统在实际作业中的精度。通过获取检校参数，解算合格测绘成果；对集成系统进行高精度集成检校，实现多载荷传感器柔性匹配联结，进行多种模式的飞行测试验证。旨在实现轻小型航空遥感系统的快速检校、测试，故应满足在模拟飞行状态下进行反复多次的系统可控操作运行。综上所述，本发明在使用时，通过塔吊1、地面控制场2、吊仓3的建设，将航空遥感集成系统装载到吊仓3，模拟航空摄影状态，获取检校数据，经地面解算获得检校参数，完成性能测试；其步骤如下1)接通塔吊1电源箱内的总电源。2)进入系统飞控设计界面，设定系统传感器获取数据位置。3)设定滑轨4的位置，将其置于地面控制场2上方。4)下降吊仓3至地面，装入遥感集成系统，抬升吊仓3至55米工作面。5)按一定姿态勻速运行吊仓3，系统自动在预先制定位置获取数据。6)改变吊仓3姿态，再按步骤5进行获取数据。7)下降吊仓3，卸载传感器，地面解算数据，获得检校数据参数。
权利要求
1.一种航空遥感集成系统检校装置，其特征在于它包含塔吊(1)、地面控制场(2)、滑轨(4)和吊仓(3)，所述塔吊(1)垂直设置在所述地面控制场上，在所述塔吊(1)的上部设置所述滑轨(4)，所述滑轨(4)的轨道内滑动连接装载有所述吊仓(3)。
2.如权利要求1所述的航空遥感集成系统检校装置，其特征在于，所述塔吊(1)的塔身采用正方形断面，正方形断面的尺寸为1. 2mX 1. 2m ；塔吊(1)的塔身标准节选用2. 5m或 3m ；塔身标准节的类型为整体式塔身标准节或拼装式塔身标准节，连接方式为采用盖板螺栓、套柱螺栓、插销轴或插板销轴连接，塔身的竖直高度为60m，所述滑轨(4)的轨道长55m， 配重臂长17m，为了抗风而将滑轨(4)的轨道和配重臂设计成能够转动的，塔吊(1)的整体性能载重量为500kg，塔身座为6mX6m的水泥底座，塔身具有良好接地导电性能以用于避雷击。
3.如权利要求1所述的航空遥感集成系统检校装置，其特征在于所述滑轨(4)的工作面高度为50米，其有效长度大于52米，滑轨(4)能够转动，其转动范围120-260度，并能锁定角度。
4.如权利要求2所述的航空遥感集成系统检校装置，其特征在于所述滑轨(4)的工作面高度为50米，有效工作长度大于52米，所述滑轨(4)的转动范围为120-260度，并能锁定角度。
5.如权利要求1-4之一所述的航空遥感集成系统检校装置，其特征在于所述地面控制场(2)上布设地面控制点，地面控制点之间的间隔距离小于10米，精度为1cm。
6.如权利要求1-5之一所述的航空遥感集成系统检校装置，其特征在于，所述吊仓(3) 自身能够以X、Y、Z三方向旋转，其旋转量为俯仰士 10度、侧滚士 10度，航偏角360度旋转， 吊仓(3)模拟机舱姿态时采用地面遥控、电动机驱动的工作方式，吊仓(3)的底部分为四个部分，第一部分用于与吊仓(3)的壁固定相连，第二部分用于实现吊仓的俯仰，第三部分用于实现吊仓(3)的测滚，第四部分用于实现吊仓(3)的旋转并承载传感器。
7.如权利要求6所述的航空遥感集成系统检校装置，其特征在于，所述地面控制点布设的区域最大面积为120 X 80平方米，最小面积为80 X 80平方米，所述区域分为稀疏区、密集区和高密集区三种密度分布，在稀疏区地面控制点之间的间距为4m，在密集区地面控制点之间的间距为2m，在高密集区地面控制点之间的间距为lm。
8.如权利要求7所述的航空遥感集成系统检校装置，其特征在于，所述地面控制点设置在石头或水泥块上，所述石头或水泥块的形状为四棱太体，顶面为20cm左右的正方形， 底面为40cm左右的正方形，高80cm，地面控制点置于顶面的中心，以中心为圆心标记红白相间的同心圆环。
9.一种利用权利要求1-8之一所述航空遥感集成系统检校场进行校验的方法，其特征在于，通过塔吊(1)、地面控制场(2)、吊仓(3)的建设，将航空遥感集成系统装载到吊仓 (3)，模拟航空摄影状态，获取检校数据，经地面解算获得检校参数，完成性能测试。
10.如权利要求8所述校验的方法，其特征在于，包括如下步骤1)接通塔吊⑴电源箱内的总电源；2)进入系统飞控设计界面，设定系统传感器获取数据位置；3)设定滑轨(4)的位置，将其置于地面控制场(2)上方；4)下降吊仓(4)至地面，装入遥感集成系统，抬升吊仓(3)至55米工作面；5)按一定姿态勻速运行吊仓(3)，系统自动在预先制定位置获取数据；6)改变吊仓(3)姿态，再按步骤5)进行获取数据；7)下降吊仓(3)，卸载传感器，地面解算数据，获得检校数据参数。
全文摘要
航空遥感集成系统检校装置及方法，它涉及一种三维虚拟现实技术。它包含塔吊(1)、地面控制场(2)、吊仓(3)和滑轨(4)，塔吊(1)上竖直设置在地面控制场(2)上，滑轨(4)设置在塔吊(1)上，吊仓(3)设置在滑轨(4)上。它采用的方法为通过塔吊(1)、地面控制场(2)、吊仓(3)的建设，将集成系统装载到吊仓(3)，模拟航空摄影状态，获取检校数据，经地面解算获得检校参数，完成性能测试。它能进行航空遥感系统的检校，保证航空遥感系统在实际作业中的精度。通过获取检校参数，解算合格测绘成果；对集成系统进行高精度集成检校，实现多载荷传感器柔性匹配联结，进行多种模式的飞行测试验证。
文档编号G01D18/00GK102506930SQ20111035588
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者关艳玲, 冯玮炜, 刘先林, 刘宗杰, 姚继峰, 左建章, 李军杰, 杨铁利, 苏玉杨, 马浩 申请人:中国测绘科学研究院, 北京四维远见信息技术有限公司