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V10, R10, RTX 硬件介绍
发布日期:2014-05-29 16:35:44  作者:admin  浏览次数:7871  

 

文:Gavin Schrock, PLS      

译:北京天拓天宝科技有限公司DBO发展事业部  任海青

 

    我想知道有没有人遭遇过这种情况:没有基地,没有RTN,没有电池,没有气泡?不用担心,如果是这样的话就在对中杆上进行摄影测量。

  

    在过去的一年中测绘技术取得了卓越的进步。

有几种让我忍不住想要试试看。天宝公司发布了

R10 GNSS探测器的两项主要的增强功能:一项

的全球实时PPP(精密单点定位)解决方案

(Trimble CenterPoint RTX校正服务)以及电子

气泡的倾斜校正功能。

 

    然后就是V10,可用于地面摄影测量的一个杆

装的360°相机阵列(首次为这类工作流程专门设

计),这也是最让我感到惊喜的地方。我很快发

现最妙的地方还在后面——工作流程。因此,我

会先专注于工作流,然后是硬件。

 

V10: 对中杆上的摄影测量技术

   

    假设你的项目场地面临以下一项或多项挑战:

树木遮盖、控制有限、混合的地形、交通拥挤、

围栏后的地理特征、开展调查的窗口有局限性等

等。为克服这些障碍,在满足精度要求的同时,

你试图采取多种可用的观察方法。

 

    多个设置再加上机器人的全站仪通常可以符合要求。尽管GNSS探测器可以单独在一个相对开阔的区域内作业,但对于树冠下的场地区域来说用处不大(尽管这方面的技术是在不断发展的),总之你可能不得不用全站仪来替代。你可以尽量缩短在场地中的时间,并用一台完备的扫描仪扫描一个全景都极具挑战性的地方或难以接近的地方。

 

    或者你可以尝试一些DIY地面摄影测量方法。有很多胡乱拼凑、把相机绑在对中杆上的方法。有些地面摄影测量方法采用的是非专门设计的相机和各种免费或便宜的软件包等等,得不到最理想的结果。但是,正确地进行地面摄影测量通常需要对几何体、控制、目标点和手动照片配准进行前期规划。

 

    假使你能从现场的GNSS探测器的拍摄角度照一张即拍的360°全景照片(或者可能是每一个镜头)的话,结果会如何呢?你可以从中选择并处理那些与你感兴趣的区域有所重叠的照片,然后像一个调整网络一样处理并排列这些照片。

 

    有几种调整策略可供选择:未调整的原始位置;控制内部罗盘方位;使用照片可见后视;或执行标准的切除,即你可以决定哪些元素可以保留、浮动和调整。用DIY或低端的工具可能有些困难(或者说是不明智)。

 

    TBC(天宝商务中心软件)的视觉模块对上述全部都有菜单驱动的工作流程:仅原始的,方位角,标准切除和完整的定向,并且如果有最优数量的常见连测点的话(标准切除有12个或更多的连测点),自动的连测点识别和调整系统就能完全关联并配准360°全景图像。

 

    用最少两个照片站就可以完成摄影测量,但为什么要这么节省呢?V10拍摄全景照片所用的时间要比RTK短得多,所以选用V10吧。在控制器中可以存储超过3000张全景照片。即便你之前已经用全站仪摆好了点,也可以跟进V10的操作,拍摄照片。

 

    V10拥有12部校准相机:七部重叠摆好的相机用于拍摄360°全景照片,下面五部相机则囊括地面的视图(你可以自己选择方向和视野)。每部校准相机所拍摄的5兆像素图像投映在一起,通过显卡形成无缝的60兆全景色图。

 

    与很多常见的“全景工具”不同的是,V10拍摄的图像不是“缝合”在一起的。V10的相机是自动校准的,无需再进行调整。12张全景图像通过显卡和校准数据投映出来。TBC(天宝商务中心软件)的导出函数再把它们放到一起。自动的连测点板块选取可见点(即那些拥有清晰定义的图案/边线/角/对比度和最优几何的点)到多张重叠的全景色图中,对每种你想要的方法进行调整。标注出连测点之后,你可以手动添加更多,添加观测的连测点。

 

    TBC(天宝商务中心软件)中像点的测量问题,即菜单中的“测量像点”总是使用原始图像和校准数据。在这些校准和配准的图像中,你可以对其中两张或更多全景色图使用测量像点像素选择工具,以便为地形图提供观测点,减少在场地中的时间,而且无需担心交通问题,舒服地坐在卡车或办公室里操控笔记本电脑。

 

    使用该工具可以生成现实世界X,Y,Z位置的照片。如果你在照片中能够看到它,就可以测量其位置。标准特征库/代码也可以用于生成点、线条和多边形。你也可以把整个场地都记录下来(以防有人遗漏了什么;像这种情况从未发生过!)。办公室里的人所看到的东西和现场工作人员一样多。

 

测试

 

    我想要测试的场景是一个十字路口的地形图。一组工作人员在阳光明媚的一天带着安装在V10上的R10 GNSS智能接收机探测器出发了,这是一种常见的配置(也可以在V10上安装一个棱镜,再加上一个机器人或传统的全站仪。如果一个物体超出了全站仪的捕捉范围,还可以用V10捕捉到它。他们也对已知点进行了RTK拍照,其中一些还可以生成很好的连测点和校验照片。)

 

    第二天(丹佛的第一个阴霾的下雪天)我出去进行了一些重复性的工作,直接检测他们观察到的点,以及从调整过的全景色图中选取的一些点。

 

    采用V10/R10的配置拍摄全景色图很简单,就像Trimble Yuma 2 平板电脑中Trimble Access 软件的一个勾选框一样简单。V10只适用于平板电脑,但在处理图像的时候,我比较欣赏那些额外的基板面。

 

    在我拍摄RTK照片的时候,它拍摄了一张全景色图(我真的努力闪避了,以免每张全景色图中都出现光秃的斑点)。我可以在控制器上预览全景色图,并放大12部相机中的图像,来看一下它是否清楚地拍摄了我所寻找的东西---相机上有删除和重拍选项。

 

    无需陷入拥挤的交通中,任务就已经全部完成了。在这种情况下,仅仅依靠12个图片站(点和全景色图),整个十字路口都可以测量到了。

 

结果

 

    令人意外的是,垂直方向要比水平方向上好得多(例如,水平方向上的反比一向低于2cm,垂直方向上的反比则只有1cm多一点儿)。我曾经咨询过天宝光学产品的测量员和投资组合经理Chad McFadden,为什么垂直方向上总是要好一些?他说,“明白了连测点调节器是如何运作的之后,这一点就说得通了,图像配准在很大程度上依赖于垂直方向上的点。”这是一个约20m的十字路口。

 

    依经验得出的一条法则是“十分之一”,即预期的精度误差是每10m有1cm左右的误差。如果这听起来已经是极限了,那么记住,你可以非常迅速地拍摄很多照片。如果这与你所期望的精度还有很大差距,就继续往前走,把更多的图片站添加到网络中。有疑问的话,就拍摄更多照片。

 

    我们还讨论过获取良好的常见连测点的最佳实践。运用标准的“好三角”原则,并且根据相应的情况设定对应的目标。如果没有常见的特征,就把它们设定成最佳距离或角度。如果是在一个非常开阔的区域(就像丹佛路口的周边地区),在那里明确的常见连测点可能会很远,这种情况下他们就建议在地面上插一些标杆。

 

    有很多质量指标可以用来衡量照片选定点的精度;可以看到调整的残差,数字的优势以及整个过程中的预计精准度。另外,绝大多数的不确定性可以通过拍摄更多照片来解决。这是一种非常简洁、轻便的解决方案;V10的重量和R10差不多,并且它有嵌入式的一面,因此R10上安装的超高频天线可以尖头朝下,这就是我们在本次项目上所做的。

                  

    我想要试验另外两种功能:倾斜校正和Trimble RTX技术。继续阅读这篇在线文章,详细了解更多相关信息。

 

RTX技术(实时扩展):全球精密单点定位服务

 

    自从大约一年前发布以来,R10的用户已经体验到了RTX技术以及xFill断点续测技术。有了xFill断点续测技术,从天宝的跟踪站全球网发出的信号可以在断电后的几分钟内持续提供实时的解决方案,而这些跟踪站是通过通讯卫星来传递信息的。但是现在,实时的高精度CenterPoint RTX校正服务,就像R10智能接收机中所启用的那样(通过固件升级可以提供给所有的R10智能接收机),服务覆盖范围会变得更大。

 

    基于卫星轨道和时钟信息,再加上其他一些诸如电离层建模数据,R10智能接收机可以从零开始提供精密单点定位服务,集中超过20-30分钟,然后启用优于4厘米测量精度的后续观察(有时候会更好一些,但在垂直方向上要更高一些,就像任何其他的GNSS方法一样)。

 

    这听起来像是很长一段时间,但考虑到整个工作流程来说就不算什么了。在不使用传统参考站RTK(实时动态差分)/RTN基础设施的情况下,你只能进行观察,后期处理,然后采取其他方式观察。相反的,在场地中设定齿轮的时间里可以进行RTX快速收敛操作。如果你从一个已知点出发(他们将之称为“快速启动”),快速收敛操作可减少到大约5分钟。

 

    虽然这听起来并不准确(和RTK/RTN比起来),但要记住,该操作可以在无基地、无网络、无电池的情况下执行,基本上有发射Trimble RTX信号的卫星的地方就能执行该操作。之前有人说:不,有些事情你借助这个是永远无法做到的,但它能做到的事情很多。

 

测试

 

    为测试RTX技术,我找到了Richard Brush,他是Trimble公司的测量员和应用工程师,也是其内部的测试专家,他快速地给我培训了一下关于RTX服务的使用方法,只花了几分钟的时间。考虑到条件并不是很好——开阔的天空,但不久就会有一场暴风雪——第一次快速收敛时间不超过18分钟,并且达到了4cm(h)x7cm(v)。Brush解释说,进度指示器会持续运作,一直到最小值7cm(h)x12cm(v)为止。让进度指示器一直运转下去,可以看到最初的快速收敛数字在增长。最好的实践就是“如果时间充沛的话,让它一直运转下去。”

 

    做完快速收敛操作之后,我会四处走走,拍摄更多地形照片。除非地球同步通讯卫星视图丢失了30秒钟以上,这些卫星的位置在天景控制器中也会显示出来。与赤道以下的地球同步监测卫星保持连接需要深谋远虑且具备态势感知意识,这是使用该解决方案(或运用地球同步监测卫星的任何实时的精密单点定位解决方案)所面临的一个主要挑战。

 

    快速启动只用了大约两分钟的时间进行快速收敛。在快速启动过程中,一个已知的位置——来自之前的一次快速收敛,RTK/RTN或已发布的符号——可以快速启动RTX快速收敛并会提供一个新的位置。对于已知位置唯一需要注意的一点就是,在这个时候,它必须以ITRF 2008国际地球参考框架为坐标参考基准。很容易就能把其他值转换为ITRF 2008,Brush说实行车载转换是优先考虑的。

 

    还有一种后期处理的RTX校正服务,近期联邦政府关门,NGS(国家大地测量局)的工作暂时无法开展,这让很多人首次发现了这项免费的服务(实时的RTX校正服务是通过订阅实现的)。在我做的测试中,再结合其他人所做的测试来看,这种全球RTX解决方案的结果在多数情况下可以与国家大地测量局的成果相媲美(以长度相同的观察来说),但它还有一个相对明显的优势,即多卫星,它不仅支持GLONASS卫星导航系统,还支持QZSS卫星导航系统的校正服务(当然,只有在美国大陆的少数地方才能看到QZSS卫星导航系统,因为其卫星轨道是高椭圆轨道 ;日本和澳大利亚的高椭圆轨道)。

 

    后期处理的RTX校正服务还有一个预览版本,它使用了尽可能多的北斗和伽利略卫星。多卫星是至关重要的。另外,在我们的沿海地区没有海上CORS(连续运行参考站),因此全球解决方案确实很有吸引力。


电子气泡和倾斜校正

 

    Trimble R10系统采用了电子气泡功能。电子气泡可以进行精确的校准,并且如果某个点是在对中杆倾斜度超过用户定义的设置时测量的,配置将设为禁止拍摄,或者在一个可承受的范围内自动拍照。

 

    电子气泡有很多种形式,但补偿器和电子气泡多样的形式已经存在一段时间了,并且R10智能接收机的气泡是非常有用和可靠的。在装置的顶部甚至还有一个浅凹,方便你用一个铅锤测试核心内容(对中杆上还有一个标准的气泡作对照)。针对某些类型的工作,它可以节省出很多时间。

 

    早在2013年的时候,我把R10智能接收机放在了沿水库的一条7英里长的碎石路上。拿着R10沿着一个方向走,将R10设置为在垂直公差以内拍照。另一位测量员拿着另一种新的探测器(没有电子气泡的)沿着另一个方向走。结果发现在相同的时间内R10可以获取两倍的山地图像(我们交换检查过)。我们确实希望倾斜校正(当时还没有发布)能够用于其他类型的工作。

 

    R10的新的倾斜校正功能可通过固件升级获得。我的测试(在同一个十字路口)非常简单。拍摄已知点,以不同角度倾斜对中杆时再重新拍摄。电子气泡的界面——其校准和设置位于Access软件控制器的显示屏上。在倾斜对中杆时,可以看到代表设定公差的圆形位置,并且能够看到该位置横跨了代表5°倾斜增量的同心圆。你只能校正15°以内的倾斜角。在测试中,已知点和倾斜拍摄之间的反比低于1cm(h),在10°垂直方向上只有几毫米。该反比会达到将近2cm(h),但在15°垂直方向上还是只有几毫米。

 

    有几个测量员想让我问一个问题:倾斜校正功能是如何识别方向的?有一个电子罗盘,通过预设程序,沿水平轴上罗盘的八个点转动R10可以校准该罗盘。并且还有多轴倾斜传感器和加速器。尽管探测器可以通过GNSS确定大地的正北方向,尤其是在移动的时候,但倾斜是相对的,而且在相反的方向上如此短的轴线要比较长基线上拍摄的照片要好很多。  

 

    倾斜校正都可以做些什么呢?避开场地中很多烦人的障碍物。拍摄一个篱笆、杆或灌木。能够用更轻松的方式来拍摄盆地和沙井的想法我很喜欢。就像其他一些测试功能一样,我一旦接触了一项功能,就会挖掘出更多与之相关的东西。

 

    如果你给予人们工具,他们能够善加利用自己的天赋和好奇心的话,那么他们所开发出来的东西将会远远超出你的预期。——比尔·盖茨

 

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实地构想

 

    在实地测量的时候,测量员可能会有很多时间去构想一些事情,比如说可以简化其工作的事,对其工作有所提升的事儿,如何扩大市场等等。我自己也曾构想过很多事情,并了解了测量员们的一些不切实际的想法。我曾经听说过类似于“会飞的全站仪”的想法…而现在我们有了UAS(无人机系统)。

    

    几年前,我曾经在关于未来测量的一次会议上发言,对这些想法进行了概述。有点儿半开玩笑的感觉,因为实在有太多种想法。一些预期未来的想法包括一个扫描/成像的顶部,倾斜校正、语音指令、抬头显示器眼镜。其中一些在某种程度上已经实现了。

 

    其他一些想法则有点儿“遥远”,包括陀螺仪的稳定性,电池和太阳能网(附带使探测器带电的感应手套),直接扫描/成像的识别笔,GNSS天线的变量面具,抗干扰的相控阵全球天线,以及该天线对地面信号起作用的特性。

 

我最喜欢(也是最受抨击)的设想是:支柱中的重力仪,这是一个远大的梦想,但现在我发现关于硬件的梦想可能只是未来发展的一部分,未来的发展不仅仅局限于硬件。

 

    和很多其他的测量员一样,我发现自己太过关注工具,过去没有看到硬件所可能具备的全部潜力。现在已经有了很多硬件和小装置,你可以拥有世界上最先进的硬件,但除非它可以适应于增强了的工作流程,能够遵循既定的标准和实践,否则它就只能是一个很酷的硬件。最实用的魔法其实是在后面。我找到了问题的解决方法或小工具。

 

    尽管一些新的工具在最初的时候会受到冷嘲热讽,但我们从很多制造商那里看到了一些真正实用的设备。令人欣慰的是越来越多的人开始注重工作流的增强而不仅仅是“魔盒”的发展(尽管有些人还是没能理解这一信息)。同行们正逐步认识到一种工具的真正价值在于它与工作流的适应情况以及与其他设备和办公工具的配合度,还有如何为测量员的服务开启新的市场并解决我们还未考虑过的问题。

 

                                                                                                                 

Gavin Schrock, PLS是一位测量员、技术作家以及RTN的操作员。他也是本杂志的副主编。

 

来源:http://www.profsurv.com