专利名称：将位置信息与测量信息融合和进行滤波获得相对地球坐标精确定位的高质量图像的方法
技术领域：
本发明涉及将一个勘察测量数据集与一个位置数据集合并成一个含有测量和位置数据的单个数据集的设备和方法。
相关申请本申请要求享受2001年3月14日申请的美国临时专利申请No.60/275,887的优先权。
发明概要本发明所提出的方法和设备用来(1)确定一个勘察工具(surveytool在空间内采集数据的每个点的位置；以及(2)合并测量结果以生成可用来获得高质量图像的空间相干数据集。勘察工具可以是任何用来勘察的测量装置，诸如透地雷达(ground penetrating radar)、感应仪(induction apparatus)、磁强计(magnetometer)、光学摄像机之类。跟踪工具(tracking tool)监测和记录勘察工具的位置。将所记录的位置与勘察工具收集的数据融合在一起，使得勘察工具在每个数据采集点的位置得到明确。位置是在一个可以与勘察区域内任何固定特征有关的(例如，街道坐标)或者与大地坐标(例如，纬度-经度-高度或通用横向Mercator坐标)有关的坐标系内给出的。知道了勘察工具在每个数据点的位置，就可以精确地将一些勘察得到的数据融合在一起，得到一个合并成一个勘察区域的大数据集。大数据集可以加以处理，以得到比仅仅从单个勘察数据集中获得的要好的地下图像。此外，在数据集以街道坐标(或者大地坐标)给出时，从这个数据集得出的图像也将以这些坐标给出。因此，这图像可以收入地理信息系统(GIS)和CAD地图，供有些区域使用。本发明还提出了一些可以结合位置信息用来提高从勘察工具采集的数据得出的图像的质量的信道均衡滤波器(channel-equalization filter)、峰化反卷积滤波器(spiking deconvolution filter)和帧滤波器(frame filter)。


图1例示了一个可以采用本发明的表面。
图2例示了可以配合本发明使用的一个磁强计阵列和一个勘察轮的顶视图和侧视图。
图3例示了一个具有一些弯曲路径的矩形勘察区域的顶视图。
图4为例示位置数据怎样可以与勘察数据融合在一起的一条勘察路径。
引言为了避免在挖掘期间损坏现有的公用设施(水、气、电线路等)，一个精确的地下地图是必需的。例如，在挖掘地槽以安装新的导管前，修建组必须知道哪里埋有已有的导管，以免损坏这些导管。缺乏精确的建造场地地图导致每年有数以千计的导管破裂，修理费高达数十亿美元。
可以借助诸如透地雷达系统和磁强计之类的的勘察工具而不用发掘得出精确的地图。对于大规模的勘察来说，勘察工具通常安装在一个车辆上，在所关注的区域内移动，如图1所示。固定站101规定了一个坐标系。坐标已知的勘察工具102沿公路在方向103上运动，记录一定的物理量(雷达系统记录电磁波，磁强计记录磁场)。为了覆盖大小合理的区域，勘察工具通常必须来回横穿这个区域若干次。例如，为了覆盖图1中的一条车道，勘察工具102至少必须两次通过这条车道。因此，对一个区域的一个完整勘察通常包括许多较小的勘察。
通过对勘察工具采集到的数据应用适当的处理方法可以得到地下的图像。为了得到最好的地下图像，应该尽可能用最大的勘察区域。例如，为了得到图1中一条车道下的导管的最好的地图，应该利用从两次通过这条车道得到的经合并的数据集。因此，重要的是能精确地将从每个航道得到的数据精确地拼接在一起。为了将航道拼接在一起，必须知道勘察工具在数据采集点的位置。此外，勘察工具通常由于道路弯曲和障碍物挡路必须沿着弯曲的路径行进，因此融合两个航道就成为一个困难的任务，特别是由于对于有些勘察工具(诸如雷达之类)要求厘米级的精度。
一个地下地图只有在它可以与一个已知的坐标系有关时才是有用的。例如，图1中的这些车道中的一条车道的地下地图必须相对这条大街内的诸如消防栓、路缘石和路灯柱之类的特征街貌正确定位。现在可得到呈CAD或地理信息系统(GIS)格式的许多现有的带公用设施的街道图。然而，一个用勘察工具得到的图像只能插入现有设施地图，如果这个图像所用的坐标系可以与在公用设施地图中所用的坐标系有关的话。
为了勘察大的区域，采用具有许多收发元的阵列勘察工具通常是有益的。例如，一个16信道的阵列雷达勘察一个区域原则上可以比一个单信道雷达快15倍。然而，阵列的这些信道不是完全一致的，因为阵列内各阵列元相对位置不同而且每个元的硬件也有所差异。因此，用阵列采集的数据与用单信道系统采集的数据不完全一致。大多数产生地下图像的处理方法隐含地假设数据是用一些完全一致的阵列元采集的。因此，在处理数据前对每个信道用一个信道均衡滤波器是有益的，这样可以得到一个非常象用真正完全一致的阵列元得到的阵列数据集。类似，滤波器可以对土壤条件的差异进行补偿，消除在勘察区域的一些子区域内几乎不变的特征。
总之，知道勘察工具在每个数据采集点的位置对于融合各勘察结果和对于将所得到的图像相对固定的街坐标定位都是极其重要的。本发明提供了一种通过结合勘察工具采用传统的跟踪工具得到位置信息的设备和方法。此外，可以对采集到的数据应用一些滤波器来提高图像的均匀性。
背景技术：
F.Lehmann和A.G.Green的论文“三维空间内半自动化的探地雷达数据采集”(“Semiantomated georadar data acquisition in threedimensions”(Geophysics，Vol.64，May-June 1999，pp.719-731))揭示了一种用一个自跟踪激光经纬仪(self-tracking lasertheodolite)监视对一个透地雷达的定位的系统。雷达数据和定位数据不断通过在定位系统和触发雷达系统的PC之间的光纤链路融合在一起。这篇论文还提到自跟踪激光经纬仪可以用于感应勘察。光纤链路对于街应用来说是成问题的，因为繁忙的交通妨碍了使用光缆(作为替代，可以用无线电链路)。
Lehmann和Green论文所揭示的方法与本发明的方法之间有一些关键性的差别。例如，Lehmann和Green的论文所论述的只是使用单个发射机和接收机的情况而没有涉及阵列器件的情况。因此，这篇论文没有阐明怎样将一些各与单个航道相应的阵列数据集融合成单个大的数据集而没有交叠。此外，论文也没有阐明可以怎样将数据重新网格化以得到一个均匀采样的数据集。
另一个关键性的差别是Lehmann和Green的论文假设每个雷达数据点数录有一个位置。本发明的方法揭示了一种内插方法，使用比雷达数据点数少的位置录取(即，不需要每次雷达录取都要进行位置录取)。典型的勘察工具速度是1-2km/h(公里/小时)，所要求的采样间距是10-20cm，因此两次雷达测量之间的时间间隔为0.1秒的量级。为了从自跟踪激光经纬仪得到精确的位置信息，通常可以每秒只进行一次读数。因此，对于典型的街道应用情况，不能可靠地在每次雷达录取时进行一次位置录取。
一些论文揭示了怎样可以用全球定位系统(GPS)来监视在大规模勘察中的雷达和感应工具的位置(例如见R.E.Yoder、R.S.Freeland、J.T.Ammons和L.L.Leonard的“用GPR和EMI测绘农田以预测农业化学品的离场运动”(“Mapping agricultural fields with GPR and EMIto predict offsite movement of agrochemicals”，Proceedingsof GPK 2000，Eighth International Conference on GroundPenetrating Radar，Gold Coast，Queensland，Australia，May23-26，2000))。在目前状态，GPS对于移动目标可以获得厘米级精度。例如，Leica MC500是一个12信道双频道GPS接收机，它用实时动态(RTK)技术提供每秒十个独立的位置解，对于一厘米的精度执行时间为50毫秒(见http//www.leica-geosystems.com/us/)。然而，GPS在卫星发送的信号到不了地面系统的一些城市或多云的情况下起不了作用。
下面所说明的这些滤波器的主要用途是提高从用勘察工具采集的数据得出的图像的质量。众多论文和专利揭示了一些滤波方法。对本发明有特别意义的有以下这些
1.J.Haldorser，D.Miller，and J.Walsh，″MultichannelWiener Deconvolution of Vertical Seismic Profiles″，Geophysics，Vol.59，No.10(October 1994)，pp.1500-1511.
2.U.S.Patent 4,922,362，″Methods for Deconvolution ofUnknown Source Signatures From Unknown Waveform Data″，D.Miller，J.Haldorsen，and C.Kostov，May 1，1990.
3.U.S.Patent 5,859,811，″Method of Analyzing Waveforms″，D.Miller and F.Stanke，January 12，1999.
这些参考文献揭示了一些与本发明所提供的类似的滤波器。然而，本发明的滤波器主要是为透地雷达阵列数据构成的，具有在前面提到的参考文献中没有揭示的特征(例如，上面列出的参考文献没有提供下面所说明的信道均衡滤波器)。此外，这种类型的滤波以前没有用于用诸如透地雷达阵列之类的勘察工具采集的数据。此外，这种类型的滤波以前不是结合本发明所提供的定位技术使用的。
详细说明位置信息与测量结果的融合将位置信息与测量结果融合在一起的系统包括以下两个主要组成部分。
(1)勘察工具是对所勘察的区域的物理特性进行测量的设备。这个工具通常安装在一个拖车上或者直接安装在一个车辆上在整个勘察区域内运动。这个工具可以执行若干测量，例如包括(a)利用电磁波的雷达测量，(b)利用漫射电磁场的感应测量，(c)对当前已注入的导管发出的磁场的测量，(d)对输电线发出的磁场的测量，(e)对静磁场的测量，以及(f)用视频、web摄像机或其他类型的摄像机录取的摄影图像。
(2)跟踪工具录取勘察工具相对一个固定的局部坐标系的位置。在下面要说明的一个实施例中，这个设备包括一个地面站和一个安装在勘察工具上的移动单元。市售有众多的跟踪工具。其中有一些使用全球定位系统(GPS)，它是一种星载的定位和导航公用设施，通过跟踪来自一些卫星的信号确定用户的精确纬度、经度和高度。其他一些跟踪工具使用自跟踪激光经纬仪，而不用卫星定位。
很多公司提供可以按照本发明使用的跟踪工具。例如，以下公司提供这样的工具(1)Leica Geosystems(www.leica-geosystems.com/us/)(2)Trimble Navigation Ltd.(www.trimble.com)(3)Spectra Precision(recently acquired by Trimble)(www.spectraprecision.com)(4)NovAtel Inc.(www.novatel.com)(5)Sokkia Co.Ltd。(www.sokkia.com)(6)Applanix Corporation(www.applanix.com)(7)Measurement Devices Ltd.(www.mdi.co.uk)(8)Nedo(www.nedo.de)下面所说明的实施例说明了一种具有Spectra Precision公司提供的自跟踪激光经纬仪的配置。
由这些厂商提供的跟踪工具可以跟踪勘察工具，确定它在一系列离散的“反射点位置”处相对固定坐标的位置，这位置可以以不均匀间隔获取。为了使这定位信息有用，必须将它与勘察工具的记录融合在一起，得出勘察工具在每个数据点的位置，数据点位置与反射点位置通常不重合。融合可以通过使跟踪工具与勘察工具硬连接实现，使得位置信息连续与勘察工具的数据流融合。或者，也可以通过将一个勘察轮安装到勘察工具上前进将定位数据与测量结果融合在一起，如在下面所说明的第一实例中所说明的那样。
执行如上所述的融合步骤的结果是得到一个由多条弯曲而不规则的交叠路径构成的集合。每条路径填有勘察工具的每个阵列元在每个录取测量结果的点的坐标。有些图像处理方法要求将不规则采样数据重新内插成一个正则网格集合。可以用Matlab的“griddata”的一个变形来重新内插(或者“重新网格化”)数据(Matlab是市售的软件包，可以从Mathworks公司(www.mathworks.com)得到)。
一旦定位数据与测量结果融合、数据得到重新网格化后，就可以用适合于各种测量的处理方法得到以与跟踪工具关联的固定坐标给出的图像。这些图像于是可以收入CAD系统或地理信息系统(GIS)(对于CAD系统，可参见Bill Burchard和David Pitzer的“AutoCAD 2000内幕”(“Inside AutoCAD 2000”，New Riders Publishing，1999)；对于GIS，可参见Paul A.Longley(编辑)、Michael F.Goodohild(编辑)和David J.Maguirc的“地理信息系统原理，技术，应用和管理”(“Geographical Information SystemsPrinciples，Techniques，Applications and Management”2nd Edition，John Wiley & Sons，1999)，以及D.J.Maguire、M.F.Goodchild和D.W.Rhind的“地理信息系统”(“Geographical Information Systems”，LongmanScientific & Technical，1991)的第42章；这些参考文献说明了存储诸如路缘石、导管、检查井盖之类的街道特征的信息所用的典型格式。)实例本发明的第一实例考虑的是勘察工具包括一个安装在由一个车辆牵引的拖车上的磁强计阵列。这些磁强计对磁场进行测量。安装在勘察工具上的勘察轮告诉采集系统什么时侯录取磁强计的输出。例如，可以将系统配置成使勘察轮每转一周测量所有的磁强计处的磁场几次。因此，沿着勘察工具的路径按固定间隔测量磁场。图2中的勘察工具202包括一个磁强计阵列203和一个在对地下土壤区域211进行测量时在大气210内沿方向204运动的勘察轮201。整个勘察可以包括一条或多条弯曲的路径。例如，为了录取图3的矩形勘察区域内的磁场，勘察工具301可以沿也在图3中示出的两条弯曲的路径(路径#1和路径#2)运动。固定的地面站303用来与光电测距仪302配合，作为x-y-z坐标系的原点。
Spectra精密仪器公司的光电测距仪系统600 Pro可以用来进行跟踪。这种系统包括一个固定的地面站和一个最好安装在勘察工具上的反射器。地面站的自跟踪激光经纬仪发送的射线打到反射器上反射回地面站。根据地面站接收的射线，可以确定地面站与反射器之间的距离和两个角度。根据这信息，可以计算出反射器在图3中的x-y-z坐标系内的直角坐标。
在一种工作模式中，光电测距仪以固定的时间间隔确定反射器的(x；y，z)坐标，而不考虑勘察工具行驶的距离。为了解释在这种工作模式怎样将磁强计数据与定位数据融合在一起，考虑图4所示的带反射器404的勘察工具401的情况。在这里，勘察从位置#1延伸到位置#N，对于这些位置中的每个位置都录取光电测距仪的读数，从而提供了在N个反射点位置405所录取的总共N个光电测距仪的读数。设M为在从位置#1行进到位置#N期间每个磁强计的磁强计读数的个数，而且M大于N。勘察工具401的轮201沿着路径402行进，反射器404沿着路径403行进。在每个光电测距仪读数之间行进的路径段由样条拟合(spline fit)近似，从而可以计算出这个样条段的长度。将这些段长度累加起来就得到视在总勘察长度。对于M个地磁仪读数的每个读数的反射器404的位置现在可以通过将连接位置#1至位置#N的整个样条曲线分成M段确定。
既然对于M个地磁仪读数的每个读数近似知道了反射器的位置，就可以确定每个磁强计在每次读数时的(x，y)坐标。为此，我们简单地假设勘察工具在进行测量的点处始终与样条曲线垂直。这样，在每次地磁仪读数时我们都知道反射器的(x，y)和勘察工具的朝向，因此计算每个磁强计的位置就非常简单，从而使这些弯曲路径的集合带上数据坐标。如上面所述，现在可以在最终图像处理步骤前将数据重新内插成一个矩形网格集合(“重新网格化”)。
第二个实例考虑的是上一个实例修改成每当录取一个光电测距仪读数时将一个时戳插入磁强计数据文件的情况。这样，我们知道磁强计数据文件内一些点处的反射器位置。考虑在从图4中一个特定的光电测距仪位置行进到下一个位置(例如，考虑从位置#2行进到位置#3)期间采集的磁强计数据。由于知道在这个区域内采集的是哪些地磁仪读数，因此可以就通过根据这个区域的端点的两个光电测距仪位置进行内插确定这些地磁仪读数中的每个读数的反射器位置。因此，由于在一个区域内勘察轮滑移和跟踪丢失所引起的误差不会影响在其他区域内的反射点位置计算。
第三个实例考虑的是上两个实例修改成在每个航道期间采集的只是一条二维的数据线。在这种情况下，磁强计阵列只包括一个磁强计，或者，如果勘察工具是一个雷达系统，那末这个雷达系统只包括一个发射机和一个接收机。
滤波由一个物理设备阵列采集的雷达数据由于传感器的不一致会受到不希望的改变。这些改变可以在数据融合前应用设计成能均衡传感器响应函数的适当数字滤波器消除或减小。这些滤波器可以用确定性方法或数据自适应方法或者这两者的某种组合得出。
通过从一个具有设计成能均衡在不同的诸如工作温度和传感器离地面的高度之类的环境条件下的响应的一些预定滤波器的储存库选择得到一些确定性滤波器。为了选择滤波器，需要在录取雷达数据的同时录取环境条件的辅助测量结果。
根据所录取的雷达数据通过解将数据的改变情况模型化成是系统起伏和随机起伏的组合的结果的方程组得到数据自适应滤波器。适当限制设计中模型的形式和所用的数据集，系统偏差可以考虑为需消除的传感器的差异。
有几种类型的数据自适应滤波器适合在融合前对透地雷达阵列(GPRA)数据的预处理。它们可以单独使用或者组合使用(例子如下面所列)。GPRA数据标以时间、信道、帧和仿形(profile)下标。对本说明来说，一个帧含有在雷达阵列的一个位置来自所有信道的时间响应，而一个仿形是一个覆盖勘察区域的某个子区域的所有的帧的集体。
在一个典型的需融合的GPRA数据集内可能近似有256个时间下标、16个信道下标、大约5至50个仿形下标，每个仿形有大约200至2000个帧下标。每个信道与一对实际的发射机/接收机相应。每个帧与阵列在地面上的一个物理位置相应。每个仿形可以与重新设置诸如阵列离地面的高度之类的某个环境因子相应。在(一维)Fourier变换后，这些时间下标变换成同样个数的频率下标。经傅里叶变换的数据可以标为fdata(iw，ic，if，ip)，其中iw表示频率，ic表示信道，if表示帧，而ip表示仿形。
可以用一个峰化反卷积滤波器来补偿各仿形的差异(例如由于高度改变引起的)。为了实现这个滤波器，对于每个仿形p和每个频率w解向量方程F*fdata(iw.，iuse，ip)＝ones(nchan*nuse，1)得到使RMS误差为最小的复标量F＝F(iw，ip)。其中，nchan为信道数，iuse为可用帧序列，而nuse为可用帧数。此外，ones(m，1)为一个长度为m的所有的元等于1的一维向量。这个滤波器横贯信道而不是横贯仿形进行合并。经滤波的数据就为F(iw，ip)*fdata(iw，ic，if，ip)。
可以用一个信道均衡滤波器(匹配滤波器)来补偿每个信道的差异。对于在这个设计集合中的每个帧，这种滤波器模型化为一个峰化反卷积滤波器，进行滤波，使所有的信道将具有相同的响应。为了实现这个滤波器，选择一个参考信道cr。对于每个信道c和每个频率w，解向量方程F*fdata(iw，ic，iuse，)＝fdata(iw，ic，iuse，)得到使RMS误差为最小的复标量F＝F(iw，ic)。在这里，iuse为一列可用帧(即，诸如检查井盖之类的没有强散射表面特征的那些)，而最后一个自由下标历遍所有分在一起的仿形。经滤波的要用来计算图像的数据就是F(iw，ic)*fdata(iw，ic，if，ip)。
另一个手动选择用来设计滤波器F的轨迹集合(iuse)的途径涉及使用通过在对上式倒置时用一些中值估计器得到的一个稳健的全天线估计。这个途径可参见J.Haldorsen、D.Miller and J.Walsh的论文“垂直地震仿形的多信道Wiener反卷积”(“Multichannel WienerDeconvolution of Vertical Seismic Profiles”，Geophysics，Vol.59，No.10(October 1994)，pp.1500-1511)。此外，不是用一个为设计波形(fdata(iw，ic，if，ip))专用的天线(icr)，对于一个稳健的滤波器可以用所有波形或者任何其他所希望的波形的中值。
可以用一个帧滤波器来消除所有的从帧到帧几乎不变的特征。它可以通过假设从帧到帧没有改变的是系统噪声来模型化。为了实现这个滤波器，对于每个仿形p、时间t和信道c对时域数据阵列gdata(it，ic，，ip)应用一个高通滤波器(相对于帧下标的)。或者，也可以扣掉每个仿形的中值。
结论因此，本发明可很好地适合实现这些目标和得到上述和其他固有的结果和优点。为了揭示本发明，以上给出了本发明所有目前可取的实施例。如果在以上说明中参考了一些已知是等效的构件，就包括这样一些等效构件，似乎它们是一一提出的。虽然本发明是通过举例和结合具体实施例予以说明的，但这并不意味着本发明局限于这些具体例子和实施例。可以理解，可以在结构的细节上作出种种修改和/或改进，这些对于熟悉该技术领域的人员都是显而易见的，因此都应纳入所附权利要求书所给出的本发明的精神实质和专利保护范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种将一个位置数据集与一个勘察测量数据集融合在一起的方法，所述方法包括下列步骤提供一个车载地面地球物理勘察工具；提供一个适合提供所述勘察工具相对一个固定局部坐标系的位置的跟踪工具；从所述可移动的勘察工具得到一个勘察测量数据集；从所述跟踪工具得到一个位置数据集；将所述位置数据集与所述勘察测量数据集融合在一起，形成一个含有测量和位置数据的单个经融合的采样数据集；以及将所述经融合的采样数据集内插成一个用户选定的网格点集合。
2.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个磁强计。
3.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个磁强计阵列。
4.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个单信道雷达系统。
5.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个雷达天线阵列。
6.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个单信道电磁感应工具。
7.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个电磁阵列感应工具。
8.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个光学摄像机。
9.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个光学摄像机阵列。
10.权利要求1的方法，其中所述网格点集合是一个正则网格。
11.权利要求1的方法，所述方法还包括将所述跟踪工具与所述可移动的勘察工具硬连接的步骤。
12.权利要求1的方法，所述方法还包括将一个勘察轮安装在所述可移动的勘察工具上的步骤。
权利要求
1.一种将一个位置数据集与一个勘察测量数据集融合在一起的方法，所述方法包括下列步骤提供一个可移动的勘察工具；提供一个适合提供所述勘察工具相对一个固定局部坐标系的位置的跟踪工具；从所述可移动的勘察工具得到一个勘察测量数据集；从所述跟踪工具得到一个位置数据集；以及将所述位置数据集与所述勘察测量数据集融合在一起，形成一个含有测量和位置数据的单个经融合的采样数据集。
2.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个磁强计。
3.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个磁强计阵列。
4.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个单信道雷达系统。
5.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个雷达天线阵列。
6.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个单信道电磁感应工具。
7.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个电磁感应阵列工具。
8.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个光学摄像机。
9.权利要求1的方法，其中所述可移动的勘察工具包括一个光学摄像机阵列。
10.权利要求1的方法，所述方法还包括将所述经融合的采样数据集内插成一个正则网格的步骤。
11.权利要求1的方法，所述方法还包括将所述跟踪工具与所述可移动的勘察工具硬连接的步骤。
12.权利要求1的方法，所述方法还包括将一个勘察轮安装在所述可移动的勘察工具上的步骤。
13.权利要求1的方法，其中所述得到一个位置数据集的步骤包括下列步骤提供一个恒定的时间周期；以及确定所述勘察工具从一个第一位置点起到一个终点位置点止每隔所述恒定的时间周期时的位置点。
14.权利要求13的方法，其中所述融合步骤包括下列步骤在相邻的所述定位点对之间用一条样条曲线近似所述勘察工具的路径；通过将所述第一位置点与所述最终位置点之间的所述样条曲线的长度累加在一起，确定一个视在总勘察长度；将所述样条曲线合并成一条从所述第一位置点开始到所述最终位置点结束的单条样条曲线；通过将所述单条样条曲线分成段数等于所述勘察测量数据集内数据点数的段近似表示所述勘察工具在每个所述位置点的位置；以及通过假设所述勘察工具在所述勘察测量数据集内的每个数据点垂直于所述单条样条曲线，近似表示所述勘察工具在所述勘察测量数据集内每个数据点的位置。
15.权利要求13的方法，其中所述得到一个勘察测量数据集的步骤还包括录取所述勘察测量数据集内每个数据点的时间的步骤，而其中所述得到一个位置数据集的步骤还包括录取采集每个所述位置点的时间的步骤。
16.权利要求15的方法，其中所述融合步骤包括下列步骤在相邻的所述定位点对之间用一条样条曲线近似表示所述勘察工具的路径；确定所述勘察测量数据集内每个数据点的采集时间和所述位置数据集内每个位置点的采集时间；将每个数据点的采集时间与每个定位点的采集时间进行比较，在时间上将每个数据点用一对相邻位置点括起来，从而使每个数据点与所述样条曲线中的一条样条曲线关联；以及通过假设所述勘察工具在所述勘察测量数据集内的每个数据点垂直于它所关联的样条曲线，近似表示所述勘察工具在所述勘察测量数据集内每个数据点的位置。
17.权利要求1的方法，其中所述勘察工具包括一个传感器阵列，阵列内的每个传感器具有一个不同的传感器响应函数。
18.权利要求17的方法，所述方法还包括在所述融合步骤前对所述测量数据集进行滤波的步骤，以均衡所述传感器响应函数。
19.权利要求18的方法，其中所述滤波步骤包括通过一个确定性滤波器进行滤波的步骤。
20.权利要求18的方法，其中所述滤波步骤包括通过一个数据自适应滤波器进行滤波的步骤。
21.权利要求20的方法，其中所述数据自适应滤波器是一个峰化反卷积滤波器。
22.权利要求20的方法，其中所述数据自适应滤波器是一个信道均衡滤波器。
23.权利要求20的方法，其中所述数据自适应滤波器是一个帧滤波器。
24.一种提供一个含有经融合的测量和位置信息的勘察数据集的设备，所述设备包括一个能提供测量信息的可移动的勘察工具；一个能提供与来自所述可移动的勘察工具的所述测量信息相应的位置信息的跟踪工具；一个程控成将所述测量信息与所述位置信息融合成单个经融合的数据集的计算机。
25.权利要求24的设备，其中所述可移动的勘察工具包括一个磁强计。
26.权利要求24的设备，其中所述可移动的勘察工具包括一个磁强计阵列。
27.权利要求24的设备，其中所述可移动的勘察工具包括一个单信道雷达系统。
28.权利要求24的设备，其中所述可移动的勘察工具包括一个雷达天线阵列。
29.权利要求24的设备，其中所述可移动的勘察工具包括一个单信道电磁感应工具。
30.权利要求24的设备，其中所述可移动的勘察工具包括一个电磁阵列感应工具。
31.权利要求24的设备，其中所述可移动的勘察工具包括一个光学摄像机。
32.权利要求24的设备，其中所述可移动的勘察工具包括一个光学摄像机阵列。
33.权利要求26、28、30或32的设备，其中所述阵列安装在一个拖车上。
34.权利要求24的设备，其中所述跟踪工具包括一个自跟踪激光经纬仪。
全文摘要
本发明揭示了将一个勘察测量数据集与一个位置数据集合并成含有测量和位置数据的单个数据集的设备和方法。勘察测量数据可以从一个透地雷达、感应仪、磁强计或光学摄像机获得。定位信息采集到后与勘察信息融合在一起，使得勘察工具在每个数据点的位置得到明确。本发明还提出了一些可以结合定位信息用来提高从勘察工具采集到的数据得出的图像的质量的信道均衡滤波器、峰化反卷积滤波器和帧滤波器。
文档编号G01S19/04GK1520522SQ02809451
公开日2004年8月11日 申请日期2002年3月13日 优先权日2001年3月14日
发明者B·博恩斯, A·德鲁贝斯, P·阿尔巴茨, R·卡萨东特, R·比尔肯, R·德明, J·哈尔多尔森, D·E·米勒, M·L·奥里斯塔格利奥, T·汉森, B 博恩斯, 喽 , 奥里斯塔格利奥, 潮此, 痛, 米勒 申请人:威顿技术公司