阅读说明：本技术 用于获得地理空间位置的便携式定位设备和方法 (Portable positioning device and method for obtaining a geospatial position ) 是由 斯特凡·梅里埃 埃里克·莫西特 查尔斯·莱美尔 于 2019-07-19 设计创作，主要内容包括：实施例提供适于确定感兴趣点(1180)的地理空间位置的方法和便携式定位设备(1100)。在一实施例中,设备包括天线(120)、校平检测器(125)、成像设备(130)、显示单元(140)和处理单元(150)。天线可适于从全球导航卫星系统接收卫星信息信号。天线具有相位中心(115)和穿过相位中心的天线轴线(1115)。校平检测器相对于天线设置以检测天线是否水平定位。成像设备具有光轴(1145)和瞄准轴线(135)。在一实施例中,瞄准轴线与天线轴线相交。在另一实施例中,瞄准轴线与天线轴线对齐。可提供显示单元以辅助在成像设备的视场(1132)内识别感兴趣点并用于辅助基于来自校平检测器的输入识别天线是否水平校平和相位中心与感兴趣点是否竖直或至少接近竖直对齐。(Embodiments provide a method and a portable positioning device (1100) adapted to determine a geospatial location of a point of interest (1180). in an embodiment, the device includes an antenna (120), a leveling detector (125), an imaging device (130), a display unit (140), and a processing unit (150). the antenna may be adapted to receive satellite information signals from a global navigation satellite system.a phase center (115) and an antenna axis (1115) passing through the phase center.)

用于获得地理空间位置的便携式定位设备和方法

技术领域

本披露总体上涉及定位领域，更具体地涉及用于获得感兴趣点的地理空间位置的方法和便携式定位设备。本文披露的定位设备可以提供感兴趣点的二维或三维地理空间位置。

背景技术

定位涉及确定人、物体或系统在地球表面上或附近的位置的技术，即确定地点的坐标(纬度、经度和海拔)的技术。例如，在目的为例如基于点的陆地位置或三维位置的确定、使用这些点之间的相对距离和角度来建立陆地地图的勘测技术领域中，定位可能有意义。在这种应用中，所得到的陆地地图将取决于勘测系统、勘测系统的组成部分或被勘测对象的绝对位置，如可以由定位设备使用从全球导航卫星系统(GNSS)接收的信号来确定的。

地形点的位置可以例如通过勘测杆来获得，该勘测杆配备有指向尖端以将勘测杆放置在感兴趣的地形点处，并且配备有具有所谓的“相位中心”的 GNSS天线，在该相位中心处接收卫星信息信号。勘测杆还可以配备有倾斜传感器以校平勘测杆，从而确保天线的相位中心在地形点的竖直上方。然而，对杆进行校平可能会花费时间和/或不精确。进一步地，由于在GNSS天线的相位中心处接收卫星信息信号，因此为了计算地形点的三维位置，必须对杆的长度进行补偿。

此类勘测杆通常用于勘测应用。然而，对于此类应用以及其他应用，仍需要提供新的且改进的定位设备。具体地，需要提供更紧凑的定位设备。

发明内容

因此，本发明的目的是克服至少一些上述问题，并提供一种用于获得感兴趣点的地理空间位置的改进方法和改进定位设备。

此目的和其他目的是通过所附独立权利要求中限定的定位设备和方法来实现的。其他实施例由从属权利要求来限定。

根据本披露的实施例，提供了一种便携式定位设备，该便携式定位设备包括天线、校平检测器、成像设备、显示单元和处理单元。

该天线可以具有相位中心，并且可以适于在其相位中心处接收来自 GNSS的卫星信息信号。换言之，该便携式定位设备配备有包括适于接收 GNSS数据的天线的GNSS接收单元。在下文中可以将该天线称为GNSS天线。该天线还包括天线轴线，该天线轴线是穿过天线的相位中心的竖直轴线。

该校平检测器可以相对于该天线设置以检测该天线是否水平地定位。换言之，该校平检测器可以相对于该天线设置以检测该天线是否已水平校平，即该天线是否平行于地平线(或垂直于重力场所限定的竖直方向)定位。该校平检测器可以被设置成检测与水平位置的偏离。例如，该校平检测器可以是测斜仪(倾斜传感器)或惯性测量单元。

根据本披露的第一方面，该成像设备可以具有瞄准轴线，并且该天线的相位中心可以沿着或至少接近该成像设备的瞄准轴线设置。可以提供该显示单元以辅助例如该定位设备的操作者在该成像设备的视场内识别感兴趣点，并且辅助基于来自该校平检测器的输入识别该天线是否已水平校平，以及辅助识别相位中心与感兴趣点是否竖直地对齐或至少接近竖直地对齐。

进一步地，该处理单元可以被配置为：针对接收到该天线已水平校平且该天线的相位中心与感兴趣点竖直地或接近竖直地对齐的指示的定位设备的位置，基于在该天线处接收的卫星信息信号(或GNSS数据)而触发对感兴趣点的地理空间位置的计算。

根据本披露的第二方面，成像设备的瞄准轴线可以以一定角度与天线轴线相交。该瞄准轴线是穿过设置在成像设备的视场中以用于辅助瞄准感兴趣点的基准标记的轴线。基准标记在视场内的位置取决于定位设备保持在感兴趣点上方的距离。可以提供该显示单元以辅助例如该定位设备的操作者在该成像设备的视场内识别感兴趣点，并且辅助基于来自该校平检测器的输入识别该天线是否已水平校平，以及辅助识别感兴趣点是否沿着瞄准轴线。然后，该处理单元可以被配置为：针对接收到该天线已水平校平且感兴趣点沿着瞄准轴线的指示的定位设备的位置，基于在该天线处接收的卫星信息信号(或 GNSS数据)而触发对感兴趣点的地理空间位置的计算。

根据本披露的第三方面，成像设备相对于天线倾斜，使得光轴与天线轴线相交。在本方面中，成像设备的投影中心位于天线轴线上，光轴穿过该投影中心。然后，提供显示单元以辅助使用瞄准轴线瞄准感兴趣点并且基于来自校平检测器的输入辅助识别天线是否已水平校平。该瞄准轴线穿过投影中心和设置在成像设备的视场中以用于辅助瞄准感兴趣点的基准标记。基准标记位于天线轴线上。然后，该处理单元被配置为：针对接收到该天线已水平校平且感兴趣点沿着瞄准轴线的指示的定位设备的位置，基于在该天线处接收的卫星信息信号而触发对感兴趣点的地理空间位置的计算。

在一些实施例中，定位设备的处理单元可以被配置为自身基于所收集的卫星信息信号来计算感兴趣点的地理空间位置。在这些实施例中，处理单元然后针对接收到该指示的定位设备的位置来计算目标(或感兴趣点)的地理空间位置。因此，该定位设备的操作者可以将定位设备定位在感兴趣点上方，使得天线已水平校平并且相位中心与感兴趣点竖直地或接近竖直地对齐，并且该处理单元可以基于这些条件得到满足的指示(即定位设备的水平校平和竖直校平)而针对该定位设备的此位置来计算感兴趣点的地理空间位置。然而，在一些其他实施例中，定位设备(或其处理单元)可以与具有另一处理单元的服务器或外部设备通信，在该另一处理单元处可以基于与所收集的卫星信息信号相关的信息来执行对地理空间位置的计算。计算地理空间位置的处理单元可以例如驻留在位于互联网云基础设施内的远程服务器内。定位设备(或其处理单元)然后可以适于向服务器或外部设备提供在定位设备处计算的地理空间位置或者提供由GNSS天线、校平检测器、显示单元和/或成像设备收集和/或检测的GNSS数据。在后一种情况下，定位设备然后可以接收由服务器或外部设备计算的地理空间位置，使得可以例如将该地理空间位置显示给定位设备的操作者。

应当理解，处理单元还可以被称为收集器单元，因为处理单元的主要功能是收集在天线处接收的卫星信息信号，以获得感兴趣点的地理空间位置。处理单元或收集器单元然后可以与包括GNSS天线的GNSS接收单元通信以接收数据。如果对感兴趣点的地理空间位置的计算是在远程处理单元处执行的，则处理单元或收集器单元与此远程处理单元通信，以基于所收集的卫星信息信号来传输信息。例如，此信息可以是原始GNSS测量结果或所收集的卫星信息信号的数字化。

进一步地，处理单元还可以被称为控制单元，因为该单元可以具有计算感兴趣点的地理空间位置的功能和控制例如显示单元和/或成像设备的功能。

在一些其他实施例中，这些收集、控制和处理功能可以位于彼此通信的单独单元中。

根据实施例，提供了一种在定位设备中实施的方法，该定位设备包括天线、校平检测器、显示单元和成像设备。该天线可以适于从全球导航卫星系统接收卫星信息信号，并且该天线可以具有相位中心。该校平检测器可以相对于该天线设置以检测该天线是否水平地定位。该成像设备具有瞄准轴线，并且该天线的相位中心沿着或至少接近该瞄准轴线设置。在定位设备中实施的方法可以包括：基于来自该校平检测器的输入判定该天线是否已水平校平；在该显示单元上显示该判定以辅助(例如用户)识别该天线是否已水平校平；并且在该显示单元上显示由该成像设备捕获的图像以辅助(用户)在该成像设备的视场内识别感兴趣点并辅助识别该天线的相位中心与该感兴趣点是否竖直地或至少接近竖直地对齐。基于该天线已水平校平且该相位中心与该感兴趣点竖直地对齐或至少接近竖直地对齐的指示，该方法进一步包括：针对接收到该指示的定位设备的位置，基于在该天线处接收的卫星信息信号而触发对该感兴趣点的地理空间位置的计算。

根据另一个实施例，提供了一种等效于上述方法的方法，不同之处在于穿过设置在成像设备的视场中以用于辅助瞄准感兴趣点的基准标记的瞄准轴线与天线轴线相交，该天线轴线是穿过天线的相位中心的竖直轴线。在本实施例中，基准标记在视场内的位置取决于定位设备保持在感兴趣点上方的距离。基于该天线已水平校平且感兴趣点沿着瞄准轴线的指示，该方法包括：针对接收到该指示的定位设备的位置，基于在该天线处接收的卫星信息信号而触发对该感兴趣点的地理空间位置的计算。在本实施例中，成像设备相对于天线倾斜，使得光轴与天线轴线相交。

根据又一实施例，提供了一种等效于前述实施例中描述的方法的方法，不同之处在于成像设备的投影中心位于天线轴线上，光轴穿过该投影中心。在本实施例中，瞄准轴线和天线轴线重合。该瞄准轴线穿过投影中心和设置在成像设备的视场中以用于辅助瞄准感兴趣点的基准标记。基准标记位于天线轴线上。基于该天线已水平校平且感兴趣点沿着瞄准轴线的指示，该方法包括：针对接收到该指示的定位设备的位置，基于在该天线处接收的卫星信息信号而触发对该感兴趣点的地理空间位置的计算。

如上文提到的，这些方法可以包括在定位设备本地计算感兴趣点的地理空间位置，或者基于由GNSS天线收集/检测到的卫星信息信号(GNSS数据) 向远程/外部处理单元传输信息，以获得地理空间位置。

应当理解，在上述实施例中，该天线已水平校平且该相位中心与该感兴趣点竖直地对齐或至少接近竖直地对齐(或换言之，感兴趣点沿着瞄准轴线) 的指示(即对于计算感兴趣点的地理空间位置的触发)可以是用户输入。通过在显示单元处提供的关于天线的水平校平和相位中心在感兴趣点上方竖直地定位的信息，定位设备的操作者可以判决水平校平和竖直定位是否令人满意并且然后基于所收集的GNSS数据触发对感兴趣点的地理空间位置的计算。可替代地，如果定位设备首先例如通过成像设备和显示单元接收到识别感兴趣点的用户输入，则定位设备自身可以检测天线何时已水平校平以及成像设备的相位中心何时被竖直地或至少接近竖直地放置在感兴趣点上方。

还应当理解，在GNSS接收单元的天线处连续地收集GNSS数据，并且在设备已水平校平且相位中心与感兴趣点竖直地或至少接近竖直地对齐时根据先前收集的GNSS数据来计算感兴趣点的位置。换言之，定位设备可以被配置为：在接收到天线已水平校平且相位中心被竖直地对齐的指示时，基于先前收集的原始数据来触发对GNSS天线相位中心的位置的计算。在其他实施例中，一旦接收到指示，就可以进行原始数据的收集。

除非另外明确说明，否则下文描述的实施例同样适用于上述各方面和实施例中限定的便携式定位设备或方法。

根据当前实施例的方法和便携式定位设备依赖于使用比如相机等成像设备来辅助利用校平检测器对天线进行水平校平，并且辅助将天线的相位中心竖直地对齐在感兴趣点上方。因此，该方法和便携式定位设备不需要通常沉重且累赘的具有指向尖端的杆。如此，根据当前实施例的方法和便携式定位设备提供非接触式过程。进一步地，便携式定位设备更轻且更紧凑。便携式定位设备可以像智能手机等那样是手持的。

本披露的实施例提供新型的方法和定位设备，其中，可以使用校平检测器和由成像设备捕获的、可以方便地显示在显示单元上的图像获得该定位设备的水平校平。具体地，便携式定位设备的操作者可以将设备朝向感兴趣点定向并使用显示单元在成像设备的视场内识别感兴趣点。如下文将进一步解释的，在一些实施例中，可以提供指示符以向操作者指示天线已水平校平。进一步地，操作者还可以使用显示单元来识别GNSS天线的相位中心与感兴趣点是否竖直地或至少接近竖直地对齐。

在一些其他实施例中，便携式定位设备可以基于已经包括处理单元和显示单元的现有设备来实施，向该现有设备添加包括GNSS天线、校平检测器 (或测斜仪)和成像设备的模块。在基于还包括成像设备的现有设备的其他实施例中，附加模块可以仅包括GNSS天线和校平检测器(测斜仪)。

应当理解，基于卫星信息信号计算或获得的位置本身是GNSS天线的所谓“相位中心”的位置，该位置是通常靠近天线的机械中心的地点。为此，一旦天线的相位中心与感兴趣点竖直地或至少接近竖直地对齐，就计算或获得感兴趣点(或天线)的地理空间位置。

进一步地，GNSS天线可以是被配置为在单一频率(L)下操作的单频天线或被配置为在多个频率(L1，L2，...，Ln)下操作的多频天线。在多频天线的情况下，天线中相位中心的位置可以在频率之间变化。然而，相位中心可以被选择为与频率L1的相位中心相对应。

在不存在关于从天线的相位中心到感兴趣点的距离的信息的情况下，当前实施例的便携式定位设备提供了感兴趣点的二维地理空间位置。

二维地理空间位置的准确度可以取决于GNSS板(或GNSS接收器)的准确度等不同因素。然而，使用具有厘米级精度的GNSS板，可以获得具有厘米准确度的二维地理空间位置，因为便携式定位设备或方法使得能够在感兴趣点上方进行水平地和竖直地准确定位。

影响由定位设备获得或计算的二维地理空间位置的准确度的其他因素包括例如校平检测器的准确度和不同设备元件的设置的机械公差。可以执行校准过程以校准定位设备并从而补偿或至少减少这些变化/误差的影响。每个定位设备可以有其自己的校准模型。可以设想，在工厂阶段或取决于使用时间和/或比如温度等环境条件的变化的现场执行校准过程。

如上文提到的，根据本披露的第一方面，沿着或至少接近成像设备的瞄准轴线设置GNSS天线的相位中心是有益的。

在第一方面的一些实施例中，GNSS天线的相位中心沿着或至少接近成像设备的光轴设置。因此，在这种配置中，成像设备的瞄准轴线和光轴可以重合。

根据第二方面和其他实施例，天线轴线被设置成与瞄准轴线相交。换言之，在瞄准轴线与天线轴线之间形成角度。在本实施例中，基准标记在成像设备的视场内的位置取决于定位设备保持在感兴趣点上方的距离。该距离可以由设备的操作者输入，或者可以通过距离确定模块测量。在本实施例中，成像设备相对于天线倾斜，使得光轴和瞄准轴线都与天线轴线相交。

根据第三方面和其他实施例，天线轴线和瞄准轴线重合，并且光轴以一定角度与天线轴线相交。在本实施例中，成像设备的投影中心位于天线轴线上，光轴穿过该投影中心。此外，设置在成像设备的视场中以用于限定瞄准轴线的基准标记位于天线轴线上。

“光轴”在本文中是指成像设备的旋转对称轴线，该旋转对称轴线可以对应于例如穿过成像设备的镜头中心或穿过成像设备的图像传感器的中心 (或焦点或投影中心)的轴线。

如上文提到的，在一些实施例中，相位中心可以沿着或至少接近成像设备的光轴来设置。

一旦便携式定位设备的操作者已经将天线水平校平并将其相位中心竖直地定位在感兴趣点上方(通过显示单元显示由成像设备捕获的图像和来自校平检测器的输入，如上文所解释的)，相位中心的二维地理空间位置(纬度和经度)就与感兴趣点的二维地理空间位置相对应。因此，可以基于在定位设备的此位置处由天线接收的卫星信息信号来获得或计算感兴趣点的二维地理空间位置。

然而，在一些其他实施例中，如上文提到的，相位中心可以沿着或至少接近成像设备的瞄准轴线来设置。瞄准轴线可以是用于朝向目标或感兴趣点瞄准的轴线。

“瞄准轴线”在本文中是指穿过基准标记和成像设备的光学系统的投影中心(比如成像设备的镜头中心)的轴线。应当理解，虽然成像设备的特征在于单一光轴，但是瞄准轴线取决于其基准标记的位置。因此，成像设备可具有多个瞄准轴线。

在一些配置中，根据定位设备在感兴趣点上方的距离(高度)来调整基准标记的放置从而执行特定测量，因为对于给定的瞄准轴线，瞄准轴线与成像设备所观察的(地)表面之间的交点将取决于操作者将定位设备保持在的高度。从定位设备到(地)表面的距离可以由比如激光测距仪等距离测量模块测量或估计，或者可以由定位设备的用户来输入。

换言之，还可以理解，GNSS天线的相位中心可以设置在GNSS天线延伸所在的平面内。然后，GNSS天线可以具有垂直于此平面并穿过相位中心的“天线轴线”。然后，可以将GNSS天线和成像设备设置在定位设备中，使得瞄准轴线和天线轴线重合或者至少几乎重合。具体地，瞄准轴线与天线轴线之间所形成的角度可以低于五度。在这种情况下，可以以大约+/-10厘米的准确度估计定位设备在(地)表面上方的高度，以保证以厘米级准确度来确定2D位置。实际上，假设操作者在估计高度时有10cm的误差(例如，输入1.2米，而高度应为1.3米)，或者假设所测量的高度具有10cm的误差，则感兴趣点的2D位置的误差等于10×tangent(5°)cm，即0.87cm，约为一厘米。

应当理解，在相位中心沿着成像设备的光轴对齐(并且瞄准轴线因此与天线轴线和成像设备的光轴重合)的配置中，不需要调整基准标记的放置并且不需要确定高度。

类似地，在天线轴线和瞄准轴线重合并且成像设备的投影中心和基准标记沿着天线轴线设置的配置中，不需要确定定位设备保持在感兴趣点上方的高度。

在天线轴线与光轴和瞄准轴线两者相交的配置中，即在成像设备的投影中心不沿着天线轴线的配置中，需要从定位设备到感兴趣点的距离来确定基准标记在成像设备的视场中的位置。

尽管是操作者操纵定位设备用于校平目的和竖直对齐，但是定位设备可以被配置为：通过在成像设备的视场内识别感兴趣点并且基于来自校平检测器的输入，来检测GNSS天线的相位中心何时被竖直地放置在感兴趣点上方。

根据实施例，处理单元可以进一步被配置为：基于所接收的卫星信息信号和从天线到感兴趣点的距离(或高度)来获得或计算感兴趣点的三维地理空间位置。

如上文提到的，在天线的相位中心处接收卫星信息信号，并因此直接由处理单元从所接收的卫星信息信号计算或获得的三维地理空间位置与天线的相位中心的三维地理空间位置相对应。然而，便携式定位设备的操作者 (“勘测员”)的目标点(或感兴趣点)不在天线处，而是在成像设备的视场中可见的感兴趣点处，比如地形点(即地面上的点)。因此，感兴趣点的三维地理空间位置与天线的相位中心的三维地理空间位置相对应，但补偿了天线的相位中心与感兴趣点之间的距离(或高度)。换言之，当GNSS天线的相位中心竖直地在感兴趣点上方并已水平校平以收集GNSS数据时，通过从天线的相位中心到感兴趣点的距离来校正天线的相位中心的三维地理空间位置的海拔，以便计算或获得感兴趣点的三维地理空间位置。

应当理解，感兴趣点不一定需要是地形点，而可以是抬高的，比如位于建筑物屋顶上的点。

根据实施例，便携式定位设备可以进一步包括距离确定模块，该距离确定模块被配置为辅助获得从天线的相位中心到感兴趣点的距离。基于天线的相位中心与距离确定模块之间的已知空间关系，可以获得从天线的相位中心到感兴趣点的距离。

在一些实施例中，距离确定模块可以包括电子测距仪(EDM)、光电测距仪、超声波传感器、飞行时间传感器或相机中的至少一个。使用例如EDM 或飞行时间传感器，可以基于已知光速和光脉冲在EDM或飞行时间传感器与感兴趣点之间行驶所花费的时间来测量距离确定模块与感兴趣点之间的距离。

可替代地或另外地，可以通过成像设备或相机来获得该距离。应当理解，在一些实施例中，便携式定位设备的成像设备可以用于获得从天线到感兴趣点的距离，但便携式定位设备可以配备有专用于此目的的额外相机。

根据实施例，处理单元进一步被配置为：收集由成像设备捕获的、包括感兴趣点的地表面的一系列图像，针对所捕获图像的至少一个子集收集在天线处接收的卫星信息信号，以及基于天线已校平并且相位中心与感兴趣点竖直地或接近竖直地对齐(或感兴趣点沿着瞄准轴线)的指示(例如用户输入) 来收集成像设备所捕获的参考图像。作为收集在天线处接收的卫星信息信号的替代方案或除此之外，处理单元可以被配置为针对所捕获图像的至少一个子集从定位设备的惯性测量单元(IMU)收集输入。

如上文提到的，该设备可以被配置为使成像设备捕获包括感兴趣点的(地)表面的一系列图像。换言之，利用成像设备获得感兴趣点周围并包括该兴趣点的表面的一系列图像或视频。

然后，定位设备可以被配置为通过定位设备的处理单元或与定位设备通信的服务器的处理单元根据以下过程获得到感兴趣点的距离。

处理单元可以被配置为在局部坐标系中对成像设备所捕获的地表面的一系列图像相对于彼此进行定向。然后可以使用已定向图像在局部坐标系中生成(感兴趣点所在的)表面的3D重建。由成像设备成像的表面可以被称为地表面。然而，如上文提到的，感兴趣点不一定位于地面上。

然后，可以基于与在捕获一系列图像(或扫描)期间定位设备的运动速度有关的信息来建立用于3D重建的比例。为此，过程包括：基于(在捕获所讨论图像时)在天线处接收的所收集卫星信息信号，针对所捕获图像的至少一个子集，收集天线在全局坐标系(即GNSS的坐标系)中的位置。进一步地，在局部坐标系中对图像进行定向之后，针对子集中的至少一些图像，确定成像设备在局部坐标系中的位置。结果，获得了包括天线在GNSS所使用的坐标系中的位置的第一列表和包括成像设备在局部坐标系中的位置的第二列表。基于定位设备内GNSS天线相对于成像设备的已知空间位置(其可以被称为定位设备内的天线偏移)和来自这两个列表的信息，可以确定局部坐标系与全局坐标系之间的比例因子。结果，可以获得3D重建的比例。

作为针对子集中的至少一些图像使用在GNSS天线处收集的卫星信息信号的替代方案或除此之外，可以基于从提供加速度数据和陀螺数据的惯性测量单元(IMU)获得的数据来确立局部坐标系与GNSS所使用的坐标系之间的比例因子。IMU可以例如是被用作校平检测器以判定天线是否已水平校平的设备。可以通过安装在便携式定位设备上的比如加速计等另一惯性传感器获得关于在捕获一系列图像或视频期间定位设备的运动速度的信息。

因此，可以基于以下各项来确定局部坐标系与全局坐标系之间的比例因子：定位设备内IMU相对于成像设备的已知空间位置；IMU在全局坐标系中的所确定位置；以及针对子集中的所述至少一些图像、成像设备在局部坐标系中的相应位置。

如上文提到的，便携式定位设备可以被配置为使得成像设备在天线已校平且与感兴趣点竖直地或接近竖直地对齐时捕获参考图像。

然后可以确定从成像设备到3D重建中位于感兴趣点附近(即，感兴趣点周围)的一个或多个采样点(或采样区域中的点)的距离。然后该距离可以被称为采样距离，因为它并非表示到感兴趣点的距离，而是表示到一个或多个采样点或到采样区域的距离。然后可以基于所确定的采样距离、所确定的比例、天线与成像设备之间的已知空间关系、以及捕获参考图像时的瞄准轴线与向一个或多个采样点或向采样区域的方向之间的角度来确定从天线到感兴趣点的距离/高度。一旦确定了采样距离和比例，就可以用三角法确定从成像设备到感兴趣点的距离。

应当理解，在本过程中，可以基于从在成像设备的、涉及一定水平位移的两个不同位置处(即，非纯竖直的两个不同的位置处)捕获的至少两个图像获得的数据来确定场景的3D重建的比例。

根据实施例，校平检测器可以设置在相对于天线所设置在的平面具有已知空间位置的平面中。可以将关于定位设备中校平检测器相对于天线所设置在的平面的已知空间位置的信息输入到便携式定位设备的处理单元或另一控制单元。可以在便携式定位设备的制造阶段或通过校准获得该信息。然后，处理单元或控制单元可以由此信息推导出校平检测器的位置，在该位置处，天线已水平校平。然后，便携式定位设备可以在校平操作期间基于来自校平检测器的输入向定位设备的操作者指示天线是否已水平校平。

根据实施例，校平检测器可以设置在与天线所设置在的平面平行或至少基本平行的平面中。在本实施例中，可以有意地将校平检测器设置成平行于天线，使得当校平检测器已水平校平时，天线也已水平校平。

校平检测器可以是适于测量相对于重力(或地球的重力场)的倾斜或角度的仪器。校平检测器可以是测斜仪(或测斜器)，其也可以被称为倾斜传感器。测斜仪或倾斜传感器可以例如包括用于测量相对于地球的地平面的倾斜角度的加速计。在一些实施例中，校平检测器可以包括惯性测量单元(IMU)，该惯性测量单元是使用加速度计和陀螺仪的组合来提供关于便携式定位设备的天线的倾斜度的信息的电子设备。

根据实施例，便携式定位设备可以进一步被配置为提供表示如由校平检测器(测斜仪)检测到的天线校平的指示符。可以设想不同类型的指示符以向操作者指示天线是否已水平校平。指示符还可以指示操作者应如何对便携式定位设备进行定向以使天线变得水平对齐/校平。

根据实施例，指示符可以显示在显示单元上。在本实施例中，通过显示单元向操作者提供视觉指示符。将在以下详细实施例中描述此类指示符的示例。

如上文提到的，在根据本披露的第一方面的一些实施例中，成像设备的相位中心可以沿着成像设备的光轴来设置。更具体地，在一些实施例中，天线的相位中心可以沿着光轴与成像设备的图像传感器的中心对齐。

成像设备可以是包括比如半导体电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器或另一有源数字像素传感器等图像传感器的数字相机。然后，天线的相位中心可以沿着成像设备的光轴与这种图像传感器的中心对齐，使得当图像传感器的中心竖直地定位在感兴趣点上方时，天线的相位中心也将竖直地定位在感兴趣点上方。然后，对在天线的相位中心处接收的卫星信息信号的计算将提供感兴趣点的2D位置，并且通过补偿从相位中心到感兴趣点的距离/高度，可以提供感兴趣点的3D位置。测量的准确度则将受到GNSS接收器的准确度的限制。利用目前的GNSS技术，设想以厘米级精度确定感兴趣点的2D或3D位置。

根据实施例，便携式定位设备可以进一步包括在成像设备的视场中用于辅助瞄准感兴趣点的至少一个基准标记。可以提供例如十字或斑点(dot)形式的基准标记，以辅助操作者瞄准感兴趣点。基准标记与成像设备的光学系统一起限定成像设备的瞄准轴线。

如上所述，在根据本披露的第二方面的实施例中，天线轴线可以与光轴和瞄准轴线两者相交。在该配置中，成像设备的投影中心不沿着天线轴线。然后使用从定位设备到感兴趣点的距离来确定基准标记在成像设备的视场中的位置。

此外，在根据本披露第三方面的实施例中，天线轴线和瞄准轴线可以重合，并且成像设备的投影中心沿着天线轴线定位。在该配置中，基准标记可以沿着天线轴线设置。

根据实施例，便携式定位设备可以进一步包括本体，该本体包括用于保持定位设备的第一部分和至少设置有天线和测斜仪的第二部分。应当理解，可以用天线、校平设备、成像设备和显示单元的不同设计和设置来实施便携式定位设备。在另一示例中，便携式定位设备可以包括本体，在该本体中，旨在用于保持定位设备的部分还包括天线和测斜仪。

应当注意，可以设想使用以上所述实施例中所叙述的特征的所有可能组合的其他实施例。因此，本披露还涉及本文提及的特征的所有可能组合。本文描述的任何实施例可以与本文同样描述的其他实施例组合，并且本披露涉及特征的所有组合。

附图说明

现在将参照以下附图更详细地描述例示性实施例：

图1示出了根据实施例的便携式定位设备；

图2示出了根据实施例的便携式定位设备；

图3示出了根据实施例的便携式定位设备；

图4a至图4c示出了根据实施例的便携式定位设备的显示单元的实施例；

图5示出了用于通过便携式定位设备的成像设备确定从便携式定位设备到感兴趣点的距离的过程的实施例；

图6图示了用于确定从定位设备的天线到感兴趣点的距离的工作流程或情境的至少一部分；

图7示出了根据实施例的便携式定位设备所捕获的二维图像的示例；

图8示出了根据实施例的便携式定位设备所生成的3D重建的示例；

图9图示了根据实施例可以如何确定成像设备到感兴趣点的距离/高度；

图10示出了流程图，图示了根据一些实施例的用于确定感兴趣点的地理空间位置的方法的总体概述：

图11图示了定位设备的实施例，其中，成像设备相对于GNSS天线设置在倾斜位置；

图12图示了定位设备的另一实施例，其中，成像设备相对于GNSS天线设置在倾斜位置；并且

图13图示了定位设备的又另一实施例，其中，成像设备相对于GNSS 天线设置在倾斜位置。

如图所示，出于说明性目的，元件和区域的尺寸可以被放大并且因此被提供以展示实施例的总体结构。相同的附图标记始终指代相同的元件。

具体实施方式

现在将在下文中参照这些附图对例示性实施例进行更全面地描述，在所述附图中，示出了当前优选的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为受限于本文所阐述的实施例；相反，这些实施例是出于彻底性和完整性而提供的，并且向技术人员全面地传达了本发明的范围。

参照图1，描述了根据实施例的便携式定位设备100。

图1示出了便携式定位设备100，其包括天线110、校平检测器120、成像设备130、显示单元140和处理单元150。

天线110可以具有相位中心115，并且可以适于接收来自GNSS的卫星信息信号。出于说明目的，图1中描绘了一个卫星160。天线110可以适于从GNSS的四个或更多个基于太空的轨道源(或卫星)接收信号。GNSS天线110可以例如包括天线贴片、陶瓷元件、低噪声放大器和滤波器。GNSS 天线110可以固定在便携式定位设备100的壳体内。

可以例如从比如GPS、GLONASS(格罗纳斯)、Galileo(伽利略)、Compass (指南针)/Beidou(北斗)、QZSS、SBAS、IRNSS等任何GNSS接收GNSS 信号。天线110还可以被称为GNSS天线110。天线110可以连接GNSS接收器或GNSS接收器单元或GNSS板，或者可以是其一部分。GNSS接收器可以是处理单元150的一部分，并因此在图1中未单独示出。

GNSS接收器或基于GNSS信号的定位设备的基本操作原理是通过对由 GNSS的卫星发送的信号进行精确计时来计算其位置。卫星广播的每个消息包括时间戳，该时间戳指示从卫星发射消息的时间和发射消息时的卫星位置。然后可以基于每个消息的传送时间和光速来推导出到每个卫星的距离。对这些距离的计算可以得到定位设备的地点(二维或三维位置)。

校平检测器120可以相对于天线110设置以检测天线110是否已水平校平。校平检测器120可以是相对于天线110设置以检测天线110是否已水平校平(即，天线110延伸的平面垂直于重力)的测斜仪或惯性测量单元(IMU)。在下文中，将参考测斜仪作为校平检测器，但是同样可以参考IMU。IMU可以包括一个或多个加速度计和/或一个或多个陀螺仪，并提供关于定位设备 100的运动的加速度数据和陀螺数据。

具体地，测斜仪120可以相对于天线110以已知空间关系设置。基于这种已知空间关系和由测斜仪提供的输入，便携式定位设备100的处理单元 150可以判定天线110是否已水平校平。然后可以将处理单元150所做的判定经由显示单元140输出给定位设备的操作者。

在图1所示的实施例中，测斜仪120设置在与天线110所设置在的平面平行或至少基本平行的平面中。如此，如果测斜仪120未水平校平，则天线 110也未水平校平，反之亦然。

天线110可以方便地设置成平行于便携式定位设备的壳体或本体的外表面，使得当操作者感觉便携式定位设备已水平校平时，天线110也已水平校平。

成像设备130可以具有瞄准轴线或光轴135，如由例如在成像设备中具有旋转对称性的轴线或线所确定的。在图1所示的配置中，成像设备的光轴和瞄准轴线重合，使得在下文中可以参考光轴而不参考瞄准轴线。成像设备 130的光轴135可以例如与穿过成像设备的镜头中心的轴线或穿过成像设备的图像传感器中心的轴线相对应。如所提到的，在本实施例中，成像设备130 的光轴135与成像设备130的瞄准线相对应。

如图1所示，天线110的相位中心115可以沿着成像设备130的光轴135来设置。换言之，天线110和成像设备130同轴地对齐。具体地，成像设备130的图像传感器与天线110可以彼此平行或至少基本平行地设置。

进一步地，天线110设置在成像设备130的、与捕获图像的面或侧(即，对用于成像的电磁辐射敏感的面)相反的一面或侧上。换言之，成像设备130 具有用于成像的敏感区域，并且天线110设置在成像设备的、与该敏感区域所设置在的面或侧相反的面或侧上。

当操作者保持便携式定位设备100使成像设备130面向下以对感兴趣点 (或地面)进行成像时，天线110则设置在便携式定位设备100内成像设备 130上方。同样，这与图1中所示的实施例的配置相对应。在一些其他实施例中，成像设备可以设置成使得光轴不与天线轴线重合。

可以提供显示单元140以辅助便携式定位设备100的操作者在成像设备 130的视场132内识别感兴趣点180。图1示出了显示单元140的正视图，其中显示了成像设备130的视场132内的地面图像。可以通过显示单元140 中所显示的图像中的三角形来识别感兴趣点180。

图1表示便携式定位设备100可以由希望获得位于地面上的感兴趣点 180的2D或3D地理空间位置的操作者(未示出)使用的情境。为此，操作者可以将便携式定位设备100的第一部分或本体105保持在包括感兴趣点 180的区的上方。

显示单元140还可以适于辅助基于由测斜仪120获得的输入来识别天线是否已水平校平，以及辅助识别相位中心115与感兴趣点180是否竖直地对齐或者至少接近竖直地对齐。

下面将参照图4描述使用显示单元140来水平校平天线110、并使天线 110的相位中心115与感兴趣点180竖直地对齐的过程。

在接收到天线110已水平校平并且天线110的相位中心115与感兴趣点180竖直地或接近竖直地对齐的指示时，定位设备可以被配置为：针对接收到该指示的定位设备的位置，基于在天线处接收的卫星信息信号165，获得感兴趣点180的二维地理空间位置。具体地，天线110的相位中心115的纬度和经度与感兴趣点180的纬度和经度相对应。感兴趣点的地理空间位置可以由定位设备的处理单元本地地计算，或者可以在例如位于互联网云基础设施内的服务器的远程处理单元处计算。在后一种情况下，定位设备可以被配置为基于收集的卫星信息信号165向远程处理单元传输信息。

仍然参照图1，便携式定位设备100还可以包括可选的距离测量模块170，用于测量从便携式定位设备100到感兴趣点180的距离。然后，处理单元 150可以被配置为基于所接收的卫星信息信号以及从天线110的相位中心 115到感兴趣点180的距离来计算或获得感兴趣点180的三维地理空间位置。

如上文提到的，对在天线110处接收的卫星信息信号的计算提供了天线 110的相位中心115的3D位置。虽然一旦天线110已水平校平并且其相位中心115竖直地定位在感兴趣点180上方，天线110的相位中心115的经度和纬度就与感兴趣点180的经度和纬度相对应，但仍然需要通过从定位设备 100的GNSS天线110的相位中心115到感兴趣点180的距离或高度来补偿通过对卫星信息信号的计算而获得的海拔。

为此，图1中所示的便携式定位设备100还可以配备有可选的距离确定模块170，该距离确定模块可以例如是电子测距仪、光电测距仪、超声波传感器或飞行时间传感器。应当理解，定位设备100中距离确定模块170相对于天线110的空间位置可以是已知的，同时，由距离确定模块170测量的到感兴趣点的距离可能不完全与从天线110的相位中心115到感兴趣点180的距离相对应，而是与从距离确定模块170中的点到感兴趣点的距离相对应。

距离确定模块170可以例如基于使用基于激光的测量设备所进行的测量。具体地，可以从距离确定模块170朝向感兴趣点发出激光脉冲，并且激光脉冲的一部分可以在感兴趣点处被反射并且然后在距离确定模块170处被接收。已知光速以及激光脉冲的发出与反射信号的接收之间的时间差，可以确定到感兴趣点的距离。

一旦确定了天线110的相位中心115与感兴趣点180之间的距离，就可以在天线已水平校平并以所确定的距离竖直地放置在感兴趣点上方时由处理单元150通过校正从所接收的卫星信息信号获得的海拔来计算或获得地球上的感兴趣点的海拔。

还可以使用成像设备130或另一成像设备或相机170来确定从天线110 的相位中心115到感兴趣点180的距离。如果使用成像设备130，则距离确定模块170可能不是必需的。然而，通过组合由比如电子测距仪等距离确定模块获得的结果和经由成像设备130获得的结果，甚至可以更准确地确定距离。下面将参照图5描述用于基于成像设备130确定距离的过程。

仍然参照图1，定位设备100可以包括显示单元140和处理单元150所设置在的第一部分105。第一部分105可以例如是智能手机等。然后，定位设备100包括第二部分190，可以将GNSS天线110、校平检测器120、成像设备130和距离确定模块170设置在该第二部分上。如将参照图3进一步说明的，第二部分190可以采用适于附接和连接到定位设备100的第一部分 105的模块的形式。

参照图2，描述了根据另一实施例的便携式定位设备200。

图2示出了便携式定位设备200，其包括具有相位中心215的天线210、校平检测器220、具有光轴235和视场232的成像设备230、显示单元240、处理单元250和可选的距离确定模块270。

在图2所示的实施例中，处理单元250和显示单元240设置在便携式定位设备200的本体205的第一部分207中，而天线210、校平检测器220和成像设备230设置在本体205的第二部分209中。

便携式定位设备200可以等效于参照图1所描述的便携式定位设备100，区别在于，在图1所示的实施例中，第一部分相对于第二部分形成有限角度。应当理解，在图1所示的实施例中，第一部分和第二部分可以限定大约20度至30度的角度，这可以方便便携式定位设备的使用。然而，在其他实施例中，如图2所示，第一部分和第二部分可以对齐，即具有零角度。

参照图3，描述了根据另一实施例的便携式定位设备300。

图3示出了便携式定位设备300，其包括天线310、校平检测器320、成像设备330、显示单元340和处理单元350。

图3图示了一个实施例，其中天线310、测斜仪320和成像设备330作为附加模块390被提供给包括处理单元350和显示单元340的现有设备305。关于图1所示的实施例，定位设备300可以包括显示单元340和处理单元 350所设置在的第一部分305。第一部分305可以例如是智能手机等。然后，定位设备300包括第二部分(附加模块)390，可以将GNSS天线310、校平检测器320、成像设备330和可选的距离确定模块370设置在该第二部分上。

在一些实施例中，校平检测器320可以设置在定位设备300的第一部分 305上。换言之，校平检测器320可以是与模块390连接的设备305的一部分。

参照图4a至图4c，描述了根据实施例的便携式定位设备的显示单元400 的实施例。

显示单元400、以及下文描述的用于校平便携式定位设备的天线并用于使天线的相位中心与感兴趣点竖直地对齐的过程可以与本文描述的便携式定位设备的任何实施例(比如参照图1至图3所描述的那些实施例)组合使用。

图4a至图4c示出了显示单元400，其中，显示了包括感兴趣点的表示 480的地表面图像。可以提供指示符402至408，以便将天线水平校平并将天线的相位中心与感兴趣点竖直地对齐。

显示单元400还示出了沿着图像的两侧放置的两个一维条402，以便控制定位设备的天线在两个对应方向上的倾斜(从而限定平面)。

在图4a至图4c所示的示例中，在这两个条中的每一个中与区域404一起提供侧斑点，以指示该侧斑点应位于每个对应条中的何处，从而使得天线变得已水平校平。侧斑点沿着条的位置与天线沿着一个方向的倾斜相对应。因此，基于定位设备的校平检测器(测斜仪)所提供的信息来控制该侧斑点的位置。

作为替代方案或除此之外，显示单元(或屏幕)400还可以表示圆406，在该圆中，表示天线的相位中心在图像中的位置的基准标记408(比如指向斑点或瞄准斑点408等)应居中以便水平校平天线。如上文所解释的，并且如图11中将进一步图示的，如果成像设备相对于GNSS天线所设置在的平面倾斜，则成像设备的瞄准轴线不与天线轴线重合，并且可以基于定位设备在感兴趣点上方的高度来调整基准标记的放置。

圆的直径可以取决于天线的倾斜度和GNSS准确度。

在图4a中，天线未水平校平，并且沿着图像两侧的条上的这两个斑点不位于所指示的区域404内。类似地，瞄准斑点408不在图像上所表示的圆 406的中心。

然后，操作者可以移动便携式定位设备，使得瞄准斑点408放置在圆406 的中心内，或者使得侧斑点设置在两个条402中的所指示区域404内。

一旦天线已水平校平，侧斑点、瞄准斑点408和圆406可以从由虚线组成或者是红色(视情况而定)切换成例如由连续线条组成或绿色。这种指示达到天线的水平校平的方式仅是一个示例，并且这可以以各种方式指示给操作者。作为另一示例，一旦天线已水平校平，就可以从定位设备输出声音。作为又另一示例，一旦天线已水平校平，侧斑点和/或圆可以在显示单元上开始闪烁。

然后，操作者可以将指向斑点或瞄准斑点408定位在图像中的感兴趣点的表示480上方。然后将天线水平校平，并且天线的相位中心竖直地对齐在感兴趣点上方。然后可以获得感兴趣点的2D或3D位置，如上所述。

图4a至图4b还图示了根据本披露实施例的将由便携式定位设备的操作者使用的工作流程。该工作流程包括第一步骤，在该第一步骤中，天线变得已水平校平，比如图4a和图4b所示。该工作流程然后包括第二步骤，在第二步骤中，基准标记(或“准直器”)与在成像设备所捕获的图像中看到的感兴趣点或目标对齐。应当理解，基准标记是放置在成像设备的视场中的对象，该对象出现在由成像设备产生的图像中。基准标记在此用作参考点，从而辅助操作者瞄准感兴趣点。如上文提到的，基准标记的放置将确定成像设备的瞄准轴线。一旦天线已水平校平并且天线的相位中心被竖直地放置在感兴趣点上方，就可以在第三步骤中将感兴趣点的GNSS数据记录到便携式定位设备中。

仍然参照图4a至图4c，为了促进和改善天线的水平校平准确度及其在感兴趣点上方的定位，定位设备可以被配置为提供对在其显示单元上所显示的图像进行放大或缩小的可能性。

参照图1至图3，处理单元150、250和350(或设置有这些处理单元的设备)还可以被称为或还可以用作数据收集器。可替代地，可以提供数据收集器或存储器，使得可以在便携式定位设备中记录和存储多个感兴趣点的多个坐标。

参照图1和图5至图9，描述了用于使用成像设备130确定从定位设备 100到感兴趣点180的距离的过程。应当理解，这种确定可以作为基于距离确定模块170确定距离的替代方案或补充来执行。进一步地，可以提供专用于这种距离测量的另一成像设备或相机170。

因此，便携式定位设备经由其处理单元150或另一控制单元可以被配置为使成像设备130捕获包括感兴趣点180的(地)表面的一系列图像。换言之，利用成像设备130执行对感兴趣点180周围并包括该感兴趣点的表面的扫描。可以例如在保持便携式定位设备使成像设备130面向地表面的操作者靠近感兴趣点180时获取该扫描。

如上所述，一旦天线已水平校平并且被竖直地或接近竖直地放置在感兴趣点上方，就可以在定位设备的处理单元中或者与定位设备通信的服务器的处理单元中执行用于确定定位设备到感兴趣点的距离的过程。在后一种情况下，定位设备被配置为将由定位设备的成像设备、GNSS天线、校平设备和 /或显示单元收集的数据传输到服务器的处理单元。因此，尽管在下文中可能引用定位设备的处理单元，但是过程中涉及的计算可以同样在与定位设备通信的服务器的处理单元处执行。

图6图示了用于确定定位设备到感兴趣点180的距离的方法的工作流程的至少一部分的实施例。图6示出了一种情境，在该情境中，定位设备100 被放置在四个不同的位置以捕获包括表示为180的感兴趣点的场景的四个不同图像。出于说明目的，图6中仅表示了定位设备100的一部分。具体地，定位设备由平面637表示，该平面可以与定位设备100的成像设备130中的图像芯片(或图像传感器)相对应。

在图6所示的实施例中，定位设备100的处理单元150可以使得捕获感兴趣点180所位于的场景的四个重叠图像，如成像传感器637的视场中的重叠区632a和632c所表示的。为此，操作者可以在不同的地方移动并捕获场景的一系列图像，比如在本示例中为四个。捕获场景的四个图像的四个不同地点可以与成像设备130的投影中心(图6中未示出的镜头)的位置639a、 639b、639c和639d相对应。应当理解，可以将成像设备的另一点(比如成像传感器的中心637)当作成像设备的位置的参考。

定位设备100、或者更确切地说其处理单元150可以限定任意局部坐标系(X₂，Y₂，Z₂)。如图6中所图示的，该任意坐标系不需要以成像设备130 捕获图像的位置639a、639b、639c或639d中的一个为中心。应当理解，位置639a、639b、639c和639d是由定位设备100的操作者在捕获场景的图像或视频时任意选择的，并因此在由处理单元150执行的方法开始时，针对这四个不同图像、成像设备在任意坐标系中的位置(X₂，Y₂，Z₂)本身是未知的。

图6还示出了仅一个卫星660，可以从该卫星向定位设备100的GNSS 天线(图6中未示出)发送GNSS信号。如上文提到的，GNSS天线可以从四个或更多个卫星接收信号，并且可以由定位设备100自身的处理单元150 或与定位设备通信的服务器的处理单元来计算所述信号，以确定定位设备 100的天线110的相位中心在与GNSS有关的绝对坐标系(X₁，Y₁，Z₁)中的位置。

出于说明目的，图7中示出了可由成像设备130捕获的道路边界的二维图像的示例。在本示例中，道路边界的拐角可以是感兴趣点180。可以多次重复该过程，以捕获道路边界及其周围环境的多个图像或一系列图像。

参照图5，在510处，然后可以在局部坐标系(X₂，Y₂，Z₂)中将(图 6中示出的示例中的四个)所捕获图像相对于彼此进行定向。局部坐标系(X₂， Y₂，Z₂)相对于GNSS的绝对坐标系(X₁，Y₁，Z₁)是固定的，并且可以由处理单元任意限定。然后可以在520处使用已定向的一系列所捕获图像来生成场景的三维(3D)重建。可以采用不同的技术来在局部坐标系中对由成像设备所捕获的场景的图像进行定向。

例如，可以通过识别所捕获图像之间的共同典型特征、和/或通过使用所谓的运动恢复结构(SFM)技术或使能够基于所捕获图像本身的内容对图像相对于彼此进行定向的任何其他摄影测量技术来对所捕获图像进行定向。为此，要相对于彼此定向的图像可以重叠。

根据另一示例，如果校平检测器120是IMU，则可以基于从定位设备 100的IMU 120接收的加速度数据和陀螺数据来对所捕获图像进行定向。换言之，在此实施例中，可以基于表示在捕获不同图像之间成像设备的运动的数据而不是基于图像本身的内容来对图像进行定向。

进一步地，在捕获该一系列图像时，IMU 120的观察可以与用于对图像进行定向的摄影测量技术结合使用，以便改善图像的定向。

定位设备100、或者更确切地说其处理单元150然后可以在530处适于基于已定向的一系列图像生成场景的3D重建。图8示出了由图像(比如图 6中所示的图像)捕获的场景的示例，即图8示出了具有道路边界的拐角180 的道路边界的3D重建。3D重建可以例如显示在定位设备100的显示单元140上。

再次转到图5，在530处，可以基于在捕获图像时在GNSS天线120处接收的卫星信息信号来针对所捕获图像的至少一个子集确定天线110在 GNSS的坐标系中的位置。在本示例中，可以针对利用放置在水平移位的两个不同位置处的成像设备130捕获的至少两个图像来确定天线110在GNSS 的坐标系中的3D位置。因此，获得了第一列表，该第一列表具有针对所捕获图像中的一些图像(子集)、天线在GNSS所使用的坐标系中的3D位置。

进一步地，处理单元150可以在540处针对所捕获图像中的至少一些图像、具体地针对已经确定了天线在GNSS的坐标系(X₁，Y₁，Z₁)中的位置的至少两个图像来确定成像设备在局部坐标系(X₂，Y₂，Z₂)中的位置。

成像设备130在局部坐标系(X₂，Y₂，Z₂)中的位置是基于图像在局部坐标系(X₂，Y₂，Z₂)中的定向获得的，并因此是以类似的方式(即，使用摄影测量法和/或基于从定位设备100的IMU 170接收的加速度数据和/或陀螺数据)获得的。

结果，获得了第二列表，该第二列表具有针对该子集中的至少一些图像、成像设备在局部坐标系中的3D位置。

然后，处理单元可以在550处基于以下各项来确定局部坐标系(X₂，Y₂， Z₂)的比例：针对所捕获图像、定位设备100内成像设备130相对于GNSS 天线110的已知空间位置(天线偏移)；天线110在GNSS的坐标系中的所确定3D位置；以及针对该子集中的图像、成像设备130在局部坐标系(X₂， Y₂，Z₂)中的相应位置。

换言之，处理单元使用以下各项来确立局部坐标系的比例：天线在GNSS 中的3D位置的第一列表；针对该子集中的至少一些图像、成像设备在局部坐标系中的3D位置的第二列表；以及在捕获每个图像时便携式定位设备内天线相对于成像设备的已知空间位置。

然后，一旦天线110已水平校平并且定位在感兴趣点180上方，处理单元就可以在560处获得所捕获的参考图像。

参照图5和图9，描述了用于确定从天线110到感兴趣点180的距离的过程的最后一部分。

图9示出了定位设备的一部分，其中，其GNSS天线已水平校平且天线 110的相位中心115竖直地设置在感兴趣点180上方。在这种配置中，成像设备130的光轴135是竖直的，并且感兴趣点180与天线110的相位中心 115沿着光轴135对齐。在570处，确定从成像设备到3D重建中位于感兴趣点180附近的一个或多个采样点181或采样区域的采样距离182。应当理解，可以相对于感兴趣点180在局部坐标系中的最邻近者或者相对于由3D 重建中位于感兴趣点180附近的一个或多个采样点所形成的表面来确定采样距离182。

在580处，处理单元可以基于以下各项来确定从天线到感兴趣点的距离 (或高度)：所确定的采样距离182、天线偏移、局部坐标系的所确定比例、以及光轴135与到采样点181的方向182或表示由一个或多个采样点形成的采样区域的方向之间所限定的角度α。

如已经提到的，在一些实施例中，一系列所捕获图像可以是包括感兴趣点的场景的所捕获视频。

进一步地，显示单元可以被配置为显示一系列图像的二维图像400、场景的3D重建500、由处理单元确定的感兴趣点的3D位置、和/或关于是否已激活GNSS接收单元的指示。作为另一示例或另外地，可以基于从惯性测量单元获得的数据来确立3D表示的比例，该惯性测量单元例如被用作校平检测器120以判定天线是否已水平校平。

参考上述工作流程，可以在靠近感兴趣点的同时获得用于获得场景的 3D重建的图像或视频。然后，处理单元可以使得一旦天线已水平校平并且天线的相位中心与感兴趣点竖直地对齐就捕获参考图像。虽然本文描述了在捕获参考图像之前捕获用于获得场景的3D重建的图像，但应当理解，可以在捕获参考图像之后捕获用于获得3D重建的图像。

参照图9提供了在定位设备100中实施的方法900的总体概述。定位设备可以包括：适于从全球导航卫星系统接收卫星信息信号的天线，该天线具有相位中心；相对于天线设置以检测天线是否水平地定位的校平检测器；显示单元；以及具有瞄准轴线的成像设备，其中，天线的相位中心沿着或至少接近瞄准轴线来设置。该定位设备可以是如以上任一实施例中所限定的定位设备。

该方法可以包括在910处基于来自该校平检测器的输入判定该天线是否已水平校平。进一步地，该方法可以包括在920处将该判定显示在显示单元上以辅助用户识别天线是否已水平校平，以及在930处在显示单元上显示由成像设备捕获的图像以辅助用户在成像设备的视场内识别感兴趣点并辅助用户识别天线的相位中心是否竖直地或者至少接近竖直地定位在感兴趣点上方。在940，该方法可以包括：针对接收到天线已水平校平并且其相位中心竖直地或者至少接近竖直地定位在感兴趣点上方的指示的位置，基于在天线处接收的卫星信息信号而触发对感兴趣点的地理空间位置的计算。对感兴趣点的计算可以由用户输入来触发。

应当理解，上面关于不同定位设备描述的所有实施例都适用于上述方法的实施例。

参照图11，描述了根据另一实施例的定位设备1100。

定位设备1100等效于参照图1描述的定位设备100，区别在于，成像设备1130相对于GNSS天线120不同地设置。定位设备1100包括GNSS天线 120、校平检测器125、显示单元140、处理器150、距离确定模块170和成像设备1130。

图11图示了成像设备相对于天线120延伸所在的平面倾斜的配置。

本实施例还说明了成像设备1130具有光轴1145，该光轴对应于成像设备的旋转对称轴线，比如穿过成像设备的镜头中心或穿过成像设备的图像传感器中心(或焦点或投影中心)的轴线。

图11还图示了成像设备可以具有瞄准轴线1135，该瞄准轴线与成像设备1130的光轴1145不同。瞄准轴线1135是穿过基准标记和成像设备的光学系统的投影中心的轴线，该投影中心如由成像设备的光学镜头的中心或由光轴1145与瞄准轴线1135之间的交点所表示的。应当理解，对于固定的瞄准轴线1135，瞄准轴线1135与地表面的交点的位置取决于定位设备1100被保持的高度。然而，图11示出了瞄准轴线1135与感兴趣点1180相交的情况。在该配置中，因此根据定位设备在感兴趣点上方的距离(高度)来调整基准标记的放置，以执行特定测量。换言之，在相位中心定位在感兴趣点1180 上方的过程中使用定位设备1100在地表面上方的高度。

从定位设备到(地)表面的距离可以由距离测量模块170测量或估计，或者可以由定位设备1100的用户输入。可替代地，可以根据基于使用成像设备的过程(比如参照图5所描述的过程)来确定高度。

图11还图示了GNSS天线120可以具有天线轴线1115，该天线轴线是垂直于天线120延伸所在的平面并穿过相位中心115的轴线。尽管出于说明的目的在图11中放大了角度，但在一些实施例中，如果在瞄准轴线1135与天线轴线1115之间形成的角度小于五度则可以是有益的。

除了上述差异之外，参照图1至图10描述的定位设备和方法的实施例的所有其他特征也适用于本实施例。

进一步地，仍参照图11，将描述用于校准成像设备、或更确切地说其相关光学系统的过程。

如上文提到的，便携式定位设备可以进一步包括在成像设备的视场中用于辅助瞄准感兴趣点的至少一个基准标记。基准标记可以采用例如在显示单元上可见的十字或斑点的形式。提供基准标记以辅助操作者瞄准感兴趣点。基准标记与成像设备的光学系统一起限定成像设备的瞄准轴线。

参照图11，示出了如成像设备的基准标记(未示出)限定的瞄准轴线 1135，以及天线轴线1115。可以看出，当定位设备位于地表面上方的一定高度“h”时，瞄准轴线1135和天线轴线1115在感兴趣点1180处相交。然而，如果定位设备被保持在感兴趣点上方比图11中所示的更高的位置，则瞄准轴线1135将不会在感兴趣点1180处而是在图11中所示的图像中感兴趣点 1180右侧的地点与地表面相交。类似地，如果定位设备被保持在感兴趣点上方比图11中所示的更低的位置，则瞄准轴线1135将不会在感兴趣点1180 处而是在感兴趣点1180左侧的地点与地表面相交。这意味着，如果定位设备并非被保持在高度“h”(如图11所示)，而是被保持在另一高度，则瞄准轴线1135不适合于瞄准感兴趣点1180。

因此，取决于定位设备被保持在感兴趣点上方的高度h，需要调整瞄准轴线并由此调整与成像设备130相关联的基准标记的位置。为此，定位设备可以经历校准过程，在该校准过程中，根据高度来确定基准标记的位置。光学系统中辅助操作者瞄准感兴趣点的基准标记的位置可以用其坐标x_光标和y _光标表示。

可以在工厂中利用多个定位设备执行一般性校准，其中已知长度的杆竖直地放置在天线与放置于地面上的标记之间。杆可以配备有用于将杆放置在该标记上的指向尖端。可以针对多个杆长度确定基准标记的位置(x_光标，y_光标)，使得瞄准轴线与地面上的标记相交。可以例如通过以下线性回归模型来表示基准标记的位置作为高度的函数的依赖性：

x_光标＝f_x(h)＝a_x/h²+b_x；并且

y_光标＝f_y(h)＝a_y/h²+b_y

其中，a_x、a_y、b_x、和b_y是限定线性回归的常数。元素x_光标和y_光标可以用像素(作为单位)表示，而h可以用例如米(m)表示。因此，b_x和b_y也用像素表示，且a_x、a_y用像素/平方米表示。当然可以使用另一长度单位。

作为示例，可以在工厂的校准过程期间针对来自相同批次的多个定位设备(即，定位设备内的设备具有相同设置)和多个高度来确定a_x、a_y、b_x、和 b_y的值。

根据操作者之后输入的和/或由定位设备确定的用于进行测量的高度，可以使用a_x、a_y、b_x、和b_y的校准值来确定基准标记的位置并由此确定瞄准轴线。

如果在工厂或测量现场为每个定位设备执行校准过程以便针对特定的定位设备调谐a_x、a_y、b_x、和b_y的值，则也是有益的。换言之，a_x、a_y、b_x、和b_y的值可以是设备特定的而不是批次特定的。取决于执行校准过程的高度的数量，校准过程或多或少地会复杂。仅使用一个高度的情况下，可以针对特定设备调整b_x和b_y的值。在多个高度的情况下，可以针对特定设备调整所有参数a_x、a_y、b_x、和b_y的值。

应当理解，还可以根据上面参照图1至图10描述的任何一个实施例对定位设备执行成像设备的校准过程，以至少补偿与定位设备的元件有关的误差(例如机械误差、光学误差和电子误差)，即使高度对于计算感兴趣点的二维位置不是必需的也是如此。在这种情况下，执行校准过程以使瞄准轴线与天线轴线对齐。这是上述校准过程中a_x和a_y项等于零的特殊情况。

参照图12，描述了根据另一实施例的定位设备1200。

定位设备1200等效于参照图1描述的定位设备100，区别在于，成像设备1230相对于GNSS天线110不同地设置。定位设备1200包括GNSS天线 110、校平检测器120、显示单元140、处理器150、距离确定模块170和成像设备1230。

图12图示了成像设备1230相对于天线110延伸所在的平面倾斜的配置。天线110具有相位中心115和天线轴线1215，该天线轴线是穿过相位中心115的竖直轴线。

本实施例还示出了成像设备1230具有光学镜头1236、图像传感器1238 和光轴1245。图像传感器1238相对于天线轴线1215倾斜。光轴1245对应于成像设备的旋转对称轴线，如由穿过成像设备的镜头1236的中心的轴线所限定的。在图12所示的配置中，光轴还穿过成像设备1230的图像传感器 1238的中心。成像设备1230包括限定成像设备1230的视场的投影中心1232。

图12还图示了成像设备1230具有瞄准轴线1235，该瞄准轴线与成像设备1230的光轴1245不同。具体地，光轴1245与GNSS天线的天线轴线 1215和瞄准轴线1235相交。瞄准轴线1235是穿过基准标记1234和成像设备的光学系统的投影中心1232(如由光学镜头1236所限定)的轴线，该投影中心如由光轴1245与瞄准轴线1235之间的交点所表示的。在本实施例中，出于例示的目的，基准标记1234位于图像传感器1238的末端。因此，在成像设备1230提供的视场1239的周边检测到感兴趣点1280。然而，如将参照图13描述的，图像传感器可以在成像设备1230内不同地设置，并且具体地可以移位成使得基准标记不位于图像传感器的末端。作为使图像传感器相对于镜头1236移位的替代方案，如图13所示，图像传感器1238与镜头 1236一起可以相对于投影中心1232旋转，使得由光轴1235和瞄准轴线1235 形成的角度与图12中所示的相比被减小。在后一种配置中，基准标记将不会放置在图像传感器的末端。

图12示出了瞄准轴线1235与感兴趣点1280相交的情况，即，在GNSS 天线110的相位中心115竖直地位于感兴趣点1280上方的位置处。

在该配置中，瞄准轴线1215和瞄准轴线1235重合，使得基准标记1234、投影中心1232和相位中心115沿着天线轴线1215设置。在该配置中，基准标记在成像设备1230的视场中的位置不取决于定位设备在感兴趣点上方的距离(高度)来执行特定测量。当定位设备被保持以使瞄准轴线穿过感兴趣点时(如通过基准标记确定的那样)，天线的相位中心位于感兴趣点的竖直上方，并且感兴趣点的二维地理空间位置可以基于所接收的卫星信息信号来确定。

此外，从定位设备到(地)表面的距离可以由距离测量模块170测量或估计，或者可以由定位设备1200的用户输入，以便获得感兴趣点的3D地理空间位置。可替代地，可以根据基于使用成像设备的过程(比如参照图5所描述的过程)来确定高度。

GNSS天线110、校平检测器120、图像传感器1230和距离确定模块170 可以是第一模块1290的一部分，该第一模块连接到定位设备1200的包括显示单元140和处理器150的另一部分或模块。

除了上述差异之外，参照图1至图11描述的定位设备和方法的实施例的所有其他特征也适用于本实施例。

参照图13，描述了定位设备1300的另一实施例，其中，成像设备1330、具体地其图像传感器1338相对于GNSS天线110延伸所在的平面倾斜。具体地，成像设备1330的光轴1345设置成与瞄准轴线1335和天线轴线1315 相交。

图13中所示的定位设备1300等效于参照图12描述的定位设备1200，不同之处在于图像传感器1338在成像设备1330内的位置、具体地相对于成像设备1330的投影中心1332的位置已经移动。更具体地，与图12中所示的配置相比，图像传感器1338已经沿平行于镜头1336的方向平移。在本配置中，光轴1345不穿过图像传感器1338的中心。此外，光轴1345被定义为穿过投影中心1332并穿过光学镜头1336的中心的轴线。光轴1345还垂直于图像传感器1338。在本配置中，基准标记1334设置在图像传感器1338 上，但不设置在图像传感器1338的末端。在本配置中，瞄准轴线1335和天线轴线1315重合，使得基准标记1334、投影中心1332和GNSS天线的相位中心115位于天线轴线1315上。图13还示出了由成像设备1330提供的视场1339。

除了上述差异之外，参照图1至图12描述的定位设备和方法的实施例的所有其他特征也适用于本实施例。

应当理解，参照图11至图13描述的实施例是有益的，因为成像设备相对于天线轴线倾斜，从而提供改进的视场，向前看而不是向定位设备的正下方看(从而不会在视场中显示操作员的脚)。

本领域技术人员应认识到，本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内可以进行许多修改和变化。

虽然以上以特定组合描述了特征和要素，但是每个特征或要素都可在没有其他特征和要素的情况下单独使用，或者以具有或不具有其他特征和要素的各种组合来使用。在上文中，处理器或处理单元可以包括例如通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP 核相关联的一个或多个微处理器、以及任何其他类型的集成电路(IC)。

进一步地，尽管已经参考勘测系统描述了定位设备的应用，但是本发明可以用在其他应用和/或系统中。

替代性地，所披露的实施例的变化可以由技术人员在实施所要求保护的发明时通过学习附图、披露内容、以及所附权利要求来理解并实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其他要素，并且不定冠词“一个(a)”或“一种(an)”不排除复数。在彼此不同的从属权利要求中陈述的某些特征的简单事实并不表明这些特征的组合不能被有利地使用。