一种高程测量方法和系统 【技术领域】
本发明涉及一种测量技术，尤其涉及一种高程测量方法和系统。
背景技术
高程是一个重要的地理信息参数。在进行地理信息数据采集时，通常需要采集某些地理位置的高程，比如楼层的高度，山地、丘陵的高程等。在现有技术中，获得高程的方法有：GPS静态定位高程测量法、水准测量法和三角高程测量法，下面简单介绍上述高程测量方法。
GPS静态定位高程测量法。该方案采用差分GPS定位方式，需要两台GPS，一台放置于一个高程已知的点上，作为基准站，另一台放置于待测点上，作为目标站。开启基准站和目标站GPS设备，并记录GPS数据，观测至少30分钟后，关闭GPS设备。对记录的基准站和目标站数据采用差分软件进行差分处理，并输入基准站已知点的高程值，得到被测点的高程。
通过差分GPS测量高程，需要保证基准站和目标站视野开阔，以便基准站和目标站的GPS卫星信号接收良好，才能得到比较可靠的结果数据，但在实际环境中，往往不能满足这个条件，从而降低了测量结果的精度。
水准测量法或者三角高程测量法。所述水准测量法又名“几何水准测量法”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高程差的方法；在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按水准标尺上读数推算两点间的高差。所述三角高程测量是通过观测两点间的水平距离和天顶距(或高度角)确定两点间高程差的方法。
当目标站与高程已知点距离较远时(如超过10公里)，用水准测量法或三角高程测量法测量目标站的高程，需要进行多次高程传递，比较费时费力。即，上述两种方法不能适应较远距离的高程测量。
【发明内容】
本发明的实施例提供了一种高程测量方法和系统，可克服现有技术中在特定条件下测量时易受环境遮挡且测量速度慢的问题。
本发明的实施例提供了一种高程测量方法，包括如下步骤：
获得基准站处的气压和目标站处的气压；
根据所述基准站处的气压获得基准站处的高程，根据所述目标站处的气压获得目标站处的高程；
根据所述基准站处的高程和所述目标站处的高程获得基准站与目标站之间的高程差；
根据基准站与目标站之间的高程差和基准站的已知高程获得目标站的高程。
本发明实施例还公开了一种高程测量系统，包括处理装置和两套气压采集装置；
所述气压采集装置用于获得数字气压计的气压，其中，一个气压采集装置设置在基准站上，另一个气压采集装置设置在目标站上；
所述处理装置用于根据所述气压采集装置获得的气压确定基准站和目标站之间的高程差，并根据所述高程差和基准站的已知高程确定目标站的高程。
根据本发明实施例，由于采用了气压计来测量高程，使得当基准站与目标站距离较远时也能进行测量，且基准站和目标站不受环境遮挡的限制，测量过程快速简单。
【附图说明】
图1示出了本发明实施例一的高程测量流程；
图2示出了本发明实施例二的高程测量系统。
【具体实施方式】
为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施例。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种高程测量方法，包括如下步骤：
步骤11、获得基准站处的气压和目标站处的气压。
可采用气压采集装置来获得气压，所述气压采集装置可由一台数字气压计和PC(Personal Conputer，个人计算机)组成，其中数字气压计与PC相连，数字气压计用于测量气压，PC用于获得数字气压计测量的气压。其中一套气压采集装置放置于基准站上，所述基准站的高程已知；另一套气压采集装置放置于待测目标站上，作为目标站。
为取得较高的测量精度，在进行测量之前，分别校准基准站和目标站PC的时间，以便基准站和目标站的时间同步，从而获得相同时间的两个站(基准站和目标站)之间的高程差。将基准站和目标站时间同步方法可以是，将基准站PC和移动站PC采用Windows控制面板中的“日期与时间”设置对话框，将时间设为一致，误差不超过1秒。也可通过其它方式来校准基准站和目标站PC的时间，如通过GPS进行校准。
分别测量基准站和目标站的气压。如，开启基准站PC和数据气压计，用PC接收数字气压计采集的气压数据，可每秒一组数据，并保存获得的气压数据及获得该数据的时间；开启目标站PC和数据气压计，用PC接收数字气压计采集的气压数据，可每秒一组数据，并保存获得的气压数据及获得该数据地时间。可测量预定时间段的气压数据，如测20分钟数据，这样就会测量得到多组目标站和基准站的气压数据和及与该气压数据对应的时间。基准站示例数据(base.bmh)如下：
记录ID，时间(yyyymmddhhnnss)，气压(帕)
1， 20080501100001， 101156.6
2， 20080501100002， 101158.5
3， 20080501100003， 101161.8
4， 20080501100004， 101155.3
5， 20080501100005， 101159.9
6， 20080501100006， 101166.2
7， 20080501100007， 101157.3
8， 20080501100008， 101154.2
9， 20080501100009， 101162.9
10， 20080501100010， 101161.2
11， 20080501100011， 101155.1
12， 20080501100012， 101153.2
13， 20080501100013， 101159.4
14， 20080501100014， 101161.7
15， 20080501100015， 101163.2
16， 20080501100016， 101158.3
17， 20080501100017， 101155.1
18， 20080501100018， 101159.9
19， 20080501100019， 101154.1
20， 20080501100020， 101160.4
移动站示例数据(move.txt)如下：
记录ID，时间(yyyymmddhhnnss)，气压(帕)
1， 20080501100006， 101107.6
2， 20080501100007， 101102.5
3， 20080501100008， 101105.8
4， 20080501100009， 101113.3
5， 20080501100010， 101106.9
6， 20080501100011， 101109.2
7， 20080501100012， 101115.3
8， 20080501100013， 101104.2
9， 20080501100014， 101109.9
10， 20080501100015， 101111.2
步骤12、根据基准站处的气压获得基准站处的高程，根据目标站处的气压获得目标站处的高程。
为了获得精确的测量结果，在计算高程之前，先将基准站和目标站的气压数据进行过滤，过滤异常数据，然后将基准站和目标站的气压数据用气压与高程的转换公式进行转换，得到基准站和目标站的高程数据。下面分别描述对气压数据进行过滤和由气压数据获得高程的方法。
现在举例说明对气压数据进行过滤的方法。分别对基准站和移动站的气压数据进行过滤，以便过滤掉异常的气压数据。可采用如下公式进行过滤：
Baro(k)＝Baro(k-1)*(1-T)+Baro(k)*T，k＞1，k为正整数。
其中Baro(k)表示k时刻的气压值，Baro(k-1)表示k时刻的上一秒钟的气压值，T表示稳定因子，设T＝0.8。
经过滤波后，基准站的数据为：
记录ID，时间(yyyymmddhhnnss)，气压(帕)
1， 20080501100001， 101156.6
2， 20080501100002， 101158.1
3， 20080501100003， 101161.1
4， 20080501100004， 101156.5
5， 20080501100005， 101159.2
6， 20080501100006， 101164.8
7， 20080501100007， 101158.8
8， 20080501100008， 101155.1
9， 20080501100009， 101161.3
10， 20080501100010， 101161.2
11， 20080501100011， 101156.3
12， 20080501100012， 101153.8
13， 20080501100013， 101158.3
14， 20080501100014， 101161.0
15， 20080501100015， 101162.8
16， 20080501100016， 101159.2
17， 20080501100017， 101155.9
18， 20080501100018， 101159.1
19， 20080501100019， 101155.1
20， 20080501100020， 101159.3
经过滤波后，目标站的数据为：
记录ID，时间(yyyymmddhhnnss)，气压(帕)
1， 20080501100006， 101107.6
2， 20080501100007， 101103.5
3， 20080501100008， 101105.3
4， 20080501100009， 101111.7
5， 20080501100010， 101107.9
6， 20080501100011， 101108.9
7， 20080501100012， 101114.0
8， 20080501100013， 101106.2
9， 20080501100014， 101109.1
10， 20080501100015， 101110.8
下面描述由气压数据向高程转换的方法。可通过气压与高程的转换公式进行气压转换，计算出某一时刻气压值对应的高程：
h=T0Tgradient(1-(pP0)Tgradient·Rg)]]>
其中：T0＝288.15K；
Tgradient＝6.5/1000，表示温度梯度
R＝287.052，为标准大气因子
g＝9.80665，为重力加速度
P0＝1.013×10^5帕斯卡，标准大气压
以上述经过过滤后的气压数据为例，基准站的高程数据为：
记录ID，时间， 高程(米)
1， 20080501100001， 11.9
2， 20080501100002， 11.8
3， 20080501100003， 11.6
4， 20080501100004， 12
5， 20080501100005， 11.7
6， 20080501100006， 11.3
7， 20080501100007， 11.8
8， 20080501100008， 12.1
9， 20080501100009， 11.6
10， 20080501100010， 11.6
11， 20080501100011， 12.0
12， 20080501100012， 12.2
13， 20080501100013， 11.8
14， 20080501100014， 11.6
15， 20080501100015， 11.4
16， 20080501100016， 11.7
17， 20080501100017， 12.0
18， 20080501100018， 11.7
19， 20080501100019， 12.1
20， 20080501100020， 11.7
以上述经过过滤后的气压数据为例，目标站的高程数据如下：
记录ID，时间， 高程(米)
1， 20080501100006， 16.0
2， 20080501100007， 16.4
3， 20080501100008， 16.2
4， 20080501100009， 15.7
5， 20080501100010， 16.0
6， 20080501100011， 15.9
7， 20080501100012， 15.5
8， 20080501100013， 16.2
9， 20080501100014， 15.9
10， 20080501100015， 15.8
步骤13、根据基准站处的高程和目标站处的高程获得基准站与目标站之间的高程差。
可根据基准站处的高程和目标站处的高程获得基准站与目标站之间的高程差。为了获得更加精确的高程，在本实施例中，将相同时刻的基准站和目标站的高程数据进行差分处理，得到一组基准站和目标站的高程差。采用下述公式可求得高程差。
高程差＝目标站高程-基准站高程。
从示例数据可以看出，从时间20080501100006至20080501100015，基准站和移动站数据的时间是匹配的，因此对时间匹配的这10个数据进行求差处理，结果数据为：
记录ID，时间，高程差(米)
1，20080501100006，4.7
2，20080501100007，4.6
3，20080501100008，4.1
4，20080501100009，4.1
5，20080501100010，4.4
6，20080501100011，3.9
7，20080501100012，3.3
8，20080501100013，4.4
9，20080501100014，4.3
10，20080501100015，4.4
然后，可对这10个高程求平均值得到平均高程差为：
平均高程差＝(4.7+4.6+4.1+4.1+4.4+3.9+3.3+4.4+4.3+4.4)/10＝4.2(米)
步骤14、根据基准站与目标站之间的高程差和基准站的已知高程获得目标站的高程。
得到基准站和目标站的平均高程差，输入基准站的已知高程值，即可获得目标站的高程值。以步骤13中示例的高程差，可求得目标站高程，将基准站的高程值加上基准站和目标站的平均高程差，即可得到目标站高程，假设基准站已知高程值为10.0米，则目标站高程：
目标站高程＝基准站已知高程+平均高程差＝10.0+4.2＝14.2(米)
实施例二
如图2所示，本实施例公开了一种高程测量系统，包括两套气压采集装置和处理装置；所述气压采集装置用于获得数字气压计的气压，其中，一个气压采集装置设置在基准站上，另一个气压采集装置设置在目标站上；所述处理装置用于根据所述气压采集装置获得的气压确定基准站和目标站之间的高程差，并根据所述高程差和基准站的已知高程确定目标站的高程。
所述气压采集装置包括数字气压计和个人计算机，其中数字气压计与PC相连，所述数字气压计用于测量气压，所述个人计算机用于获得数字气压计测量的气压；校准单元，用于校准时钟。
所述处理装置包括：匹配单元，用于对目标站气压采集装置获得的气压数据和基准站气压采集装置获得的气压数据进行时间匹配；以获得相同时刻的气压；转换单元，用于将匹配单元匹配的气压转换为高程；处理单元，用于将转换单元转换的高程按时刻进行差分处理，并对差分处理结果进行平均，根据基准站的高程和平均处理结果获得目标站的高程；过滤单元，用于过滤气压采集装置获得的气压。
本实施例中高程测量系统的各个单元的工作原理可参见实施例一中的描述。
根据本发明实施例，由于采用了气压计来测量高程，使得当基准站与目标站距离较远时也能进行测量，且基准站和目标站不受环境遮挡的限制，测量过程快速简单。
虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的范围由所附的权利要求来限定。