一种传输管线系统中点设施的定位方法与装置 【技术领域】
本发明涉及计算机技术领域， 尤其涉及一种传输管线系统中点设施的定位方法与装置。 背景技术 对于电信运营商来说， 传输管线系统是最基础也是最为重要的设施， 传输管线系 统管理的优劣性直接会影响网络的运营情况。 由于传输管线系统具有规模大、 覆盖面积广、 变化频繁、 不易维护的特点， 所以每个电信运营商都会投入大量的资源用于传输管线系统 的建设。
传输管线系统可以被抽象为一系列的点设施与线设施， 所述点设施包括人手井、 电杆、 标石等， 所述线设施是指以点设施作为起点和终点的一段传输管线。因此， 在传输管 线系统中， 只有对点设施进行了正确的定位， 正确确定点设施的位置信息， 传输管线系统的 其它信息， 如线设施相关信息的准确性才会得到保证。
目前点设施的位置定位方法有以下几种 ：
方案一、 在传输管线系统中参照地理信息系统 (Geography InformationSystem， GIS) 地图中的建筑参照物， 结合传输管线系统设计文件， 确定点设施的位置信息。
方案二、 直接采用全球定位系统 (Global Position System， GPS) 定位的方法确定 点设施的经纬度位置信息。
方案三、 采用 GPS 与测绘相结合的方式确定点设施的经纬度位置信息。
在上述方案一中， 城市地区由于建筑物比较多， GIS 地图中的参照物相对容易找 到， 对点设施的定位精度较高， 但在郊区等空旷的地区， 在地标物较少的情况下， 对点设施 的定位精度会大幅下降， 有时误差甚至会达到数百米， 因此， 采用方案一无法真正精确定位 点设施的位置， 其定位的点设施位置只能是大致信息。而且， 采用这种方法需要将点设施 与相对参照物的位置关系输入 GIS 地图后才能得到点设施的位置信息， 由于点设施数量庞 大， 位置关系的录入也会耗费大量的人力资源。
方案二采用 GPS 直接采集点设施所在位置的经纬度信息可以获得点设施的位置 信息。但由于 GPS 存在静止时的飘移问题， 且在城市地区由于周围建筑物所造成的干扰会 造成 GPS 采集精度严重下降， 所采集的点设施的位置误差最大可达到 100 米， 且由于道路周 边建筑物的不规律性， 使得这种误差单纯依靠 GPS 本身无法预测和消除。因此， 采用方案二 所获得的定位结果通常会存在大量不确定性的误差。如果在利用 GPS 采集点设施的位置信 息后人工用方案一的方法进行修正， 不但会有效率较低的问题， 而且由于人为的因素也会 引入新的误差。
方案三所得到的定位结果比较精确， 但这一定位方法实现复杂、 耗时较长。
因此， 寻找一种简单可靠， 又可将误差控制在可以接受的范围的方法来确定点设 施的位置信息成为一个亟需解决的问题。
发明内容 本发明实施例提供一种传输管线系统中点设施的定位方法与装置， 用于解决现有 技术中对传输管线点设施的定位误差大和实现复杂的问题。
一种传输管线系统中点设施的定位方法， 所述方法包括 ：
在沿待定位点设施的轨迹运行时， 采集该轨迹上各采样点的轨迹信息， 以及经过 待定位点设施的时间信息， 所述轨迹信息包括采样点的位置信息、 运行时经过该采样点的 时间信息 ；
根据采集到的信息， 针对每一待定位点设施执行 ：
确定与经过该待定位点设施的时间信息相邻的时间信息对应的采样点 ；
根据确定的相邻的采样点的位置信息， 确定该待定位点设施的位置信息。
一种传输管线系统中点设施的定位装置， 所述装置包括 ：
采集模块， 用于在沿待定位点设施的轨迹运行时， 采集该轨迹上各采样点的轨迹 信息， 以及经过待定位点设施的时间信息， 所述轨迹信息包括采样点的位置信息、 运行时经 过该采样点的时间信息 ；
相邻采样点确定模块， 用于根据采集到的信息， 针对每一待定位点设施， 确定与经 过该待定位点设施的时间信息相邻的时间信息对应的采样点 ；
定位模块， 用于根据确定的相邻的采样点的位置信息， 确定该待定位点设施的位 置信息。
本发明实施例的方案中， 沿着一条经过待定位点设施的轨迹运行， 通过该轨迹上 采样点的时间信息及经过轨迹上待定位点设施时的时间信息， 查找出待定位点设施周围的 采样点， 进而利用查找出的周围的采样点的位置信息来确定待定位点设施的位置信息， 确 保待定位点设施的位置信息能够真实地反映点设施的位置， 从而提高对点设施定位的精 度。
附图说明
图 1 为本发明实施例一提供的一种传输管线系统中点设施的定位方法流程示意 图 2 为本发明实施例二提供的一种传输管线系统中点设施的定位方法流程示意图；
图； 图 3(a) 为本发明实施例三提供的一种传输管线系统中点设施的定位装置的结构 示意图 ；
图 3(b) 为本发明实施例三提供的一种传输管线系统中点设施的定位装置的结构 示意图 ；
图 3(c) 为本发明实施例三提供的一种传输管线系统中点设施的定位装置的结构 示意图。
具体实施方式
本发明实施例的方案中， 为了更好的消除点设施定位过程中的误差， 在定位点设 施时， 并不直接查找点设施的位置信息， 而是沿着一条经过待定位点设施的轨迹运行， 通过该轨迹上采样点的时间信息及经过轨迹上待定位点设施时的时间信息， 查找出待定位点设 施周围的采样点， 进而利用查找出的周围的采样点的位置信息来确定待定位点设施的位置 信息， 确保待定位点设施的位置信息能够真实地反映点设施的位置， 从而提高对点设施定 位的精度。
下面结合说明书附图和实施例对本发明技术方案进行详细说明。
实施例一、
本发明实施例一提供一种对传输管线系统中的点设施进行定位的方法， 如图 1 所 示， 所述方法包括以下步骤 ：
步骤 101 ： 在沿待定位点设施的轨迹运行时， 采集该轨迹上各采样点的轨迹信息。
本步骤中确定轨迹的方式有多种， 如通过车载或手持 GPS 的方式， 沿点设施运行 形成一条轨迹。
在沿轨迹运行时， 可通过 GPS 周期性地采样， 并记录每次采样时采样点的轨迹信 息， 包括但不限于 ： 采样点的位置信息、 运行时经过该采样点的时间信息和运行时经过该采 样点的速度信息。
步骤 102 ： 采集经过待定位点设施的时间信息。 在运行过程中， 当经过待定位点设施时， 记录经过该待定位点设施的时间信息。
需要说明的是， 步骤 101 和步骤 102 都是在沿轨迹运行时执行的， 因此， 步骤 101 和步骤 102 可同时执行。
步骤 103 ： 根据采集到的信息， 针对每一待定位点设施， 确定与经过该待定位点设 施的时间信息相邻的时间信息对应的采样点。
由于采样点和待定位点设施的时间先后顺序与运行时经过采样点和待定位点设 施的先后顺序相同， 因此， 通过本步骤可以确定每个待定位点设施周围相邻的采样点。
步骤 104 ： 根据确定的相邻的采样点的位置信息， 确定该待定位点设施的位置信 息。
由于本实施例中采样点的位置信息是在运行过程中实时采样得到的， 克服了静态 采集位置信息时由漂移问题引起的测量误差， 而待定位点设施的位置信息又是根据周围相 邻的采样点的高精度位置信息计算确定的， 因此， 在步骤 104 中， 根据周围的采样点的位置 信息计算出的待定位点设施的位置信息的精度较高。
下面通过实施例二对本发明实施例一进行详细说明。
实施例二、
如图 2 所示， 为本发明实施例二提供的一种传输管线系统中点设施的定位方法流 程示意图， 具体步骤包括 ：
步骤 201、 沿待定位点设施的轨迹运行， 采集该轨迹上各采样点的轨迹信息， 以及 经过所述待定位点设施的时间信息。
本步骤中采集的采样点的数量为多个。
轨迹信息可以是通过 GPS 定位系统或者其他系统， 如北斗定位系统获得的， 本发 明实施例中以利用 GPS 确定轨迹信息为例进行说明。 在利用 GPS 确定轨迹信息时， 轨迹信息 中的位置信息和时间信息可以是经纬度信息和经过该采样点的世界协调时间 (Universal Time Coordinated， UTC)。
GPS 可 以 以 1 秒 为 周 期， 沿 轨 迹 依 次 采 集 采 样 点 的 轨 迹 信 息。 由 于 GPS 以 NMEA-0183 格式记录轨迹信息， 若将每次采集的所有信息全部记录， 需要的存储空间约为每 小时数兆字节。 本实施例方案中， 为了减少对采集信息的存储空间的压力， 可以对采集到的 采样点的轨迹信息进行压缩编码， 减少数据的存储量。
所述压缩编码方案可以但不限于以下两种 ：
第一种压缩方案 ： 保存第一个采样点的完整轨迹信息， 对其他采样点只保存该采 样点相对于第一个或前一个采样点的变化量， 从而减少数据存储所需的空间。
第二种压缩方案 ： 只保存采集到的轨迹信息中有用的信息， 如可以对采集的经纬 度信息进行长度截取， 确保长度截取后的经纬度信息能够满足定位精度的要求即可， 还可 以根据设定的 GPS 数据采集的周期， 在连续采集的情况下， 只保存一个采样点的时间信息， 其他采样点的时间信息根据周期间隔确定时间信息。
如果在本步骤中对采集的轨迹信息进行了压缩， 则在后续采用对应的解压缩方式 得到轨迹信息。
所述待定位点设施的时间信息是在沿轨迹运行时， 在经过待定位点设施时通过手 持 GPS 设备或车载 GPS 设备采集的 UTC 时间， 该 UTC 时间精确到十分之一秒。 在步骤 201 中通过动态方式采集到各采样点的位置信息， 为了提高采样点的采样 精度， 本实施例的步骤 202 对位置信息的精确度较低的采样点进行筛选， 优化采样点的位 置信息， 以便于最终得到的点设施的位置信息精度较高。
步骤 202、 确定采样点中的有效采样点。
确定有效采样点的方法包括但不限于以下两种 ：
方法一、
由于在 GPS 使用过程中， 不同的速度对应不同的误差种类。在 GPS 高速运动时， 误差主要来自运动的法线方向， 且误差相对较小 ； 而 GPS 静止或低速运动时， 误差主要来自 GPS 飘移产生的误差， 误差相对较大。 因此， 可以根据轨迹信息中各采样点对应的速度信息， 对速度较低的采样点进行筛选。
具体的筛选方式包括但不限于以下两种 ：
第一种筛选方式 ： 确定速度信息小于速度门限值的采样点， 并删除确定的采样点。 通过第一种筛选方式删除位置信息误差较大的采样点， 避免了通过位置信息误差较大的采 样点来计算点设施的位置信息， 从而影响点设施的位置信息精度的问题。
第一种筛选方式 ：
首先， 确定速度信息小于速度门限值的采样点， 将确定出的采样点按照时间信息 进行排序。
例如 ： 速度信息小于速度门限值的采样点的数量为 10， 并按照时间信息排列为 ： 采样点 1、 采样点 2...... 采样点 10。
然后， 将第一个采样点作为有效采样点， 并执行以下操作 ： 根据采样点的位置信 息， 确定位于有效采样点之后、 与有效采样点的距离大于第一距离门限值的首个采样点， 将 所述首个采样点作为有效采样点， 并重复执行所述操作， 直至所有速度信息小于速度门限 值的采样点执行所述操作。
假设所述第一距离门限值为 25m， 将采样点 1 作为有效采样点后， 如果采样点 2 和
采样点 3 与采样点 1 的距离不大于 25m， 且采样点 4 与采样点 1 的距离大于 25m， 则将采样 点 4 作为有效采样点 ； 继续执行本操作， 确定与采样点 4 的距离大于 25m 的首个采样点为采 样点 7。若采样点 8 ～采样点 10 与采样点 7 的距离都不大于 25m， 则完成本操作， 确定采样 点 1、 采样点 4 和采样点 7 为有效采样点。
最后， 删除速度信息小于速度门限值的采样点中除有效采样点之外的其他采样 点。
具体的， 在本发明实施例中， 可以将速度门限值设定为 5km/h， 将速度高于 5km/h 的采样点作为有效采样点， 将速度低于 5km/h 的采样点执行上述第一种筛选方式或第二种 筛选方式。
方法二、
由于点设施通常是建立在道路的两侧， 因此， 经过各待定位点设施的轨迹中的大 部分采样点也应该分布在道路的两侧， 而 GIS 矢量地图中提供了大量的标准道路信息， 因 此， 可以利用 GIS 矢量地图对 GPS 采集的采样点进行筛选。
具体的筛选方式为 ：
首先， 读取 GIS 矢量地图中全部的道路中心线数据， 将确定的每个采样点的位置 信息转换为与 GIS 地图相同坐标系下的位置信息。 然后， 针对每一采样点的位置信息， 判断是否存在与该采样点的距离小于第二距 离门限值的道路中心线。
最后， 根据判断结果执行以下操作 ：
若不存在与该采样点的距离小于第二距离门限值的道路中心线， 则确定该采样点 是有效点。
若存在与该采样点的距离小于第二距离门限值的道路中心线， 则进一步确定在与 该采样点的距离小于第二距离门限值的道路中心线的数量 ； 若确定的道路中心线的数量为 1， 则将道路中心线上与该采样点距离最近的点位置信息替换该采样点的位置信息， 位置信 息替换后的采样点作为有效采样点 ； 若确定的道路中心线的数量大于 1 且任意两条道路中 心线不相交， 则将所有道路中心线中， 与该采样点距离最近的点位置信息替换该采样点的 位置信息， 位置信息替换后的采样点作为有效采样点 ； 若确定的道路中心线的数量大于 1 且存在至少两条道路中心线相交， 则删除该采样点。
在本发明实施例中， 可以将第二距离门限值设定为 25m。
上述确定有效采样点的方法一和方法二可以分别用于确定采样点中的有效采样 点， 也可以同时用于确定采样点中的有效采样点， 若同时利用方法一和方法而确定有效采 样点， 则可以先利用方法一删除误差较大的采样点后， 再利用方法二对采样点做进一步优 化， 从而进一步提高采样点位置信息的准确性。
在利用步骤 202 的方法删除了采样点中误差较大的采样点之后， 可以直接跳转至 步骤 204， 也可以进一步利用步骤 203 对删除的采样点进行补充， 补充后的采样点数量与删 除的采样点数量相同。
步骤 203、 对删除的采样点进行补充。
针对步骤 202 中方法一中确定有效采样点的方法， 则本步骤补充删除的采样点的 方式具体包括 ：
在删除了速度信息小于速度门限值的全部采样点时， 针对每一删除的采样点， 根 据三次样条曲线算法和速度信息不小于速度门限值的采样点的位置信息， 为删除的采样点 生成补充的采样点的位置信息， 并将该删除的采样点的时间信息和速度信息作为补充的采 样点的时间信息和速度信息。
在删除了速度信息小于速度门限值的采样点中除有效采样点之外的其他采样点 时， 针对每一删除的采样点， 根据三次样条曲线算法、 速度信息不小于速度门限值的采样点 以及有效采样点的位置信息， 为删除的采样点生成补充的采样点的位置信息， 并将该删除 的采样点的时间信息和速度信息作为补充的采样点的时间信息和速度信息。
针对步骤 202 中方法二中确定有效采样点的方法， 则本步骤具体包括 ：
针对每一删除的采样点， 根据三次样条曲线算法和未删除的采样点的位置信息， 为删除的采样点生成补充的采样点的位置信息， 并将该删除的采样点的时间信息和速度信 息作为补充的采样点的时间信息和速度信息。
下面对三次样条曲线算法进行详细说明。
设确定出的有效采样点序列中各采样点对应的时间信息序列为 t1， t2，…… tn， 对 于每一个整数 i， i ＞＝ 2 且 i ＜ n-1， 如果满足 ti+1-ti ＞ 1(t 的单位为秒 )， 则需要在第 i 个有效采样点 (xi， yi) 和第 i+1 个有效采样点 (xi+1， yi+1) 之间补 m 个有效采样点， 且m＝ ti+1-ti-1。
设 j 为 [1， m] 之间的整数， 则根据三次样条曲线算法， 所补点坐标 (x′ j， y′ j) 的 计算方程为 ：
设确定出的有效采样点序列中各采样点对应的位置信息序列为 (x1， y1)， (x2， y2)......(xn， yn)， 对于整数 i， i ＞＝ 2 且 i ＜ n-1， 可以通过以下矩阵方程获得系数 s11， s12， s21， s22， s31， s32， s41， s42 ：
步骤 204、 针对每一待定位点设施， 确定与经过该待定位点设施的时间信息相邻的 时间信息对应的采样点。
确定出的相邻的采样点可以但不限于为两个， 且在沿待定位点设施的轨迹运行 时， 分别位于经过该待定位点设施之前的第一个采样点和之后的第一个采样点， 或者在沿 待定位点设施的轨迹运行时， 分别位于经过该待定位点设施之前的第二个采样点和之后的
第二个采样点。
步骤 205、 确定待定位点设施的位置信息。
根据确定的相邻的采样点的位置信息， 确定该待定位点设施的位置信息。 具体的， 可以确定出时间信息与待定位点设施的时间信息相邻的两个采样点， 即确定出了位置信息 与待定位点设施的位置信息相邻的两个采样点， 且可以按照线性模型利用该两个采样点的 位置信息计算待定位点设施的位置信息。
具体的， 可以通过以下公式确定待定位点设施的位置信息 ：
其中， tc 为采集的经过待定位点设施的时间信息， ti 和 ti+1 为确定的经过时与待定 位点设施的时间信息相邻的两个采样点的时间信息， 且 ti ＝＜ tc ＜＝ ti+1， (xi， yi) 和 (xi+1， yi+1) 为所述相邻的两个采样点的位置信息， (xc， yc) 为待定位点设施的位置信息。实施例三、
如图 3(a)、 图 3(b) 和图 3(c) 所示为本发明实施例三提供的一种传输管线系统中 的点设施的定位装置的结构示意图， 所述装置包括采集模块 11、 相邻采样点确定模块 12 和 定位模块 13， 其中 ：
采集模块 11 用于在沿待定位点设施的轨迹运行时， 采集该轨迹上各采样点的轨 迹信息， 以及经过待定位点设施的时间信息， 所述轨迹信息包括采样点的位置信息、 运行时 经过该采样点的时间信息 ； 相邻采样点确定模块 12 用于根据采集到的信息， 针对每一待定 位点设施， 确定与经过该待定位点设施的时间信息相邻的时间信息对应的采样点 ； 定位模 块 13 用于根据确定的相邻的采样点的位置信息， 确定该待定位点设施的位置信息。
所述采集模块 11 还用于确定运行时经过采样点的速度信息。
如图 3(a) 所示， 所述装置还包括第一有效采样点确定模块 14 和第一采样点补充 模块 15， 或者如图 3(b) 所示， 所述装置还包括第二有效采样点确定模块 16 和第二采样点补 充模块 17， 其中 ：
第一有效采样点确定模块 14 用于确定速度信息小于速度门限值的采样点， 并删 除确定的采样点 ； 或者
确定速度信息小于速度门限值的采样点， 将确定的采样点按照时间信息进行排 序， 将第一个采样点作为有效采样点， 并执行以下操作 ：
根据采样点的位置信息， 确定位于有效采样点之后、 与有效采样点的距离大于第 一距离门限值的首个采样点， 将所述首个采样点作为有效采样点， 并重复执行所述操作， 直 至所有速度信息小于速度门限值的采样点执行所述操作 ；
删除速度信息小于速度门限值的采样点中除有效采样点之外的其他采样点。
第一采样点补充模块 15 用于针对每一删除的采样点， 根据三次样条曲线算法和 速度信息不小于速度门限值的采样点的位置信息， 为删除的采样点生成补充的采样点的位 置信息， 并将该删除的采样点的时间信息和速度信息作为补充的采样点的时间信息和速度
信息 ； 或者
针对每一删除的采样点， 根据三次样条曲线算法、 速度信息不小于速度门限值的 采样点以及有效采样点的位置信息， 为删除的采样点生成补充的采样点的位置信息， 并将 该删除的采样点的时间信息和速度信息作为补充的采样点的时间信息和速度信息。
第二有效采样点确定模块 16 用于将确定的每个采样点的位置信息转换为与 GIS 地图相同坐标系下的位置信息， 针对每一采样点的位置信息， 判断是否存在与该采样点的 距离小于第二距离门限值的道路中心线， 若不存在， 则确定该采样点是有效点 ； 若存在， 则 进一步确定在与该采样点的距离小于第二距离门限值的道路中心线的数量 ； 若确定的道路 中心线的数量为 1， 则将道路中心线上与该采样点距离最近的点位置信息替换该采样点的 位置信息 ； 若确定的道路中心线的数量大于 1 且任意两条道路中心线不相交， 则将所有道 路中心线中， 与该采样点距离最近的点位置信息替换该采样点的位置信息 ； 若确定的道路 中心线的数量大于 1 且存在至少两条道路中心线相交， 则删除该采样点。
第二采样点补充模块 17 用于针对每一删除的采样点， 根据三次样条曲线算法和 未删除的采样点的位置信息， 为删除的采样点生成补充的采样点的位置信息， 并将该删除 的采样点的时间信息和速度信息作为补充的采样点的时间信息和速度信息。
所述定位模块 13 具体用于通过以下公式确定待定位点设施的位置信息 ：
其中， tc 为采集的经过待定位点设施的时间信息， ti 和 ti+1 为确定的经过时与待定 位点设施的时间信息相邻的两个采样点的时间信息， 且 ti ＜＝ tc ＜＝ ti+1， (xi， yi) 和 (xi+1， yi+1) 为所述相邻的两个采样点的位置信息， (xc， yc) 为待定位点设施的位置信息。
本发明实施例三提供的方案不限于分别利用第一有效采样点确定模块 14 和第二 有效采样点确定模块 16 确定有效采样点， 也可以将第一有效采样点确定模块 14 和第二有 效采样点确定模块 16 同时用于确定有效采样点， 如图 3(c) 所示， 在依次利用第一有效采样 点确定模块 14 和第二有效采样点确定模块 16 确定有效采样点时， 也可以通过第二采样点 补充模块 17 对利用第一有效采样点确定模块 14 和第二有效采样点确定模块 16 删除的采 样点进行补充。
本发明实施例提供的方案在利用动态采样的方法确定采样点的位置信息， 克服了 静态采集位置信息时由漂移问题引起的测量误差， 从而提高根据周围相邻的采样点的高精 度位置信息确定的待定位点设施的位置信息的精度的基础上， 可以根据速度较低的采样点 误差较大和 / 或待定位点设施分布在标准道路的附近的特点， 利用采样点的速度信息和 / 或 GIS 地图中的道路中心线信息对位置信息误差较大的采样点进行删除或修正误差较大 的采样点的位置信息， 从而进一步提高采样点位置信息的准确性 ； 还可以利用三次样条曲 线对删除的采样点进行补充， 利用误差较小的采样点的位置信息取代删除的误差较大的采 样点的位置信息， 并保留删除的采样点的其他信息， 提高采样点的位置信息准确性的同时， 使得用于确定待定位点设施的位置信息的采样点序列符合采样时的采样周期规律， 从而进
一步提高对待定位点设施的定位精度。
显然， 本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。