自主測(cè)繪的制造方法
【專利摘要】一種自主測(cè)繪機(jī)，包括測(cè)量機(jī)和姿態(tài)測(cè)控機(jī)，測(cè)量機(jī)包括中央處理器(28)、紅外激光光源(1)、多光成像單元(9)、精密測(cè)距單元(24)、遠(yuǎn)程測(cè)距單元(25)、高頻測(cè)距單元(26)、偏心輪單元(27)、圖像識(shí)別單元(19)、圖像處理單元(20)、測(cè)量機(jī)電源單元(29)、人機(jī)交互單元(30)、存儲(chǔ)單元(35)、全球定位單元(36)、通信單元(37)、光敏電阻(75)；姿態(tài)測(cè)控機(jī)包括姿態(tài)測(cè)控處理器(40)、仰俯姿態(tài)單元(41)、水平姿態(tài)單元(56)、航向姿態(tài)單元(59)和姿態(tài)測(cè)控機(jī)電源單元(74)。本發(fā)明具有高精度、高效率、高可靠性、高性價(jià)比、低成本、便攜、智慧型、由涌現(xiàn)性獲得功能的野外特征。
【專利說明】自主測(cè)繪機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地理信息【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種自主測(cè)繪機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]市場(chǎng)需求:地理信息產(chǎn)業(yè)有成千上萬的應(yīng)用源于4個(gè)核心需求
[0003]I)獲取目標(biāo)物的三維大地坐標(biāo)；
[0004]2)獲取三維大地坐標(biāo)下的地形地物圖；
[0005]3)獲取三維大地坐標(biāo)下的物方三維影像；
[0006]4)獲取大地坐標(biāo)系下基于三維影像的三維導(dǎo)航圖。
[0007]技術(shù)現(xiàn)狀:多組人員使用種類繁多的多組儀器設(shè)備以不同方式分段獲取上述某一核心需求，形成各種應(yīng)用。存在的局限是效率低服務(wù)耗時(shí)、費(fèi)用昂貴、工作受限(如:具有當(dāng)前國際領(lǐng)先水平的車載道路攝影測(cè)量系統(tǒng)只能用于道路及兩側(cè)的近景攝影測(cè)量，600-800萬元/套)等等。
[0008]目前市場(chǎng)上有4類用于野外測(cè)繪的相關(guān)產(chǎn)品:常規(guī)測(cè)繪儀器、“精密測(cè)量機(jī)器人”、用于近景道路攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集的設(shè)備集成系統(tǒng)、三維激光掃描儀。
[0009]1、常規(guī)測(cè)繪儀器:
[0010]如測(cè)距儀、水準(zhǔn)儀、平板儀、傾斜儀、沉降儀、經(jīng)緯儀、全站儀(測(cè)距儀+經(jīng)緯儀)、GPS定位儀以及配套使用的數(shù)傳電臺(tái)/GPRS/3G通信設(shè)備、超站儀(全站儀+GPS定位儀)等。全球、我國均有多家公司生產(chǎn)銷售。常規(guī)測(cè)繪儀器均無攝影測(cè)量功能。常規(guī)測(cè)繪儀器存在的局限是:
[0011]I)傳統(tǒng)設(shè)備:測(cè)距儀、水準(zhǔn)儀、平板儀、傾斜儀、沉降儀、經(jīng)緯儀、標(biāo)桿、棱鏡等傳統(tǒng)設(shè)備均屬單一功能儀器，通過測(cè)角、測(cè)高、測(cè)距、測(cè)水準(zhǔn)等手段的綜合使用來獲取測(cè)站與被測(cè)目標(biāo)之間在自定義坐標(biāo)下的的相對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)設(shè)備依靠人工操作，人為誤差和分段引入大地坐標(biāo)的誤差均大且無有效的誤差改正方法。傳統(tǒng)設(shè)備效率很低，獲取一個(gè)低精度的物方三維大地坐標(biāo)常常需要一隊(duì)專業(yè)技術(shù)人員工作很長時(shí)間。大量耗費(fèi)人力和時(shí)間，實(shí)際工作成本高。
[0012]2)GPS定位儀:須將儀器架設(shè)在被測(cè)目標(biāo)上觀測(cè)，這首先需要被測(cè)目標(biāo)具有架設(shè)儀器的條件，在此前提下還需投入較大的人力、物力和較長的時(shí)間，而需要測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)常常并不具備架設(shè)儀器的條件。
[0013]3)全站儀:只能在自定義坐標(biāo)系內(nèi)測(cè)角和測(cè)距；完全依靠人工操作，人為誤差較大且無有效的誤差改正方法；測(cè)量物方三維坐標(biāo)時(shí)需要同時(shí)具備兩個(gè)以上的已知控制點(diǎn)；確定正北方向須購買當(dāng)?shù)谿PS控制網(wǎng)(如果當(dāng)?shù)卮嬖谶@樣的網(wǎng))數(shù)據(jù)，或借助陀螺儀；引入大地坐標(biāo)須借助GPS定位儀。
[0014]4)超站儀:除測(cè)角、測(cè)距之外還能夠測(cè)定自身的三維大地坐標(biāo)(日本拓?fù)淇党緝x單價(jià)60萬元人民幣)。超站儀存在與全站儀類似的問題。
[0015]2、“精密測(cè)量機(jī)器人”(全站儀+伺服系統(tǒng)，無攝影功能):[0016]“精密測(cè)量機(jī)器人”是新型全站儀，與常規(guī)全站儀的唯一區(qū)別是具有“ATR功能(棱鏡瞄準(zhǔn)功能)”:人工瞄準(zhǔn)棱鏡目標(biāo)后，按照常規(guī)全站儀方法獲取并存儲(chǔ)這些棱鏡在自定義坐標(biāo)下的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和自身的姿態(tài)數(shù)據(jù)。人工啟動(dòng)伺服系統(tǒng)后，機(jī)器參照上次測(cè)量獲取的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)重新自動(dòng)瞄準(zhǔn)棱鏡并再次獲取自定義坐標(biāo)下的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，據(jù)此擴(kuò)展出一個(gè)以棱鏡為觀測(cè)目標(biāo)的可用于形變監(jiān)測(cè)的功能。
[0017]精密測(cè)量機(jī)器人是瑞士徠卡公司的獨(dú)家產(chǎn)品，其航向角和仰俯角的測(cè)量精度達(dá)到0.5角秒，代表了全站儀的當(dāng)今全球最高水平；價(jià)格適中:當(dāng)需要掃描的棱鏡個(gè)數(shù)小于10時(shí)，單臺(tái)售價(jià)45萬元人民幣；棱鏡個(gè)數(shù)大于10時(shí)另作系統(tǒng)方案，按系統(tǒng)方案另外加價(jià)。
[0018]精密測(cè)量機(jī)器人無攝影功能且存在與全站儀類似的局限。
[0019]3、用于道路攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集的設(shè)備集成系統(tǒng):
[0020]目前市場(chǎng)上的道路攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均為設(shè)備集成系統(tǒng)。美國谷歌、日本拓?fù)淇档能囕d道路攝影測(cè)量系統(tǒng)是代表。其硬件特征是將位置測(cè)量設(shè)備(GPS)、姿態(tài)測(cè)量設(shè)備、定位補(bǔ)償設(shè)備(INS或航位推算系統(tǒng))、視頻設(shè)備(CCD系統(tǒng))、激光測(cè)距掃描儀、車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備連接在一起，安裝在汽車上，在車輛的行進(jìn)之中采集道路及道路兩旁地物的空間位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，如:道路中心線或邊線位置坐標(biāo)、目標(biāo)地物的位置坐標(biāo)、路(車道)寬、橋(隧道)高、交通標(biāo)志、道路設(shè)施等。數(shù)據(jù)同步存儲(chǔ)在車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中；軟件特征是基于GPS、RS、GIS、數(shù)據(jù)的3S集成，將外業(yè)采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行事后編輯處理，形成各種有用的專題數(shù)據(jù)成果，如導(dǎo)航電子地圖等等。它的顯著特點(diǎn)是:a.針對(duì)道路及臨近兩側(cè)的獨(dú)立的測(cè)成圖系統(tǒng)。無需借助任何底圖，即可獨(dú)立完成路網(wǎng)圖測(cè)量。在作業(yè)流程上形成了攝影測(cè)量的閉環(huán)控制，空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)與包含豐富屬性信息的道路及臨近兩側(cè)之立體影像同時(shí)獲得，外業(yè)與內(nèi)業(yè)緊密銜接，避免了人工方式下的人為誤差；b.針對(duì)道路的實(shí)景三維可視化的數(shù)據(jù)成果。它以面狀的方式快速采集道路及道路臨近周邊的地理空間數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)成果是連續(xù)拍攝的實(shí)景可量測(cè)影像；c.道路及道路臨近周邊信息與衛(wèi)片/航片無縫鏈接，形成針對(duì)道路及臨近周邊地物的“天地一體化”新一代地理信息系統(tǒng)。
[0021]存在的局限是:
[0022]I)工作范圍限于道路，無法進(jìn)行野外作業(yè):移動(dòng)道路測(cè)量系統(tǒng)(道路攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))是將GPS (全球定位系統(tǒng))、姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)、CCD (視頻系統(tǒng))、INS (慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或航位推算系統(tǒng))、三維激光掃描系統(tǒng)、車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等先進(jìn)的傳感器和設(shè)備裝配在汽車上，這就意味著它只能用于道路及其臨近兩側(cè)的攝影測(cè)量，無法進(jìn)行野外環(huán)境的攝影測(cè)量。
[0023]2)近景:不帶望遠(yuǎn)鏡，廣角攝影。能夠?qū)Φ缆穬蓚?cè)200m內(nèi)的景物進(jìn)行近景攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集。物方三維大地坐標(biāo)的解算精度為I米左右。
[0024]3)移動(dòng)與操作:組成系統(tǒng)的各設(shè)備體積大、重量大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)松散，須固定于汽車等大型載體上，多人操作。
[0025]4)外業(yè)數(shù)據(jù)采集內(nèi)業(yè)事后處理的工作方式導(dǎo)致重復(fù)性外業(yè)勞動(dòng)不可避免。
[0026]5)需要道路沿途有GPS控制網(wǎng)的支持。
[0027]6)價(jià)格昂貴:移動(dòng)道路測(cè)量系統(tǒng)的全部組件均系外購，這些高端設(shè)備的昂貴價(jià)格使得“移動(dòng)道路測(cè)量系統(tǒng)”的成本居高不下，無激光測(cè)距掃描儀的移動(dòng)道路測(cè)量系統(tǒng)(無測(cè)距功能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))產(chǎn)品的價(jià)格為400萬元人民幣/套；有激光掃描測(cè)距設(shè)備的國外產(chǎn)品價(jià)格高于600萬元人民幣/套。
[0028]4、三維激光掃描儀
[0029]三維激光掃描儀可在自定義坐標(biāo)下提供近景三維影像:用高速激光掃描測(cè)距方式獲得大量的近程目標(biāo)點(diǎn)距離數(shù)據(jù)并同步記錄測(cè)距姿態(tài)數(shù)據(jù)，從而得到目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)；用數(shù)碼相機(jī)攝取目標(biāo)景物影像；將兩者疊加，獲得近景三維影像。
[0030]三維激光掃描儀可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)燈光環(huán)境和室外晴朗天氣的白晝環(huán)境下的近景目標(biāo)。瑞典、美國、日本、中國均有數(shù)家公司生產(chǎn)銷售。瑞典Rigle公司的野外三維激光掃描儀處于國際領(lǐng)先地位:好天氣、良好能見度條件下測(cè)距可達(dá)2公里。三維激光掃描儀單臺(tái)售價(jià)為60萬元人民幣一400萬元人民幣不等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031]本發(fā)明提供一種革命性產(chǎn)品，目的有五:
[0032]一是用基于底層結(jié)構(gòu)的多系統(tǒng)一體化方法和機(jī)器自主測(cè)量方法，將地理信息產(chǎn)業(yè)的核心需求和全部應(yīng)用融為一體，同步解決:獲取基于實(shí)景影像的目標(biāo)點(diǎn)三維大地坐標(biāo)、獲取基于實(shí)景影像的三維大地坐標(biāo)下的地形圖、獲取大地坐標(biāo)系下的物方三維影像、獲取大地坐標(biāo)系下基于三維影像的三維導(dǎo)航圖；
[0033]二是用基于底層結(jié)構(gòu)的多系統(tǒng)一體化和機(jī)器自主測(cè)量方法獲得超高精度；
[0034]三是利用基于底層結(jié)構(gòu)的多系統(tǒng)一體化產(chǎn)生的涌現(xiàn)性擴(kuò)展出巨量用戶功能和全新應(yīng)用，一機(jī)功能覆蓋多種類地理信息產(chǎn)業(yè)應(yīng)用及其外延應(yīng)用；
[0035]四是用基于底層結(jié)構(gòu)的多系統(tǒng)一體化方法獲得低成本、高性價(jià)比的產(chǎn)品；
[0036]五是用機(jī)器自主測(cè)量的新方法改變傳統(tǒng)工作方式，極大幅度地減少人工介入、簡化工作流程、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和操作難度、降低工作成本、提高工作效率。
[0037]本發(fā)明提供的一種自主測(cè)繪機(jī)，包括測(cè)量機(jī)和姿態(tài)測(cè)控機(jī)，
[0038]測(cè)量機(jī)包括中央處理器28和分別與中央處理器28連接的紅外激光光源1、多光成像單元9、精密測(cè)距單元24、遠(yuǎn)程測(cè)距單元25、高頻測(cè)距單元26、偏心輪單元27、圖像識(shí)別單元19、圖像處理單元20、測(cè)量機(jī)電源單元29、人機(jī)交互單元30、存儲(chǔ)單元35、全球定位單元
36、通信單元37、光敏電阻75 ；
[0039]姿態(tài)測(cè)控機(jī)包括姿態(tài)測(cè)控處理器40，以及分別與姿態(tài)測(cè)控處理器40連接的仰俯姿態(tài)單元41、水平姿態(tài)單元56、航向姿態(tài)單元59和姿態(tài)測(cè)控機(jī)電源單元74，中央處理器28與姿態(tài)測(cè)控處理器40連接；
[0040]測(cè)量機(jī)與姿態(tài)測(cè)控機(jī)通過豎軸60、第一橫軸42、第二橫軸76、第三橫軸80連接,并標(biāo)定為一個(gè)多光同軸、多軸同心的整體，所述多光同軸是指紅外激光光源I的光軸、多光成像單元9的光軸、精密測(cè)距單元24的光軸、遠(yuǎn)程測(cè)距單元25的光軸、高頻測(cè)距單元26的光軸，五者標(biāo)定在同一軸線上；所述多軸同心是指豎軸60的中軸線、第一橫軸42的中軸線、第二橫軸76的中軸線、第三橫軸80的中軸線、精密測(cè)距單元24的光軸、全球定位單元36天線相位中心點(diǎn)與豎軸60垂直于大地水準(zhǔn)面時(shí)的中軸線之延長線相交形成的定位軸線，六者標(biāo)定后相交于同一個(gè)空間點(diǎn)。
[0041]而且，所述三維姿態(tài)系統(tǒng)中，
[0042]所述仰俯姿態(tài)單元41包括第一離合器43、第一機(jī)組44、第一編碼器53、第一電機(jī)54和第一驅(qū)動(dòng)電路55，所述第一機(jī)組44包括第一同步帶放大器45、第二蝸輪46、第一同步帶輪47、第二蝸桿48、第二彈性機(jī)構(gòu)49、第一蝸輪50、第一彈性機(jī)構(gòu)51、第一蝸桿52，第一驅(qū)動(dòng)電路55、第一電機(jī)54、第一蝸桿52依次連接,第一蝸輪50和第一蝸桿52經(jīng)第一彈性機(jī)構(gòu)51嚙合，第一蝸輪50和第二蝸桿48經(jīng)第二彈性機(jī)構(gòu)49嚙合，第二蝸輪46和第二蝸桿48之間經(jīng)第一同步帶輪47傳動(dòng)，第二蝸輪46和第一編碼器53之間經(jīng)第一同步帶放大器45傳動(dòng),第二蝸輪46連接第一離合器43,第一離合器43閉合時(shí)連接第一橫軸42,姿態(tài)測(cè)控處理器40和第一離合器43、第一編碼器53、第一驅(qū)動(dòng)電路55分別連接；中央處理器28經(jīng)姿態(tài)測(cè)控處理器40、第一驅(qū)動(dòng)電路55輸出指令到第一電機(jī)54，第一電機(jī)54輸出經(jīng)第一機(jī)組44進(jìn)行仰俯運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)后所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果依次經(jīng)第二蝸輪46、第一同步帶放大器45、第一編碼器53、姿態(tài)測(cè)控處理器40上傳到中央處理器28，中央處理器28獲取第一橫軸42實(shí)際的位置到達(dá)數(shù)據(jù)；
[0043]設(shè)第一同步帶放大器45的傳動(dòng)比為1:H，第一同步帶放大器45通過第二蝸輪46將第一機(jī)組44在執(zhí)行姿態(tài)測(cè)控處理器40指令的過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果放大H倍后傳遞給第一編碼器53，并經(jīng)由第一編碼器53轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)上傳給姿態(tài)測(cè)控處理器40，姿態(tài)測(cè)控處理器40將所得運(yùn)動(dòng)結(jié)果除以H倍后得到第一橫軸42真實(shí)的位置到達(dá)數(shù)據(jù)并上傳給中央處理器28 ；
[0044]所述航向姿態(tài)單元59包括第二離合器61、第二機(jī)組62、第二編碼器73、第二電機(jī)71和第二驅(qū)動(dòng)電路72，所述第二機(jī)組62包括第二同步帶放大器64、第四蝸輪63、第二同步帶輪65、第四蝸桿66、第四彈性機(jī)構(gòu)67、第三蝸輪68、第三彈性機(jī)構(gòu)69、第三蝸桿70，第二驅(qū)動(dòng)電路72、第二電機(jī)71、第三蝸桿70依次連接，第三蝸輪68和第三蝸桿70經(jīng)第三彈性機(jī)構(gòu)69嚙合，第三蝸輪68和第四蝸桿66經(jīng)第四彈性機(jī)構(gòu)67嚙合，第四蝸輪63和第四蝸桿66之間經(jīng)第二同步帶輪65傳動(dòng)，第四蝸輪63和第二編碼器73之間經(jīng)第二同步帶放大器64傳動(dòng)，第四蝸輪63連接第二離合器61，第二離合器61閉合時(shí)連接豎軸60，姿態(tài)測(cè)控處理器40和第二離合器61、第二編碼器73、第二驅(qū)動(dòng)電路72分別連接；中央處理器28經(jīng)姿態(tài)測(cè)控處理器40、第二驅(qū)動(dòng)電路72輸出指令到第二電機(jī)71，第二電機(jī)71輸出經(jīng)第二機(jī)組62進(jìn)行航向運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)后所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果依次經(jīng)第四蝸輪63、第二同步帶放大器64、第二編碼器73、姿態(tài)測(cè)控處理器40上傳到中央處理器28，中央處理器28獲取豎軸60實(shí)際的位置到達(dá)數(shù)據(jù)；
[0045]設(shè)第二同步帶放大器64的傳動(dòng)比為1:1，第二同步帶放大器64通過第四蝸輪63將第二機(jī)組62在執(zhí)行姿態(tài)測(cè)控處理器40指令的過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果放大I倍后傳遞給第二編碼器73，并經(jīng)由第二編碼器73轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)上傳給姿態(tài)測(cè)控處理器40，姿態(tài)測(cè)控處理器40將所得運(yùn)動(dòng)結(jié)果除以I倍后得到豎軸60真實(shí)的位置到達(dá)數(shù)據(jù)并上傳給中央處理器28。
[0046]而且，所述豎軸60的中心軸線I1與基準(zhǔn)第一橫軸42的中心軸線I2、第二橫軸76的中心軸線I3、第三橫軸80的中心軸線I4的幾何關(guān)系為，中心軸線I2、中心軸線I3和中心軸線I4平行，中心軸線I1和中心軸線I2構(gòu)成的平面內(nèi)，中心軸線I1垂直于中心軸線I2、中心軸線I3和中心軸線I4 ；
[0047]姿態(tài)測(cè)控機(jī)通過豎軸60與測(cè)量機(jī)連接，豎軸60的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生測(cè)量機(jī)的航向運(yùn)動(dòng)；
[0048]由精密測(cè)距單元24和遠(yuǎn)程測(cè)距單元25構(gòu)成的組件通過第一橫軸42與姿態(tài)測(cè)控機(jī)連接，該組件的仰俯運(yùn)動(dòng)由第一橫軸42的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生,該組件的航向運(yùn)動(dòng)由豎軸60的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生；精密測(cè)距單元24的質(zhì)量中心與第一橫軸42的中心軸線的交點(diǎn)是自主測(cè)繪機(jī)軸系的中心，是多軸同心的標(biāo)定基準(zhǔn)點(diǎn)；
[0049]姿態(tài)測(cè)控機(jī)設(shè)有音叉，
[0050]由紅外激光光源I和多光成像單元9構(gòu)成的組件通過第三橫軸80與姿態(tài)測(cè)控機(jī)的音叉連接，該組件的仰俯運(yùn)動(dòng)由第三橫軸80的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，航向運(yùn)動(dòng)由豎軸60的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生；
[0051]高頻測(cè)距單元26通過第二橫軸76與姿態(tài)測(cè)控機(jī)的音叉連接，
[0052]使用高頻測(cè)距單元26對(duì)點(diǎn)狀目標(biāo)測(cè)量距離時(shí)，第三橫軸80與高頻測(cè)距單元26之間設(shè)置一同步連桿，高頻測(cè)距單元26的仰俯運(yùn)動(dòng)由第三橫軸80的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，在姿態(tài)測(cè)控機(jī)中設(shè)置相應(yīng)的仰俯運(yùn)動(dòng)控制單元，包括第七編碼器81、第三離合器82、第二蝸輪蝸桿組83、第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路21，中央處理器28、第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路21、第二蝸輪蝸桿組83和第三離合器82依次連接，第三離合器82閉合時(shí)連接第三橫軸80，第三橫軸80、第七編碼器81、中央處理器28依次連接；高頻測(cè)距單元26的航向運(yùn)動(dòng)由豎軸60的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，此時(shí)偏心輪單元27處于停止工作狀態(tài)；
[0053]使用高頻測(cè)距單元26對(duì)三維面狀目標(biāo)進(jìn)行掃描式測(cè)距時(shí)，偏心輪單元27處于工作狀態(tài)，此時(shí)同步連桿剎車，第三橫軸80與高頻測(cè)距單元26脫離聯(lián)動(dòng)，高頻測(cè)距單元26在偏心輪單元27的帶動(dòng)下獨(dú)立在第二橫軸76上高頻擺動(dòng)，高頻測(cè)距單元26的仰俯運(yùn)動(dòng)由偏心輪單元27控制，在姿態(tài)測(cè)控機(jī)中設(shè)置相應(yīng)的仰俯運(yùn)動(dòng)控制單元，包括第六編碼器78、第一蝸輪蝸桿組77、第一電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路79，中央處理器28、第一電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路79、第一蝸輪蝸桿組77依次連接，第二橫軸76、第六編碼器78、中央處理器28依次連接；高頻測(cè)距單元26的航向運(yùn)動(dòng)由豎軸60的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生。
[0054]而且，所述測(cè)量機(jī)中，
[0055]紅外激光光源I包括紅外激光鏡頭2、紅外激光調(diào)焦鏡3、紅外激光發(fā)生器4、泵浦電源5、第三電機(jī)7、第三驅(qū)動(dòng)電路8和第三編碼器6，紅外激光鏡頭2、紅外激光調(diào)焦鏡3、紅外激光發(fā)生器4、泵浦電源5依次連接，第三電機(jī)7與紅外激光調(diào)焦鏡3、第三驅(qū)動(dòng)電路8、第三編碼器6分別連接，中央處理器28和泵浦電源5、第五驅(qū)動(dòng)電路11、第三編碼器6分別連接；
[0056]多光成像單元9包括第五編碼器10、第五驅(qū)動(dòng)電路11、第六蝸輪12、第六蝸桿13、第四電機(jī)14、物鏡15、變焦鏡組22、調(diào)焦鏡16、成像鏡組17、雙濾光片結(jié)構(gòu)CXD模塊18、第五蝸輪23、第五蝸桿31、第四編碼器34、第五電機(jī)32和第四驅(qū)動(dòng)電路33，物鏡15、變焦鏡組22、調(diào)焦鏡16、成像鏡組17、雙濾光片結(jié)構(gòu)C⑶模塊18依次連接，第五驅(qū)動(dòng)電路11、第四電機(jī)14、第六蝸桿13、第五編碼器10依次連接,第六蝸桿13與第六蝸輪12嚙合,第六蝸輪12連接調(diào)焦鏡16，第四驅(qū)動(dòng)電路33、第五電機(jī)32、第五蝸桿31、第四編碼器34依次連接，第五蝸桿31與第五蝸輪23嚙合，第五蝸輪23連接變焦鏡組22，中央處理器28和第五驅(qū)動(dòng)電路
11、第五編碼器10、第四編碼器34、第四驅(qū)動(dòng)電路33、雙濾光片結(jié)構(gòu)CXD模塊18分別連接。
[0057]而且，根據(jù)白光光通量，光敏電阻75發(fā)出信號(hào)控制中央處理器28關(guān)閉或打開泵浦電源5，對(duì)應(yīng)白光光源或紅外激光光源；多光成像單元9與圖像處理單元20連接，成像結(jié)果由圖像處理單元20判斷圖像清晰度，在白光光源下的成像結(jié)果達(dá)不到清晰度要求時(shí)，中央處理器28打開泵浦電源5提供紅外激光光源。
[0058]而且，由中央處理器28、圖像處理單元20、多光成像單元9、紅外激光光源1、光敏電阻75、人機(jī)交互單元30、測(cè)量機(jī)電源單元29構(gòu)成自主成像系統(tǒng)，執(zhí)行自主成像過程的工作步驟如下，
[0059]步驟1，進(jìn)行成像光源初始選擇，實(shí)現(xiàn)如下，
[0060]在白光光通量足以使雙濾光片結(jié)構(gòu)CXD模塊18白光成像時(shí)，光敏電阻75的信號(hào)口處于閉合狀態(tài)，中央處理器28關(guān)閉泵浦電源5，進(jìn)入步驟2 ;白光光通量不足以雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊18白光成像時(shí),光敏電阻75的信號(hào)口處于常開狀態(tài)，中央處理器28開啟泵浦電源5，紅外激光光源I照射目標(biāo)，多光成像單元9接受自目標(biāo)返回的紅外激光，進(jìn)入步驟4,
[0061]步驟2，白光光源下，對(duì)良好能見度及霧霾環(huán)境的自適應(yīng)和成像光源的自主選擇，實(shí)現(xiàn)如下，
[0062]中央處理器28讀取調(diào)焦鏡16的調(diào)焦標(biāo)定值驅(qū)動(dòng)第四電機(jī)14依次到達(dá)各相應(yīng)標(biāo)定位置，在每個(gè)相應(yīng)標(biāo)定位置，白光信號(hào)經(jīng)由多光成像單元9轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后到達(dá)圖像處理單元20，圖像處理單元20獲取圖像值并比較，記錄使圖像值最大的第四電機(jī)14標(biāo)定位置為使圖像最清晰處；
[0063]中央處理器28對(duì)目標(biāo)景物的所有圖像值進(jìn)行分析處理，
[0064]若圖像值的最大值與最小值之差的絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Q1，則判定測(cè)站處于良好能見度環(huán)境，進(jìn)入步驟3;
[0065]若圖像值的最大值與最小值之差的絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Ql大于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Q2，則判定測(cè)站處于中度或輕度霧霾環(huán)境，進(jìn)入步驟4 ；
[0066]若圖像值的最大值與最小值之差的絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Q2，則判定測(cè)站處于重度霧霾環(huán)境，中央處理器28報(bào)警，停止流程；
[0067]其中，預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Ql大于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Q2 ；
[0068]步驟3，基于白光光源的自動(dòng)成像，實(shí)現(xiàn)如下，
[0069]首先進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦，中央處理器28向第五驅(qū)動(dòng)電路11發(fā)出指令，使第四電機(jī)14、第六蝸桿13轉(zhuǎn)動(dòng)，第五編碼器10實(shí)時(shí)記錄第六蝸桿13的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)同步反饋給中央處理器28，中央處理器28算出脈沖修正值并據(jù)此發(fā)出下一指令，直到第六蝸桿13轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)定的位置并通過第六蝸輪12完成對(duì)調(diào)焦鏡16的焦距調(diào)整；
[0070]然后進(jìn)行自動(dòng)成像，白光信號(hào)經(jīng)過物鏡15、調(diào)焦鏡16和成像鏡組17到達(dá)雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊18，雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊18將白光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳至圖像處理單元20，圖像處理單元20得到清晰的景物圖像并上傳至中央處理器28，，完成基于白光光源的自動(dòng)成像任務(wù)，結(jié)束流程；
[0071]步驟4，基于紅外激光光源的自動(dòng)成像，實(shí)現(xiàn)如下，
[0072]首先紅外激光照射范圍準(zhǔn)確覆蓋多光成像單元9的視場(chǎng)，由中央處理器28同時(shí)完成兩項(xiàng)工作，一是自動(dòng)變倍，包括開啟第四驅(qū)動(dòng)電路33，使第五電機(jī)32帶動(dòng)第五蝸桿31運(yùn)動(dòng)到Pi位置，第五蝸桿31帶動(dòng)第五蝸輪23使變焦鏡組22將多光成像單元9的視場(chǎng)調(diào)整到執(zhí)行第i類任務(wù)所需的大小，第四編碼器34將第五蝸桿31的實(shí)際到達(dá)位置上傳給中央處理器28 ;二是視場(chǎng)與照射范圍重合，包括向第三驅(qū)動(dòng)電路8發(fā)出指令使第三電機(jī)7帶動(dòng)紅外激光調(diào)焦鏡3運(yùn)動(dòng)到Qi位置，使紅外激光光源I的照射范圍正好覆蓋多光成像單元9的視場(chǎng)；
[0073]其中，標(biāo)定常數(shù)Pi是多光成像單元9的視場(chǎng)執(zhí)行第i類任務(wù)時(shí)的視場(chǎng)，稱為Pi成像視場(chǎng)，i=l, 2，3，.....J，J為總類數(shù)，標(biāo)定常數(shù)Qi是與Pi —一對(duì)應(yīng)的紅外激光聚焦值，紅外激光調(diào)焦鏡3處于Qi位置時(shí)紅外激光照射范圍與Pi成像視場(chǎng)重合，Pi被標(biāo)定后，Qi根據(jù)Pi標(biāo)定；
[0074]然后進(jìn)行自動(dòng)成像，從目標(biāo)景物返回的紅外激光信號(hào)通過物鏡15、調(diào)焦鏡16、成像鏡組17到達(dá)雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊18，雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊18將紅外激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳至圖像處理單元20，圖像處理單元20得到清晰景物圖像并上傳至中央處理器28,,完成基于紅外激光光源的自動(dòng)成像任務(wù)。
[0075]而且，通過航向姿態(tài)單元59、偏心輪單元27、高頻測(cè)距單元26同步工作，完成高頻測(cè)距單元26在多光成像望遠(yuǎn)鏡9視場(chǎng)內(nèi)的掃描式自動(dòng)測(cè)距，獲得距離數(shù)據(jù)點(diǎn)陣云以及與每個(gè)距離數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，生成三維野外實(shí)景影像；通過設(shè)定姿態(tài)運(yùn)動(dòng)起止點(diǎn)位置，支持在任意界定工作范圍或環(huán)繞測(cè)站360°的全景工作范圍生成三維野外實(shí)景影像。
[0076]而且，中央處理器28、偏心輪單元27、第一蝸輪蝸桿組77、第一電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路79、第六編碼器78、第二橫軸76、高頻測(cè)距單元26、姿態(tài)測(cè)控處理器40、航向姿態(tài)單元59、仰俯姿態(tài)單元41、姿態(tài)測(cè)控機(jī)電源單元74、圖像處理單元20、光敏電阻75、多光成像單元9、紅外激光光源1、光敏電阻75、人機(jī)交互單元30、測(cè)量機(jī)電源單元29、全球定位單元36、通信單元37構(gòu)成掃描式自動(dòng)測(cè)距和同步自動(dòng)定姿系統(tǒng)，執(zhí)行自動(dòng)生成任意形狀、任意幅面大小的三維野外實(shí)景影像，通過全景圖像的無重疊拼接現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)生成全景三維實(shí)景影像；
[0077]所述自動(dòng)生成任意形狀、任意幅面大小的三維野外實(shí)景影像的工作步驟如下，
[0078]I)任意界定工作范圍，實(shí)現(xiàn)如下，
[0079]在人機(jī)交互單元30的觸摸屏顯示的二維野外實(shí)景影像上勾勒任意形狀的閉合曲線C，中央處理器28將C所包圍的區(qū)域M界定為工作范圍，
[0080]偏心輪單元27按中央處理器28的指令界定高頻測(cè)距單元26沿仰俯方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起止點(diǎn)位置，包括將其在豎軸60的中軸線與高頻測(cè)距單元26的光軸構(gòu)成的平面內(nèi)繞第二橫軸76的中軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起止點(diǎn)位置全部落在閉合曲線C上；
[0081]航向姿態(tài)單元59按中央處理器28的指令，連續(xù)轉(zhuǎn)過以區(qū)域M的邊界為起止點(diǎn)的航向角度；偏心輪單元27和航向姿態(tài)單元59的同步聯(lián)動(dòng)使得工作范圍正好覆蓋了區(qū)域M ;
[0082]2)同步測(cè)量，實(shí)現(xiàn)如下，
[0083]以全球定位系統(tǒng)時(shí)間為基準(zhǔn)，航向姿態(tài)單元59、偏心輪單元27、高頻測(cè)距單元26同步工作，完成高頻測(cè)距單元26在多光成像單元9視場(chǎng)內(nèi)的掃描式自動(dòng)測(cè)距，在且只在I)所界定工作范圍內(nèi)獲得距離數(shù)據(jù)點(diǎn)陣云以及與每個(gè)距離數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的三維姿態(tài)數(shù)據(jù)；
[0084]所述航向姿態(tài)單元59進(jìn)行航向運(yùn)動(dòng)，中央處理器28指令姿態(tài)測(cè)控處理器40將航向角調(diào)整到起始位置并連續(xù)運(yùn)動(dòng)到停止位置，姿態(tài)測(cè)控處理器40通過航向姿態(tài)單元59執(zhí)行并完成指令；
[0085]所述偏心輪單元27進(jìn)行仰俯運(yùn)動(dòng)，中央處理器28指令偏心輪單元27將仰俯角的擺動(dòng)幅度調(diào)整到從起始位置至停止位置所界定的范圍，并帶動(dòng)高頻測(cè)距單元26在所界定的范圍內(nèi)沿豎軸60的中軸線方向往復(fù)擺動(dòng)，高頻測(cè)距單元26同步工作，連續(xù)獲取距離數(shù)據(jù)；偏心輪單元27執(zhí)行并完成的指令包括，將仰俯角的擺動(dòng)幅度鎖定在從起始位置至停止位置所界定的范圍，并將電機(jī)的單向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為平滑的連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)高頻測(cè)距單元26的激光發(fā)射管和激光接收管以高頻測(cè)距單元26的質(zhì)量中心為圓心、以所述擺動(dòng)幅度為運(yùn)動(dòng)范圍、在豎軸60的中軸線與高頻測(cè)距單元26的光軸構(gòu)成的平面內(nèi)繞第二橫軸76的中軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
[0086]3)空間匹配，在目標(biāo)景物影像上生成三維大地坐標(biāo)點(diǎn)陣云；
[0087]4)自動(dòng)生成任意形狀、任意幅面大小的三維野外實(shí)景影像，包括由中央處理器28運(yùn)行包括非線性K最近鄰點(diǎn)算法在內(nèi)的數(shù)據(jù)挖掘程序，在所述二維野外實(shí)景影像中利用已知的三維大地坐標(biāo)點(diǎn)陣云向無三維大地坐標(biāo)的點(diǎn)推算三維大地坐標(biāo)，在區(qū)域M上獲得三維野外實(shí)景影像；
[0088]所述現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)生成全景三維實(shí)景影像的工作步驟如下，
[0089]中央處理器28同步完成四項(xiàng)工作，一是按照設(shè)定的仰俯角工作范圍設(shè)置偏心輪單元27在仰俯角方向的運(yùn)動(dòng)起止位置,啟動(dòng)偏心輪單元27在指定范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)并同步向中央處理器28返回其仰俯姿態(tài)數(shù)據(jù)；二是開啟高頻測(cè)距單元26使其連續(xù)測(cè)距并同步向中央處理器28返回距離數(shù)據(jù)；三是開啟航向姿態(tài)單元59使其連續(xù)轉(zhuǎn)過360°并同步向中央處理器28返回航向數(shù)據(jù)；四是，在不同仰俯角，按航向角完成環(huán)繞測(cè)站360°的二維野外實(shí)景影像拍攝，通過無重疊拼接生成環(huán)繞測(cè)站360°的全景二維野外實(shí)景影像，在環(huán)繞測(cè)站360°的全景二維野外實(shí)景影像上自動(dòng)生成三維影像，得到環(huán)繞測(cè)站360°的全景三維野外實(shí)景影像。
[0090]而且，由中央處理器28、圖像處理單元20、多光成像單元9、紅外激光光源1、光敏電阻75、人機(jī)交互單元30、測(cè)量機(jī)電源單元29、航向姿態(tài)單元59、仰俯姿態(tài)單元41、遠(yuǎn)程測(cè)距單元25、精密測(cè)距單元24、第一橫軸42、豎軸60、高頻測(cè)距單元26、第二橫軸76、全球定位單元36、通信單元37構(gòu)成三維大地坐標(biāo)自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)，執(zhí)行自動(dòng)遙測(cè)獲取被測(cè)目標(biāo)的三維大地坐標(biāo)，
[0091]所述自動(dòng)遙測(cè)獲取被測(cè)目標(biāo)的三維大地坐標(biāo)的工作步驟如下，
[0092]I)基于影像的自動(dòng)精確瞄準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)如下，
[0093]在人機(jī)交互單元30的觸摸屏顯示的二維野外實(shí)景影像中點(diǎn)擊目標(biāo)點(diǎn)，中央處理器28自動(dòng)將多光成像單元9的視場(chǎng)調(diào)至最小，放大倍數(shù)達(dá)到最大，并在多光成像單元9獲取的高倍光學(xué)放大后的目標(biāo)點(diǎn)實(shí)景影像上進(jìn)行數(shù)碼變焦放大，獲得光學(xué)和數(shù)碼兩級(jí)放大后的目標(biāo)點(diǎn)清晰影像，在其中選定被測(cè)目標(biāo)；點(diǎn)擊被測(cè)目標(biāo)，仰俯姿態(tài)單元41、航向姿態(tài)單元59瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)，并將所獲航向姿態(tài)數(shù)據(jù)和仰俯姿態(tài)數(shù)據(jù)上傳給中央處理器28 ；
[0094]2)基于自動(dòng)精確瞄準(zhǔn)的自動(dòng)測(cè)距，實(shí)現(xiàn)如下，
[0095]中央處理器28根據(jù)距離采用遠(yuǎn)程測(cè)距單元25、高頻測(cè)距單元26或精密測(cè)距單元24對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行距離測(cè)量，得到距離數(shù)據(jù)；
[0096]3)自動(dòng)獲取被測(cè)目標(biāo)的三維大地坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)如下，
[0097]中央處理器28根據(jù)測(cè)站數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)解算得到被測(cè)目標(biāo)的三維大地坐標(biāo)，所述目標(biāo)數(shù)據(jù)包括I)所得航向姿態(tài)數(shù)據(jù)和仰俯姿態(tài)數(shù)據(jù)、2)所得距離數(shù)據(jù)。
[0098]而且，通過自動(dòng)成像過程在搜索范圍連續(xù)獲取野外實(shí)景影像，通過圖像識(shí)別單元19從野外實(shí)景影像中識(shí)別特定目標(biāo)，并通過仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59跟蹤特定目標(biāo)。
[0099]而且，由中央處理器28、遠(yuǎn)程測(cè)距單元25、圖像識(shí)別單元19、圖像處理單元20、多光成像單元9、紅外激光光源1、光敏電阻75、人機(jī)交互單元30、全球定位單元36、通信單元
37、測(cè)量機(jī)電源單元29、航向姿態(tài)單元59、仰俯姿態(tài)單元41、第一橫軸42、豎軸60、第二蝸輪蝸桿組83、第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路21、第七編碼器81、第三離合器82、第三橫軸80構(gòu)成移動(dòng)目標(biāo)跟蹤測(cè)量系統(tǒng)，執(zhí)行自主跟蹤測(cè)量移動(dòng)目標(biāo)，
[0100]所述自主跟蹤測(cè)量移動(dòng)目標(biāo)的工作步驟如下，
[0101]I)自主搜索目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)如下，
[0102]輸入搜索范圍后，中央處理器28協(xié)調(diào)相關(guān)工作單元同步工作，包括閉合第一離合器43、第二離合器61、第三離合器82，第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路21、第二蝸輪蝸桿組83和航向姿態(tài)單元59帶動(dòng)紅外激光光源1、多光成像單元9連續(xù)運(yùn)動(dòng)，循環(huán)覆蓋搜索范圍；紅外激光光源1、多光成像單元9、圖像處理單元20按自動(dòng)成像過程，在搜索范圍內(nèi)連續(xù)獲取野外實(shí)
景影像;
[0103]2)自主發(fā)現(xiàn)、識(shí)別目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)如下，
[0104]圖像識(shí)別單元19通過比對(duì)野外實(shí)景影像數(shù)據(jù)和特定目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)和識(shí)別特定目標(biāo)；當(dāng)圖像識(shí)別單元19不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成圖像識(shí)別任務(wù)時(shí)，中央處理器28自行啟動(dòng)通信單元37鏈接后方數(shù)據(jù)中心，通過云計(jì)算和云端庫完成圖像識(shí)別任務(wù)；
[0105]3)自主跟蹤瞄準(zhǔn)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)如下，
[0106]中央處理器28以圖像識(shí)別單元19提供的識(shí)別結(jié)果為跟蹤對(duì)象，指令仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59帶動(dòng)紅外激光光源1、多光成像單元9連續(xù)運(yùn)動(dòng)，使跟蹤對(duì)象的影像始終保持在野外實(shí)景影像中的分劃中心位置，使多光成像單元9的光軸始終保持瞄準(zhǔn)跟蹤對(duì)象，仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59同步向中央處理器28反饋?zhàn)藨B(tài)數(shù)據(jù)；
[0107]4)基于跟蹤瞄準(zhǔn)的自主跟蹤測(cè)距，實(shí)現(xiàn)如下，
[0108]遠(yuǎn)程測(cè)距單元25對(duì)多光成像單元9瞄準(zhǔn)的跟蹤對(duì)象連續(xù)測(cè)距并同步向中央處理器28反饋距離數(shù)據(jù)；
[0109]5)自主跟蹤測(cè)量，實(shí)現(xiàn)如下，
[0110]中央處理器28根據(jù)測(cè)站數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)連續(xù)解算出跟蹤對(duì)象的實(shí)時(shí)三維大地坐標(biāo)；
[0111]6)對(duì)目標(biāo)的重新鎖定，實(shí)現(xiàn)如下，
[0112]若多光成像單元9在跟蹤特定目標(biāo)的過程中失鎖，則中央處理器28根據(jù)對(duì)特定目標(biāo)三維大地坐標(biāo)的跟蹤測(cè)量數(shù)據(jù)推算其下一時(shí)刻可能出現(xiàn)的空間位置，通過仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59使紅外激光光源1、多光成像單元9逐次瞄準(zhǔn)這些空間位置，等待特定目標(biāo)的再次出現(xiàn)；
[0113]7)同步數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)如下，
[0114]中央處理器28通過通信單元37向后方數(shù)據(jù)中心或其它需要獲知信息的設(shè)備同步傳輸特定目標(biāo)的實(shí)時(shí)影像和實(shí)時(shí)三維大地坐標(biāo)。
[0115]而且，對(duì)選擇形變測(cè)量對(duì)象中任意多個(gè)需要監(jiān)測(cè)的目標(biāo)地物為被測(cè)目標(biāo)，對(duì)各被測(cè)目標(biāo)持續(xù)監(jiān)測(cè)，包括在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)獲取被測(cè)目標(biāo)的影像、瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)、測(cè)站至被測(cè)目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)、被測(cè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)，得到形變測(cè)量對(duì)象的形變數(shù)據(jù)。[0116]而且，由中央處理器28、精密測(cè)距單元24、圖像識(shí)別單元19、圖像處理單元20、多光成像單元9、紅外激光光源1、光敏電阻75、人機(jī)交互單元30、測(cè)量機(jī)電源單元29、航向姿態(tài)單元59、仰俯姿態(tài)單元41、第一橫軸42、豎軸60構(gòu)成形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，執(zhí)行基于野外地物影像、圖像識(shí)別和三維坐標(biāo)測(cè)量的形變監(jiān)測(cè)，
[0117]所述基于野外地物影像、圖像識(shí)別和三維坐標(biāo)測(cè)量的形變監(jiān)測(cè)的工作步驟如下，
[0118]I)學(xué)習(xí)形變測(cè)量對(duì)象，實(shí)現(xiàn)如下，
[0119]在人機(jī)交互單元30的觸摸屏上選擇形變測(cè)量對(duì)象中任意多個(gè)需要監(jiān)測(cè)的目標(biāo)地物為被測(cè)目標(biāo)，中央處理器28協(xié)同各相關(guān)工作單元獲取并存儲(chǔ)每個(gè)目標(biāo)地物的相關(guān)信息，得到學(xué)習(xí)成果如下，
[0120]帶有中心點(diǎn)分劃的被測(cè)目標(biāo)影像數(shù)據(jù)，簡稱起始影像；
[0121]瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，簡稱起始姿態(tài)；
[0122]測(cè)站至被測(cè)目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)，起始距離；
[0123]被測(cè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)，簡稱起始坐標(biāo)；
[0124]測(cè)量被測(cè)目標(biāo)三維坐標(biāo)的時(shí)間，簡稱起始時(shí)間；
[0125]2)再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)地物，實(shí)現(xiàn)如下，
[0126]中央處理器28協(xié)同各相關(guān)工作單元按設(shè)定的時(shí)間間隔開始工作，完成4項(xiàng)任務(wù)如下，
[0127]通過仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59將瞄準(zhǔn)姿態(tài)調(diào)整到起始姿態(tài)；
[0128]通過紅外激光光源1、多光成像單元9、圖像處理單元20再次獲得帶有中心點(diǎn)分劃的目標(biāo)地物影像數(shù)據(jù)，簡稱再次影像；
[0129]通過圖像識(shí)別單元19在起始影像中挖掘再次影像數(shù)據(jù)，使兩個(gè)影像的中心點(diǎn)分劃位置都在起始影像上出現(xiàn)；
[0130]中央處理器28通過兩個(gè)中心點(diǎn)分劃在起始影像上的位置差計(jì)算得出再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)地物的姿態(tài)調(diào)整參數(shù)，仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59按照姿態(tài)調(diào)整參數(shù)將瞄準(zhǔn)姿態(tài)調(diào)整到目標(biāo)地物上，獲得自主測(cè)繪機(jī)再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)地物時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，簡稱再次姿態(tài)，完成自主測(cè)繪機(jī)再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)地物的任務(wù)；
[0131]3)再次測(cè)量目標(biāo)地物，實(shí)現(xiàn)如下，
[0132]中央處理器28協(xié)同各相關(guān)工作單元再次測(cè)量目標(biāo)地物，通過精密測(cè)距單元24再次測(cè)量并再次獲得測(cè)站至目標(biāo)地物之間的距離數(shù)據(jù)，簡稱再次距離；
[0133]中央處理器28根據(jù)再次距離、再次姿態(tài)和測(cè)站三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)解算出目標(biāo)地物的三維坐標(biāo)，簡稱再次坐標(biāo)；
[0134]獲取再次坐標(biāo)的時(shí)間簡稱再次時(shí)間；
[0135]4)獲得目標(biāo)地物的位移矢量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)如下，
[0136]起始坐標(biāo)和起始時(shí)間、再次坐標(biāo)和再次時(shí)間分別刻劃了兩個(gè)4維時(shí)空點(diǎn)，前者是在起始時(shí)間獲得的目標(biāo)地物三維坐標(biāo)，后者是在再次時(shí)間獲得的目標(biāo)地物三維坐標(biāo)；以前者為起點(diǎn)，后者為終點(diǎn)，獲得目標(biāo)地物在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的位移矢量；
[0137]5)獲得形變測(cè)量對(duì)象的形變數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)如下，
[0138]多個(gè)目標(biāo)地物在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的位移矢量構(gòu)成的集合刻劃了測(cè)量對(duì)象在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的形變。[0139]本發(fā)明提供的自主測(cè)繪機(jī)是一種自主測(cè)繪型地理信息機(jī)器人，可在白晝、夜視、中輕度霧霾條件下自主采集、處理多維動(dòng)態(tài)地理信息。本發(fā)明公開的自主測(cè)繪型地理信息機(jī)器人具有四重優(yōu)點(diǎn):一是具有涌現(xiàn)性:機(jī)器人按操作員選中的需求項(xiàng)，在所有資源中自行組織形成具有相應(yīng)功能的系統(tǒng)。這些圍繞需求形成的系統(tǒng)使一機(jī)功能覆蓋地理信息產(chǎn)業(yè)的多種應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于攝影測(cè)量、工程測(cè)量、大地測(cè)量中的全部作業(yè)；對(duì)泥石流、雪崩、巖崩、山體位移各類地質(zhì)災(zāi)害的形變監(jiān)測(cè)；對(duì)建筑物/大壩/閘門/橋梁/尾礦的形變、裂隙等各類工程災(zāi)害的監(jiān)測(cè)；大范圍快速測(cè)圖、精確瞄準(zhǔn)定位、遠(yuǎn)程目標(biāo)識(shí)別、遠(yuǎn)程精確跟蹤等各種地理信息產(chǎn)業(yè)類應(yīng)用及其外延應(yīng)用；二是低成本、高性價(jià)比；三是改變傳統(tǒng)工作模式，獲得高測(cè)量精度、大幅提高工效、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和成本；四是可針對(duì)用戶需求進(jìn)行個(gè)性化的簡化、強(qiáng)化和延伸，演變出全新的產(chǎn)品系列。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0140]圖1為本發(fā)明實(shí)施例自主測(cè)繪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0141]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的自主測(cè)繪機(jī)軸系示意圖；
[0142]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的通信原理圖；
[0143]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的電路原理框圖；
[0144]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的裝配示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0145]本發(fā)明是一種便攜式野外工作站。為敘述準(zhǔn)確，在本發(fā)明中將“道路”定義為:適于汽車行駛的地球陸地表面。將“野外”定義為:包含道路在內(nèi)的地球陸地表面。
[0146]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)方案。
[0147]參見圖1、4，實(shí)施例提供的自主測(cè)繪機(jī)，包括測(cè)量機(jī)和姿態(tài)測(cè)控機(jī)。
[0148]測(cè)量機(jī)包括中央處理器28和分別與中央處理器28連接的紅外激光光源1、多光成像單元9、精密測(cè)距單元24、遠(yuǎn)程測(cè)距單元25、高頻測(cè)距單元26、偏心輪單元27、圖像識(shí)別單元19、圖像處理單元20、測(cè)量機(jī)電源單元29、人機(jī)交互單元30、存儲(chǔ)單元35、全球定位單元36、通信單元37、光敏電阻75 ；
[0149]姿態(tài)測(cè)控機(jī)包括姿態(tài)測(cè)控處理器40，以及分別與姿態(tài)測(cè)控處理器40連接的仰俯姿態(tài)單元41、水平姿態(tài)單元56、航向姿態(tài)單元59和姿態(tài)測(cè)控機(jī)電源單元74，中央處理器28與姿態(tài)測(cè)控處理器40連接。
[0150]測(cè)量機(jī)與姿態(tài)測(cè)控機(jī)通過豎軸60、第一橫軸42、第二橫軸76、第三橫軸80連接,并標(biāo)定為一個(gè)多光同軸、多軸同心的整體。
[0151]所述多光同軸是指紅外激光光源I的光軸、多光成像單元9的光軸、精密測(cè)距單元24的光軸、遠(yuǎn)程測(cè)距單元25的光軸、高頻測(cè)距單元26的光軸，五者標(biāo)定在同一軸線上。具體實(shí)施時(shí)，五者可以精密測(cè)距單元24的光軸為基準(zhǔn)，在軸系標(biāo)定意義下處于同一軸線上。以天文望遠(yuǎn)鏡成像單元5的光軸為基準(zhǔn)，其它4個(gè)工作單元的光軸均以此為準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)整體測(cè)量結(jié)果上的四光同軸。
[0152]所述多軸同心是指豎軸60的中軸線、第一橫軸42的中軸線、第二橫軸76的中軸線、第三橫軸80的中軸線、精密測(cè)距單元24的光軸、全球定位單元36天線相位中心點(diǎn)與豎軸60垂直于大地水準(zhǔn)面時(shí)的中軸線之延長線相交形成的定位軸線，六者標(biāo)定后相交于同一個(gè)空間點(diǎn)。
[0153]參見圖2，所述豎軸60的中心軸線I1與基準(zhǔn)第一橫軸42的中心軸線I2、第二橫軸76的中心軸線I3、第三橫軸80的中心軸線I4的幾何關(guān)系=I1丄I2并交于空間點(diǎn)0(0，O, O)，遠(yuǎn)程測(cè)距單元25以精密測(cè)距單元24為基準(zhǔn)標(biāo)定在一起時(shí)，精密/遠(yuǎn)程測(cè)距單元的光軸與I2交于空間點(diǎn)O山丄I3并交于空間點(diǎn)O1 (O, O, Ill)，12//13且距離為h1;高頻測(cè)距單元26的光軸與I3交于空間點(diǎn)O3 (Xl，O, Ill)并與O1同在中心軸線I3上，O1與O3之間的距離為X1 ；I1丄I4并交于空間點(diǎn)O2 (0,0,4+1?), 13//14且距離為h2，多光成像單元9以紅外激光光源I為基準(zhǔn)標(biāo)定在一起時(shí)，紅外激光/多光成像單兀的光軸與I4交于空間點(diǎn)O2 ；
[0154]中心軸線、、“、、、^和空間點(diǎn)(KOpC^O3都在同一個(gè)II1平面內(nèi)，II1平面由IpI2張成平面與π2平面正交，112平面是自主測(cè)繪機(jī)底座平面。
[0155]豎軸60的中軸線、第一橫軸42的中軸線、第二橫軸76的中軸線、第三橫軸80的中軸線、精密測(cè)距單元24的光軸、全球定位單元36的天線相位中心與豎軸60延長線相交形成的定位軸線、空間點(diǎn)01、空間點(diǎn)02、空間點(diǎn)03在軸系標(biāo)定意義下相交于同一個(gè)空間點(diǎn)0(0，O, O):精密測(cè)距單元24的質(zhì)量中心與第一橫軸42的中心軸線的交點(diǎn)0(0，0，O)是自主測(cè)繪機(jī)軸系的中心，所有相關(guān)工作單元的中心軸線和交點(diǎn)01、02、03均以此為準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)整體測(cè)量結(jié)果上的多軸同心。
[0156]自主測(cè)繪機(jī)實(shí)現(xiàn)了基于緊密物理結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)硬件一體化，具體實(shí)施時(shí)，可根據(jù)應(yīng)用在自主測(cè)繪機(jī)的所有資源中自組織形成相應(yīng)的系統(tǒng)滿足需求。可預(yù)先設(shè)定程序，操作員在人機(jī)交互單元30的菜單上選中需求項(xiàng)后，中央處理器28根據(jù)設(shè)定的程序調(diào)用相關(guān)單元。
[0157]因此，本發(fā)明提供的自主測(cè)繪機(jī)是光機(jī)電一體化的復(fù)雜系統(tǒng)(具有涌現(xiàn)性的系統(tǒng))，由基于底層結(jié)構(gòu)的多系統(tǒng)一體化構(gòu)成。
`[0158]多系統(tǒng)系指如下15個(gè)系統(tǒng):
[0159]I)光機(jī)電一體化的具有高于0.1角秒分辨率的編碼器系統(tǒng)；
[0160]2)光機(jī)電一體化的具有0.1角秒精度的全自動(dòng)姿態(tài)測(cè)控系統(tǒng)；
[0161]3)全自動(dòng)的快速變焦、調(diào)焦系統(tǒng)；
[0162]4)全自動(dòng)的光電轉(zhuǎn)換與成像系統(tǒng)；
[0163]5)全自動(dòng)的三維影像(大地坐標(biāo)下)成像系統(tǒng)；
[0164]6)環(huán)境自適應(yīng)與光源自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)；
[0165]7)白光/紅外激光自動(dòng)切換、聯(lián)動(dòng)調(diào)焦、自動(dòng)成像系統(tǒng)；
[0166]8)包含多種DSP在內(nèi)的多核多接口高速嵌入式系統(tǒng)；
[0167]9)北斗、GPS、GL0NASS、伽利略一體化的全球定位系統(tǒng)；
[0168]10)兼容多種測(cè)距方式的測(cè)距系統(tǒng)；
[0169]11)圖像識(shí)別系統(tǒng)；
[0170]12)遠(yuǎn)程紅外激光照明系統(tǒng)；
[0171]13)包括舵機(jī)系統(tǒng)在內(nèi)的相關(guān)專用系統(tǒng)；
[0172]14)包括各種公網(wǎng)通信、自組網(wǎng)通信在內(nèi)的多網(wǎng)融合通信系統(tǒng)；
[0173]15)承擔(dān)云計(jì)算、云端庫、調(diào)度、指揮、協(xié)同等項(xiàng)任務(wù)的后方數(shù)據(jù)中心。
[0174]基于底層結(jié)構(gòu)的多系統(tǒng)一體化系指:[0175]I)基于芯片、DSP、模塊的多元計(jì)算機(jī)硬件緊密物理結(jié)構(gòu)的多系統(tǒng)功能一體化；
[0176]2)基于多源數(shù)據(jù)融合的計(jì)算機(jī)軟件的多系統(tǒng)功能一體化；
[0177]3)基于光機(jī)電一體化的緊密物理結(jié)構(gòu)的多系統(tǒng)功能一體化；
[0178]4)基于上述三個(gè)一體化的光機(jī)電一體化；
[0179]5)基于多網(wǎng)融合通信的內(nèi)業(yè)外業(yè)工作的一體化。
[0180]1.測(cè)量機(jī)
[0181]精密測(cè)距單元24系指測(cè)距精度為mm級(jí)的便攜式小型激光測(cè)距裝置，采用相位式測(cè)距方法。目前此類產(chǎn)品的最高水平是:無合作目標(biāo)條件下的最大測(cè)程為1000米，使用反射棱鏡合作目標(biāo)條件下的最大測(cè)程為3000米一 4000米；測(cè)距精度2-3mm+2ppm ；
[0182]遠(yuǎn)程測(cè)距單元25系指測(cè)程超過10公里的便攜式小型激光測(cè)距裝置。一般的脈沖激光測(cè)距機(jī)可測(cè)量數(shù)十甚至數(shù)萬公里的距離，精度通常為0.5m-5m。使用鋰電池供電且滿足野外便攜條件的此類產(chǎn)品采用固體式和半導(dǎo)體式兩種測(cè)距方法，已知的當(dāng)前最高水平為:測(cè)程40，000米、測(cè)距精度5分米、測(cè)距頻率15Hz ；
[0183]高頻測(cè)距單元26系指測(cè)距頻率超過1000Hz的便攜式小型激光測(cè)距裝置，采用相位式測(cè)距。普通的高頻測(cè)距激光器用于三維激光掃描，多用于幾十米一200米距離內(nèi)的近景激光掃描。以測(cè)程為第一指標(biāo)的前提下，已知的當(dāng)前最高水平為:最大測(cè)程2000米，測(cè)距精度厘米級(jí)，測(cè)距頻率500，OOOHz。
[0184]所述紅外激光光源I包括紅外激光鏡頭2、紅外激光調(diào)焦鏡3、紅外激光發(fā)生器4、泵浦電源5、第三電機(jī)7、第三驅(qū)動(dòng)電路8和第三編碼器6，紅外激光鏡頭2、紅外激光調(diào)焦鏡
3、紅外激光發(fā)生器4、泵浦電源5依次連接，第三電機(jī)7與紅外激光調(diào)焦鏡3、第三驅(qū)動(dòng)電路
8、第三編碼器6分別連接，中央處理器28和泵浦電源5、第五驅(qū)動(dòng)電路11、第三編碼器6分別連接。
[0185]所述多光成像單元9包括第五編碼器10、第五驅(qū)動(dòng)電路11、第六蝸輪12、第六蝸桿13、第四電機(jī)14、物鏡15、變焦鏡組22、調(diào)焦鏡16、成像鏡組17、雙濾光片結(jié)構(gòu)CXD模塊18、第五蝸輪23、第五蝸桿31、第四編碼器34、第五電機(jī)32和第四驅(qū)動(dòng)電路33，物鏡15、變焦鏡組22、調(diào)焦鏡16、成像鏡組17、雙濾光片結(jié)構(gòu)CXD模塊18依次連接，第五驅(qū)動(dòng)電路11、第四電機(jī)14、第六蝸桿13、第五編碼器10依次連接，第六蝸桿13與第六蝸輪12嚙合，第六蝸輪12連接調(diào)焦鏡16，第四驅(qū)動(dòng)電路33、第五電機(jī)32、第五蝸桿31、第四編碼器34依次連接，第五蝸桿31與第五蝸輪23嚙合，第五蝸輪23連接變焦鏡組22，中央處理器28和第五驅(qū)動(dòng)電路11、第五編碼器10、第四編碼器34、第四驅(qū)動(dòng)電路33、雙濾光片結(jié)構(gòu)CXD模塊18分別連接。
[0186]所述圖像處理單元20用于判斷成像所得圖像是否清晰，圖像處理單元20與中央處理器28、多光成像單元9分別連接。圖像處理單元20是一個(gè)DSP，基于現(xiàn)有圖像清晰判斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)施時(shí)，可分為三個(gè)部分:景物圖像提取部分對(duì)景物圖像進(jìn)行RGB三色位圖數(shù)據(jù)提取、圖像灰度處理、濾波，搜索計(jì)算部分完成算子計(jì)算、邊緣檢測(cè)、獲取圖像值，圖像清晰度判定部分用于比較得到圖像值最大的電機(jī)位置。
[0187]全球定位單元36的模塊和天線是北斗、GPS、GL0NASS、伽利略4系統(tǒng)一體化的定位裝置，可同時(shí)利用4個(gè)天網(wǎng)定位；通信單元37支持3G、4G、自組網(wǎng)通信，包括3G/4G模塊38和電臺(tái)模塊39，中央處理器28和3G/4G模塊38、電臺(tái)模塊39分別連接。圖像識(shí)別單元19可采用一個(gè)DSP實(shí)現(xiàn)，可參考現(xiàn)有圖像識(shí)別技術(shù)。人機(jī)交互單元30 —般包括鍵盤、觸摸屏、鼠標(biāo)，測(cè)量機(jī)電源單元29 —般包括鋰電池和充電電路、電源管理芯片。
[0188]中央處理器28可通過外設(shè)接口進(jìn)一步擴(kuò)展連接其他單元。
[0189]2.姿態(tài)測(cè)控機(jī)
[0190]姿態(tài)測(cè)控機(jī)由仰俯姿態(tài)單元41、航向姿態(tài)單元59、水平姿態(tài)單元56和姿態(tài)測(cè)控處理器40構(gòu)成。水平姿態(tài)單元56、航向姿態(tài)單元59、姿態(tài)測(cè)控機(jī)電源單元74和姿態(tài)測(cè)控處理器40分別與姿態(tài)測(cè)控處理器40連接，中央處理器28與姿態(tài)測(cè)控處理器40連接。姿態(tài)測(cè)控機(jī)電源單元74 —般包括鋰電池和充電電路、電源管理芯片。
[0191]I)仰俯姿態(tài)單元41的工作系統(tǒng)構(gòu)成與精度控制:
[0192]仰俯姿態(tài)單兀41由第一離合器43、第一機(jī)組44、第一編碼器53、第一電機(jī)54、第一驅(qū)動(dòng)電路55構(gòu)成。
[0193]精度控制:第一機(jī)組44由第一同步帶放大器45、第二蝸輪46、第一同步帶輪47、第二蝸桿48、第二彈性機(jī)構(gòu)49、第一蝸輪50、第一彈性機(jī)構(gòu)51、第一蝸桿52構(gòu)成。
[0194]第一驅(qū)動(dòng)電路55、第一電機(jī)54、第一蝸桿52依次連接，第一蝸輪50和第一蝸桿52經(jīng)第一彈性機(jī)構(gòu)51嚙合，第一蝸輪50和第二蝸桿48經(jīng)第二彈性機(jī)構(gòu)49嚙合，第二蝸輪46和第二蝸桿48之間經(jīng)第一同步帶輪47傳動(dòng)，第二蝸輪46和第一編碼器53之間經(jīng)第一同步帶放大器45傳動(dòng)，第二蝸輪46連接第一離合器43，第一離合器43閉合時(shí)連接第一橫軸42，姿態(tài)測(cè)控處理器40和第一離合器43、第一編碼器53、第一驅(qū)動(dòng)電路55分別連接；中央處理器28經(jīng)姿態(tài)測(cè)控處理器40、第一驅(qū)動(dòng)電路55輸出指令到第一電機(jī)54,第一電機(jī)54輸出經(jīng)第一機(jī)組44進(jìn)行仰俯運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)后所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果依次經(jīng)第二蝸輪46、第一同步帶放大器45、第一編碼器53、姿態(tài)測(cè)控處理器40上傳到中央處理器28，中央處理器28獲取第一橫軸42實(shí)際的位置到達(dá)數(shù)據(jù)。
[0195]使用可微調(diào)的第二彈性機(jī)構(gòu)49使第一蝸輪50和第二蝸桿48在運(yùn)行中始終全面嚙合，令第一蝸輪50和第二蝸桿48構(gòu)成的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的正反向旋轉(zhuǎn)間隙達(dá)到最小。
[0196]使用可微調(diào)的第一彈性機(jī)構(gòu)51使第一蝸輪50和第一蝸桿52在運(yùn)行中始終全面嚙合，令第一蝸輪50和第一蝸桿52構(gòu)成的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的正反向旋轉(zhuǎn)間隙達(dá)到最小。
[0197]第一同步帶輪47的傳動(dòng)是由傳動(dòng)比為1:1的同步輪(可采用金屬、高分子材料)+同步輪傳動(dòng)帶(可采用橡膠、聚氨酯)構(gòu)成。有時(shí)由于安裝順序的不同須加裝張緊機(jī)構(gòu)。第一同步帶輪47的傳動(dòng)使第二蝸輪46和第二蝸桿48構(gòu)成的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中緊密嚙合不產(chǎn)生間隙。
[0198]第一同步帶放大器45的傳動(dòng)是由傳動(dòng)比為1:H的同步輪(可采用金屬、高分子材料)+同步輪傳動(dòng)帶(可采用橡膠、聚氨酯)構(gòu)成。有時(shí)由于安裝順序的不同須加裝張緊機(jī)構(gòu)。第一同步帶放大器45的傳動(dòng)使第二蝸輪46和第一編碼器53構(gòu)成的機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中緊密嚙合不產(chǎn)生間隙。
[0199]當(dāng)?shù)谝晃仐U52第一蝸輪50傳動(dòng)組的傳動(dòng)比為N且第二蝸桿48第二蝸輪46傳動(dòng)組的傳動(dòng)比為M時(shí)，第一機(jī)組44的傳動(dòng)比為NXM。此時(shí)若第一電機(jī)54對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)的最大誤差為h角秒，則橫軸對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)的最大誤差為
[0200](h/N角秒+a角秒+b角秒)/M+c角秒 (a)
[0201 ] 上式中，a是第一蝸桿52與第一蝸輪50之間的機(jī)械間隙，第一彈性機(jī)構(gòu)51使a的變化范圍足夠?。籦是第一蝸輪50與第二蝸桿48之間的機(jī)械間隙，第二彈性機(jī)構(gòu)49使b的變化范圍足夠??；c是第二蝸桿48與第二蝸輪46之間的機(jī)械間隙，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明第一同步帶輪47可使c的絕對(duì)值趨于零。選定第一電機(jī)54并設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)之后h成為已知常量，故足夠大的N和M就使得(a)式的絕對(duì)值充分小。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明，經(jīng)過第一機(jī)組44的傳動(dòng)之后，第一電機(jī)54在執(zhí)行姿態(tài)測(cè)控處理器40指令的過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)誤差被縮小了約NXM倍。這使得仰俯姿態(tài)的測(cè)控精度可達(dá)0.1角秒或更高(目前仰俯姿態(tài)測(cè)控的全球最高精度為0.5角秒，由瑞士徠卡公司的精密測(cè)量機(jī)器人創(chuàng)造并保持)。
[0202]2)仰俯姿態(tài)數(shù)據(jù)的讀取:
[0203]第一電機(jī)54在執(zhí)行姿態(tài)測(cè)控處理器40指令的過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)誤差被縮小了約NXM倍之后可達(dá)到誤差小于0.1角秒的精度，這種精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出絕大多數(shù)角度編碼器的分辨率。
[0204]用第一同步帶放大器45協(xié)助第一編碼器53完成數(shù)據(jù)讀取，可有效減少角度編碼器對(duì)超高精度數(shù)據(jù)的讀取難度并完全避免了為此而專門研制超高分辨率角度編碼器所帶來的一系列問題:第一機(jī)組44的運(yùn)動(dòng)結(jié)果由第二蝸輪46表達(dá)。第一同步帶放大器45通過第二蝸輪46將第一機(jī)組44在執(zhí)行姿態(tài)測(cè)控處理器40指令的過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果放大H倍后傳遞給第一編碼器53并經(jīng)由第一編碼器53轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)上傳給姿態(tài)測(cè)控處理器40。姿態(tài)測(cè)控處理器40將所得運(yùn)動(dòng)結(jié)果數(shù)據(jù)除以H倍后得到第一橫軸42真實(shí)的位置到達(dá)數(shù)據(jù)并將其上傳給中央處理器28。
[0205]3)航向姿態(tài)單元59的工作系統(tǒng)構(gòu)成與精度控制:
[0206]航向姿態(tài)單元59由第二離合器61、第二機(jī)組62、第二編碼器73、第二電機(jī)71、第二驅(qū)動(dòng)電路72構(gòu)成。
[0207]精度控制:第二機(jī)組62由第二同步帶放大器64、第四蝸輪63、第二同步帶輪65、第四蝸桿66、第四彈性機(jī)構(gòu)67、第三蝸輪68、第三彈性機(jī)構(gòu)69、第三蝸桿70構(gòu)成。
[0208]第二驅(qū)動(dòng)電路72、第二電機(jī)71、第三蝸桿70依次連接，第三蝸輪68和第三蝸桿70經(jīng)第三彈性機(jī)構(gòu)69嚙合，第三蝸輪68和第四蝸桿66經(jīng)第四彈性機(jī)構(gòu)67嚙合，第四蝸輪63和第四蝸桿66之間經(jīng)第二同步帶輪65傳動(dòng)，第四蝸輪63和第二編碼器73之間經(jīng)第二同步帶放大器64傳動(dòng)，第四蝸輪63連接第二離合器61，第二離合器61閉合時(shí)連接豎軸60，姿態(tài)測(cè)控處理器40和第二離合器61、第二編碼器73、第二驅(qū)動(dòng)電路72分別連接；中央處理器28經(jīng)姿態(tài)測(cè)控處理器40、第二驅(qū)動(dòng)電路72輸出指令到第二電機(jī)71，第二電機(jī)71輸出經(jīng)第二機(jī)組62進(jìn)行航向運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)后所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果依次經(jīng)第四蝸輪63、第二同步帶放大器64、第二編碼器73、姿態(tài)測(cè)控處理器40上傳到中央處理器28，中央處理器28獲取豎軸60實(shí)際的位置到達(dá)數(shù)據(jù)。
[0209]使用可微調(diào)的第四彈性機(jī)構(gòu)67使第三蝸輪68和第四蝸桿66在運(yùn)行中始終全面嚙合，令第三蝸輪68和第四蝸桿66構(gòu)成的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的正反向旋轉(zhuǎn)間隙達(dá)到最小。
[0210]使用可微調(diào)的第三彈性機(jī)構(gòu)69使第三蝸輪68和第三蝸桿70在運(yùn)行中始終全面嚙合，令第三蝸輪68和第三蝸桿70構(gòu)成的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的正反向旋轉(zhuǎn)間隙達(dá)到最小。
[0211]第二同步帶輪65的傳動(dòng)是由傳動(dòng)比為1:1的同步輪(可采用金屬、高分子材料)+同步輪傳動(dòng)帶(可采用橡膠、聚氨酯)構(gòu)成。有時(shí)由于安裝順序的不同須加裝張緊機(jī)構(gòu)。第二同步帶輪65的傳動(dòng)使第四蝸輪63和第四蝸桿66構(gòu)成的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中緊密嚙合不產(chǎn)生間隙。
[0212]第二同步帶放大器64的傳動(dòng)是由傳動(dòng)比為1:1的同步輪(可采用金屬、高分子材料)+同步輪傳動(dòng)帶(可采用橡膠、聚氨酯)構(gòu)成。有時(shí)由于安裝順序的不同須加裝張緊機(jī)構(gòu)。第二同步帶放大器64的傳動(dòng)使第四蝸輪63和第二編碼器73構(gòu)成的機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中緊密嚙合不產(chǎn)生間隙。
[0213]當(dāng)?shù)谌仐U70第三蝸輪68傳動(dòng)組的傳動(dòng)比為R且第四蝸桿66第四蝸輪63傳動(dòng)組的傳動(dòng)比為S時(shí),第二機(jī)組62的傳動(dòng)比為RXS。此時(shí)若第二電機(jī)71對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)的最大誤差為f角秒，則豎軸對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)的最大誤差為
[0214](f/R角秒+d角秒+e角秒)/S+g角秒(b)
[0215]上式中，d是第三蝸桿70與第三蝸輪68之間的機(jī)械間隙，第三彈性機(jī)構(gòu)69使d的變化范圍足夠小；e是第三蝸輪68與第四蝸桿66之間的機(jī)械間隙，第四彈性機(jī)構(gòu)67使e的變化范圍足夠??；g是第四蝸桿66與第四蝸輪63之間的機(jī)械間隙，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明第二同步帶輪65使g的絕對(duì)值趨于零。選定第二電機(jī)71并設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)之后f成為已知常量，故足夠大的R和S就使得(b)式的絕對(duì)值充分小。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明，經(jīng)過第二機(jī)組62的傳動(dòng)之后，第二電機(jī)71在執(zhí)行姿態(tài)測(cè)控處理器40指令的過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)誤差被縮小了約RXS倍。這使得仰俯姿態(tài)的測(cè)控精度可達(dá)0.1角秒或更高(目前航向姿態(tài)測(cè)控的全球最高精度為0.5角秒，由瑞士徠卡公司的精密測(cè)量機(jī)器人創(chuàng)造并保持)。
[0216]4)航向姿態(tài)數(shù)據(jù)的讀取:
[0217]第二電機(jī)71在執(zhí)行姿態(tài)測(cè)控處理器40指令的過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)誤差被縮小了約RXS倍之后可達(dá)到誤差小于0.1角秒的精度，這種精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出絕大多數(shù)角度編碼器的分辨率。
[0218]用第二同步帶放大器64協(xié)助第二編碼器73完成數(shù)據(jù)讀取，可有效減少角度編碼器對(duì)超高精度數(shù)據(jù)的讀取難度并完全避免了為此而專門研制超高分辨率角度編碼器所帶來的一系列問題:第二機(jī)組62的運(yùn)動(dòng)結(jié)果由第四蝸輪63表達(dá)。第二同步帶放大器64通過第四蝸輪63將第二機(jī)組62在執(zhí)行姿態(tài)測(cè)控處理器40指令的過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果放大I倍后傳遞給第二編碼器73并經(jīng)由第二編碼器73轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)上傳給姿態(tài)測(cè)控處理器40。姿態(tài)測(cè)控處理器40將所得數(shù)據(jù)除以I倍后得到豎軸60真實(shí)的位置到達(dá)數(shù)據(jù)并將其上傳給中央處理器28。
[0219]5)水平姿態(tài)單元:
[0220]水平姿態(tài)單元56由機(jī)械整平模塊57和電子補(bǔ)償模塊58構(gòu)成，姿態(tài)測(cè)控處理器40和電子補(bǔ)償模塊58連接。調(diào)整好機(jī)械整平模塊57后，電子補(bǔ)償模塊58自動(dòng)將水平姿態(tài)補(bǔ)償?shù)絀角秒的精度并向姿態(tài)測(cè)控處理器40上傳補(bǔ)償后的水平姿態(tài)數(shù)據(jù)。
[0221]6)自主測(cè)繪機(jī)的基礎(chǔ)三維姿態(tài)測(cè)控:
[0222]架設(shè)自主測(cè)繪機(jī)并調(diào)整好水平姿態(tài)單元56之后姿態(tài)測(cè)控機(jī)的仰俯角和航向角自動(dòng)歸零到位，自主測(cè)繪機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。姿態(tài)測(cè)控處理器40上的設(shè)定程序使自主測(cè)繪機(jī)的仰俯姿態(tài)測(cè)控和航向姿態(tài)測(cè)控同步運(yùn)行。
[0223]自主測(cè)繪機(jī)的仰俯姿態(tài)測(cè)控:中央處理器28向姿態(tài)測(cè)控處理器40發(fā)出將仰俯角轉(zhuǎn)動(dòng)到指定位置的指令，姿態(tài)測(cè)控處理器40開啟第一驅(qū)動(dòng)電路55使第一電機(jī)54轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第一機(jī)組44的傳動(dòng)使第一橫軸42向指定位置轉(zhuǎn)動(dòng)。第一機(jī)組44的傳動(dòng)使仰俯角以設(shè)定精度一次性到達(dá)指定位置。第一編碼器53實(shí)時(shí)測(cè)量第二蝸輪46的運(yùn)動(dòng)到達(dá)位置并同步向姿態(tài)測(cè)控處理器40上傳:第一編碼器53測(cè)量第二蝸輪46的位置到達(dá)數(shù)據(jù)并上傳至姿態(tài)測(cè)控處理器40，姿態(tài)測(cè)控處理器40據(jù)此精確推算出第一橫軸42的位置到達(dá)數(shù)據(jù)并同步上傳至中央處理器28。
[0224]自主測(cè)繪機(jī)的航向姿態(tài)測(cè)控:中央處理器28向姿態(tài)測(cè)控處理器40發(fā)出將航向角轉(zhuǎn)動(dòng)到指定位置的指令，姿態(tài)測(cè)控處理器40開啟第二驅(qū)動(dòng)電路72使第二電機(jī)71轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第二機(jī)組62的傳動(dòng)使豎軸60向指定位置轉(zhuǎn)動(dòng)。第二機(jī)組62的傳動(dòng)使航向角以設(shè)定精度一次性到達(dá)指定位置。第二編碼器73實(shí)時(shí)測(cè)量第四蝸輪63的運(yùn)動(dòng)到達(dá)位置并同步向姿態(tài)測(cè)控處理器40上傳。姿態(tài)測(cè)控處理器40據(jù)此精確推算出豎軸60的位置到達(dá)數(shù)據(jù)并同步上傳至中央處理器28。
[0225]中央處理器28與姿態(tài)測(cè)控處理器40之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信保證了測(cè)量機(jī)與姿態(tài)測(cè)控機(jī)的一體化。
[0226]7)整體軸系運(yùn)動(dòng)及裝配
[0227]在姿態(tài)測(cè)控機(jī)中設(shè)置第三橫軸80相應(yīng)的仰俯運(yùn)動(dòng)控制單元，包括第七編碼器81、第三離合器82、第二蝸輪蝸桿組83、第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路21，中央處理器28、第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路21、第二蝸輪蝸桿組83和第三離合器82依次連接，第三離合器82閉合時(shí)連接第三橫軸80，第三橫軸80、第七編碼器81、中央處理器28依次連接；
[0228]在姿態(tài)測(cè)控機(jī)中設(shè)置第二橫軸76相應(yīng)的仰俯運(yùn)動(dòng)控制單元，包括第六編碼器78、第一蝸輪蝸桿組77、第一電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路79，中央處理器28、第一電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路79、第一蝸輪蝸桿組77依次連接，第二橫軸76、第六編碼器78、中央處理器28依次連接。
[0229]姿態(tài)測(cè)控機(jī)設(shè)有音叉，參見圖5音叉轉(zhuǎn)動(dòng)部分。中央處理器及其外圍電路可另外集成設(shè)置，而機(jī)械部分各軸裝配如下:
[0230]I)豎軸60主航向運(yùn)動(dòng)
[0231]姿態(tài)測(cè)控機(jī)通過豎軸60與測(cè)量機(jī)連接，測(cè)量機(jī)及其所屬單元的航向運(yùn)動(dòng)均由豎軸60的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，航向運(yùn)動(dòng)精度經(jīng)由航向姿態(tài)單元59測(cè)控。
[0232]2)第一橫軸42與精密測(cè)距單元24的質(zhì)量中心的交點(diǎn)是軸系的中心
[0233]精密測(cè)距單元24的質(zhì)量中心與第一橫軸42的中心軸線的交點(diǎn)是自主測(cè)繪機(jī)軸系的中心:所有相關(guān)工作單元的中心軸線和軸線與軸線的交點(diǎn)均以此為準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)多軸同心。
[0234]由精密測(cè)距單元24和遠(yuǎn)程測(cè)距單元25構(gòu)成的組件通過第一橫軸42與姿態(tài)測(cè)控機(jī)連接。該組件的仰俯運(yùn)動(dòng)由第一橫軸42的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，仰俯運(yùn)動(dòng)精度經(jīng)由仰俯姿態(tài)單元41測(cè)控；該組件的航向運(yùn)動(dòng)由豎軸60的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，航向運(yùn)動(dòng)精度經(jīng)由航向姿態(tài)單元59測(cè)控。
[0235]3)第二橫軸76與高頻擺動(dòng)
[0236]第二橫軸76用于支持軸上的高頻擺動(dòng)。高頻測(cè)距單元26通過第二橫軸76與姿態(tài)測(cè)控機(jī)的音叉連接。在圖1所示的測(cè)量機(jī)實(shí)施例中:
[0237]使用高頻測(cè)距單元26對(duì)點(diǎn)狀目標(biāo)測(cè)量距離(獲取厘米級(jí)精度的距離數(shù)據(jù))時(shí)，高頻測(cè)距單元26的仰俯運(yùn)動(dòng)由第三橫軸80的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生【第三橫軸80通過同步連桿帶動(dòng)高頻測(cè)距單元26運(yùn)動(dòng)】，仰俯運(yùn)動(dòng)精度經(jīng)由第二蝸輪蝸桿組83、第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路21、第七編碼器81測(cè)控。其航向運(yùn)動(dòng) 由豎軸60的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，航向運(yùn)動(dòng)精度經(jīng)由航向姿態(tài)單元59測(cè)控；
[0238]使用高頻測(cè)距單元26對(duì)三維面狀目標(biāo)進(jìn)行掃描式測(cè)距時(shí)，第二橫軸76支持偏心輪單元27沿仰俯方向的高頻擺動(dòng)。高頻測(cè)距單元26的仰俯運(yùn)動(dòng)由偏心輪單元27控制，仰俯運(yùn)動(dòng)精度由第一蝸輪蝸桿組77、第一電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路79、第六編碼器78測(cè)控。航向運(yùn)動(dòng)由豎軸60的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，航向運(yùn)動(dòng)精度由航向姿態(tài)單元59測(cè)控。
[0239]4)第三橫軸80與大質(zhì)量組件的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)
[0240]第三橫軸80用于支持大質(zhì)量組件的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。在圖1所示的測(cè)量機(jī)實(shí)施例中，紅外激光光源I和多光成像單元9是大質(zhì)量部件(當(dāng)測(cè)量距離超過25公里時(shí)遠(yuǎn)程測(cè)距單元25往往成為測(cè)量機(jī)中質(zhì)量最大的部件)，兩者構(gòu)成的組件通過第三橫軸80與姿態(tài)測(cè)控機(jī)音叉連接。該組件的仰俯運(yùn)動(dòng)由第三橫軸80的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，仰俯運(yùn)動(dòng)精度經(jīng)由第二蝸輪蝸桿組83、第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路21、第七編碼器81測(cè)控。其航向運(yùn)動(dòng)由豎軸60的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，航向運(yùn)動(dòng)精度經(jīng)由航向姿態(tài)單元59測(cè)控。
[0241]5)同步連桿
[0242]第三橫軸80與高頻測(cè)距單元26之間有一同步連桿:使用高頻測(cè)距單元26對(duì)點(diǎn)狀目標(biāo)測(cè)距時(shí)，紅外激光光源1、多光成像單元9和高頻測(cè)距單元26通過同步連桿實(shí)現(xiàn)在仰俯角方向的同步聯(lián)動(dòng)。此時(shí)偏心輪單元27處于停止工作狀態(tài)；使用高頻測(cè)距單元26對(duì)三維面狀目標(biāo)進(jìn)行掃描式測(cè)距時(shí)偏心輪單元27處于工作狀態(tài)，此時(shí)同步連桿剎車，第三橫軸80與高頻測(cè)距單元26脫離聯(lián)動(dòng)，高頻測(cè)距單元26在偏心輪單元27的帶動(dòng)下獨(dú)立在第二橫軸76上高頻擺動(dòng)。
[0243]3.自主測(cè) 繪機(jī)的通信:
[0244]圖3是自主測(cè)繪機(jī)的通信原理圖，以下用從上往下分層的方式詮釋。第一層:左邊標(biāo)示“全球定位衛(wèi)星”的云朵表示用于全球定位的衛(wèi)星群構(gòu)成的天網(wǎng)，包含中國的北斗、美國的GPS、歐盟的伽利略、俄羅斯的GL0NASS等可用資源。例如，GPS用于全球定位的衛(wèi)星群含有26-30顆衛(wèi)星(24顆運(yùn)行、其它備份)，分6條軌道等。這24顆工作衛(wèi)星就構(gòu)成了 GPS天網(wǎng)。同理表述北斗天網(wǎng)、伽利略天網(wǎng)和GL0NASS天網(wǎng)。右邊標(biāo)示“遙感衛(wèi)星”的云朵表示由各國、各種用于觀測(cè)地球資源的RS衛(wèi)星的可用資源(如航天遙感影像等)；第二層--左邊為本專利技術(shù)的自主測(cè)繪機(jī)，右邊為基準(zhǔn)站。標(biāo)有“自組網(wǎng)”字樣的位于中間的閃電形符號(hào)表示自主測(cè)繪機(jī)之間通過自組網(wǎng)進(jìn)行的無線通信，標(biāo)有“地面RS數(shù)據(jù)”字樣的位于兩邊的閃電形符號(hào)表示自主測(cè)繪機(jī)的地面遙感功能；第三層:地面通信網(wǎng)絡(luò)。左邊標(biāo)有“有線/無線電話網(wǎng)”字樣的云朵表示用于地面通話的電話網(wǎng)，其終端包含手機(jī)和座機(jī)。中間標(biāo)有“無線Internet (2.5G/3G/4G) ”字樣的云朵表示無線數(shù)據(jù)網(wǎng)。右邊標(biāo)有“地面站”字樣的云朵表示遙感衛(wèi)星的地面站網(wǎng)絡(luò)；第四層:地面通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)平臺(tái)。標(biāo)有“2.5G平臺(tái)”、“3G平臺(tái)”、“4G平臺(tái)”、“RS數(shù)據(jù)平臺(tái)”的方框分別表示2.5G無線數(shù)據(jù)通信平臺(tái)、3G無線數(shù)據(jù)通信平臺(tái)、4G無線數(shù)據(jù)通信平臺(tái)和與各地面站連接的遙感數(shù)據(jù)平臺(tái)；第五層:標(biāo)有“有線Internet”字樣的云朵表示通用的因特網(wǎng)，左邊標(biāo)有B/S后方數(shù)據(jù)中心字樣的圖標(biāo)表示連接在因特網(wǎng)上的以B/S方式收發(fā)信息的計(jì)算機(jī)服務(wù)器，右邊標(biāo)有C/S后方數(shù)據(jù)中心字樣的圖標(biāo)表示連接在因特網(wǎng)上的以C/S方式收發(fā)信息的計(jì)算機(jī)服務(wù)器；各層之間的通信符號(hào):閃電形符號(hào)表示無線通信方式的數(shù)據(jù)鏈接，直線相連表示有線通信方式的數(shù)據(jù)鏈接。
[0245]4.自主測(cè)繪機(jī)功能實(shí)現(xiàn)方法[0246]自主測(cè)繪機(jī)的實(shí)施方案可歸納為由全部芯片、電路、模塊、工作單元構(gòu)成的系統(tǒng)圍繞中央處理器28實(shí)現(xiàn)功能。自主測(cè)繪機(jī)的功能不是某個(gè)工作單元的固有功能或者某些工作單元功能的疊加，而是組織的結(jié)果:自主測(cè)繪機(jī)的功能是其所有芯片、電路、模塊、工作單元、系統(tǒng)軟件按照計(jì)算機(jī)組成原理和多源數(shù)據(jù)融合原理組織產(chǎn)生的，是自主測(cè)繪機(jī)的系統(tǒng)涌現(xiàn)性的結(jié)果。正如計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程序及其功能無法窮舉那樣，自主測(cè)繪機(jī)的功能也無法
窮舉。
[0247]自主測(cè)繪機(jī)功能實(shí)現(xiàn)方法:自主測(cè)繪機(jī)在物理上是光機(jī)電一體化的多元計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其功能實(shí)現(xiàn)方法可歸納為在這樣一個(gè)光機(jī)電一體化的多元計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行各種計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序。例如:運(yùn)行“等高線程序”可獲得基于實(shí)景影像的地形圖；運(yùn)行對(duì)“任意目標(biāo)的跟蹤測(cè)量程序”可獲得對(duì)任意目標(biāo)的跟蹤測(cè)量功能；運(yùn)行工程設(shè)計(jì)、工程放樣、工程監(jiān)理、工程運(yùn)行、大地測(cè)量、工程測(cè)量、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、應(yīng)急處理等領(lǐng)域中各種與時(shí)空相關(guān)的、根據(jù)具體需求而編寫的應(yīng)用程序，即可獲得相應(yīng)的功能。
[0248]基于以上技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例所提供的自主測(cè)繪機(jī)可以為空間測(cè)量領(lǐng)域帶來多方面的改進(jìn)效果，為便于理解本發(fā)明技術(shù)效果起見，提供本發(fā)明實(shí)施例的工作方式特點(diǎn)說明如下。1、將地理信息產(chǎn)業(yè)核心需求與全部應(yīng)用融為一體統(tǒng)一解決:
[0249]自動(dòng)同步獲得目標(biāo)三維大地坐標(biāo)和目標(biāo)影像、自動(dòng)獲得具有實(shí)地影像的地形圖、自動(dòng)獲得大地坐標(biāo)系下的三維影像、自動(dòng)獲得大地坐標(biāo)系下的三維導(dǎo)航圖；通過多系統(tǒng)一體化和數(shù)據(jù)融合產(chǎn)生涌現(xiàn)性，通過涌現(xiàn)性衍生大量用戶功能，用全新方法本質(zhì)改進(jìn)工作質(zhì)量、廣泛擴(kuò)展地理信息產(chǎn)業(yè)類應(yīng)用及其延伸領(lǐng)域應(yīng)用。
[0250]2、自主適應(yīng)工作環(huán)境，全天候工作:
[0251]自主實(shí)現(xiàn)全天候工作，在完全無光的夜晚、白天、輕度和中度霧霾的各種條件下自動(dòng)獲取目標(biāo)景物影像并在其屏幕上清晰成像?？旖荨?zhǔn)確、毋需人工介入。
[0252]3、自主適應(yīng)工作對(duì)象、自主決定工作方式:
[0253]自行判斷目標(biāo)距離，自行決定精密空間測(cè)量工作模式、遠(yuǎn)程空間測(cè)量工作模式、高頻空間測(cè)量工作模式，在自身工作能力的基礎(chǔ)上自主實(shí)現(xiàn)針對(duì)具體工作目標(biāo)的技術(shù)指標(biāo)最優(yōu)化。高效、準(zhǔn)確、毋需人工介入。
[0254]4、自動(dòng)精確瞄準(zhǔn)，改變現(xiàn)行的人工瞄準(zhǔn)工作方式，極大提高瞄準(zhǔn)精度和效率:
[0255]摒棄基于望遠(yuǎn)鏡的人工瞄準(zhǔn)工作方式。在自主測(cè)繪機(jī)的顯示屏上點(diǎn)擊目標(biāo)點(diǎn)，自主測(cè)繪機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)細(xì)部的光學(xué)、電子兩級(jí)放大。再次點(diǎn)擊兩級(jí)放大后的目標(biāo)點(diǎn)細(xì)部，自主測(cè)繪機(jī)以0.1角秒的精度自動(dòng)瞄準(zhǔn)目標(biāo)。高效、準(zhǔn)確。
[0256]5、自動(dòng)遙測(cè)獲取目標(biāo)點(diǎn)的三維大地坐標(biāo)，改變常規(guī)測(cè)量方式提高測(cè)量精度和工作效率、降低勞動(dòng)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度:
[0257]點(diǎn)擊屏幕上的任意點(diǎn)，自主測(cè)繪機(jī)自動(dòng)瞄準(zhǔn)、自動(dòng)在1-5秒鐘內(nèi)獲取/存儲(chǔ)/顯示該目標(biāo)點(diǎn)在大地坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。毋需合作目標(biāo)、毋需人工貓準(zhǔn)、毋需人工跋涉到目標(biāo)點(diǎn)上去架設(shè)儀器，直接遙測(cè)獲取其視場(chǎng)及測(cè)距范圍內(nèi)任意目標(biāo)點(diǎn)的三維大地坐標(biāo)。測(cè)量精度和效率高于現(xiàn)行常規(guī)測(cè)量方式，勞動(dòng)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于現(xiàn)行常規(guī)測(cè)量方式。
[0258]6、全天候自動(dòng)完成高密度形變監(jiān)測(cè)，改善監(jiān)測(cè)效果、提高效率降低成本:
[0259]常規(guī)GPS形變監(jiān)測(cè)方式:在對(duì)象體(工程體、山體)上設(shè)置若干觀測(cè)樁，將GPS定位儀置于觀測(cè)樁上測(cè)量:一個(gè)樁監(jiān)測(cè)對(duì)象體的一個(gè)點(diǎn)(樁少無法反映對(duì)象體的形變情況，樁多則成本過高)，無法設(shè)置觀測(cè)樁的地方不能監(jiān)測(cè)。
[0260]自主測(cè)繪機(jī)用于形變監(jiān)測(cè)時(shí)的特征:
[0261]I)改變常規(guī)形變監(jiān)測(cè)方式:
[0262]一臺(tái)自主測(cè)繪機(jī)可在極短時(shí)間內(nèi)全自動(dòng)跟蹤測(cè)量多個(gè)目標(biāo)并長期連續(xù)重復(fù)；
[0263]2)極大提高監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度本質(zhì)改善監(jiān)測(cè)效果、高效率、低成本:
[0264]同等監(jiān)測(cè)指標(biāo)(精度、兩次數(shù)據(jù)之間的時(shí)間段長度等)下，可抵?jǐn)?shù)十(快形變，實(shí)時(shí)解算)、數(shù)百至上千臺(tái)(慢形變，事后解算)mm級(jí)精度的GPS定位儀同時(shí)工作的效果。在極大提高監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度從而本質(zhì)改善監(jiān)測(cè)效果的同時(shí)極大地提高效率、降低成本；
[0265]3)不受限于觀測(cè)樁和棱鏡，可對(duì)其測(cè)距內(nèi)的地物進(jìn)行mm級(jí)精度的形變監(jiān)測(cè)；
[0266]4)同步獲取實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)圖像；
[0267]5)自主測(cè)繪機(jī)形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與現(xiàn)有精密測(cè)量機(jī)器人技術(shù)的區(qū)別:前者可在中輕度霧霾、白晝、夜晚?xiàng)l件下工作，以自然地物、人類建筑為被測(cè)目標(biāo)；后者須要白晝晴好天氣和良好能見度、以人工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的棱鏡為合作目標(biāo)。
[0268]7、將物方三維大地坐標(biāo)與物方影像融為一體，同步獲取:
[0269]全自動(dòng)地快速同步獲取目標(biāo)點(diǎn)的三維大地坐標(biāo)和以該目標(biāo)點(diǎn)為中心的目標(biāo)點(diǎn)周邊地物影像。
[0270]8、自主生成大地坐標(biāo)系下的三維物方影像:
[0271]可在其獲取的任何物方影像中自動(dòng)生成大地坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)點(diǎn)陣云，密度可調(diào)。實(shí)現(xiàn)便攜式單機(jī)的空間測(cè)量野外作業(yè)。
[0272]9、自主生成大地坐標(biāo)系下的全景影像:
[0273]自動(dòng)生成帶有物方三維大地坐標(biāo)的360°全景物方影像:多幅連續(xù)影像(視場(chǎng)可調(diào)且每幅影像的中心點(diǎn)帶有物方三維大地坐標(biāo))的自動(dòng)拼接、自動(dòng)成像。實(shí)現(xiàn)便攜式單機(jī)的空間測(cè)量野外作業(yè)。
[0274]10、野外測(cè)區(qū)布局:
[0275]在航空航天遙感影像或地形圖上顯示、規(guī)劃已測(cè)/未測(cè)區(qū)域，進(jìn)行野外測(cè)站位置布局。
[0276]11、自動(dòng)生成等高線，自動(dòng)生成帶有實(shí)地影像的地形圖:
[0277]根據(jù)測(cè)位布局完成野外各測(cè)位上的測(cè)量工作，自動(dòng)拼接、實(shí)時(shí)成圖。
[0278]12、自動(dòng)生成測(cè)區(qū)三維導(dǎo)航圖:
[0279]根據(jù)測(cè)位布局完成各測(cè)位上的野外攝影測(cè)量工作，自動(dòng)拼接、實(shí)時(shí)成圖。
[0280]13、多網(wǎng)融合通信，內(nèi)業(yè)、外業(yè)一體化。
[0281]14、高精度的姿態(tài)測(cè)控:
[0282]航向角測(cè)控誤差:0.1";仰俯角測(cè)控誤差:0.1"。
[0283]15、高精度的物方三維大地坐標(biāo):
[0284]無合作目標(biāo)條件下，測(cè)距小于等于I，OOOm時(shí)測(cè)量精度可達(dá)mm級(jí)；有棱鏡條件下，測(cè)距小于等于3，OOOm時(shí)測(cè)量精度可達(dá)mm級(jí)；
[0285]無合作目標(biāo)條件下，測(cè)距小于等于25，OOOm時(shí)，測(cè)量誤差為分米級(jí)；測(cè)距大于25，OOOm小于40，OOOm時(shí)，測(cè)量誤差亞米級(jí)。
[0286]16、野外獨(dú)立測(cè)成圖系統(tǒng):[0287]無需借助任何底圖，獨(dú)立完成野外地形圖和野外三維導(dǎo)航圖測(cè)量。在作業(yè)流程上形成了攝影測(cè)量的閉環(huán)控制，大地坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)與包含豐富屬性信息的立體影像同時(shí)獲得，外業(yè)與內(nèi)業(yè)一體化，高效率高精度。
[0288]17、野外實(shí)景三維可視化的數(shù)據(jù)成果:
[0289]它以面狀的方式采集大地坐標(biāo)系下的野外地理空間數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)成果是連續(xù)拍攝的實(shí)景可量測(cè)影像。
[0290]18、野外實(shí)景可量測(cè)影像與衛(wèi)片/航片無縫鏈接:
[0291]形成野外實(shí)景可量測(cè)影像與衛(wèi)片/航片無縫鏈接的新一代“天地一體化”野外地
理信息系統(tǒng)。
[0292]19、高精度的物方三維大地坐標(biāo):
[0293]將影響物方三維大地坐標(biāo)測(cè)量精度的主要誤差源考慮為測(cè)站定位誤差、測(cè)站找北誤差、姿態(tài)測(cè)量誤差、成像誤差、瞄準(zhǔn)誤差、距離測(cè)量誤差的前提下，自主測(cè)繪機(jī)具有很高的測(cè)量精度。
[0294]測(cè)站定位誤差:現(xiàn)有的差分定位技術(shù)可在I分鐘內(nèi)達(dá)到厘米級(jí)定位精度，30分鐘內(nèi)達(dá)到mm級(jí)的定位精度；
[0295]自主測(cè)繪機(jī)姿態(tài)測(cè)量誤差:航向角測(cè)控誤差小于等于0.1"、仰俯角測(cè)控誤差小于等于0.1";
[0296]自主測(cè)繪機(jī)的成像清晰度:按照自動(dòng)成像方法和自動(dòng)放大目標(biāo)方法，可獲得清晰的目標(biāo)點(diǎn)詳細(xì)資料影像；
[0297]自主測(cè)繪機(jī)的瞄準(zhǔn)誤差:按照自動(dòng)成像方法和自動(dòng)精確瞄準(zhǔn)方法，可獲得0.1"級(jí)的瞄準(zhǔn)精度；
[0298]測(cè)站找北誤差:跟蹤測(cè)量機(jī)器人，在全球定位單元36和已知大地坐標(biāo)點(diǎn)定位精度達(dá)到mm級(jí)且兩者間距離大于500米時(shí)，三維姿態(tài)系統(tǒng)的姿態(tài)測(cè)量精度、遙感成像清晰度和自動(dòng)瞄準(zhǔn)精度保證了采用定位找北方法的測(cè)站找北誤差小于等于5"。
[0299]自主測(cè)繪機(jī):無合作目標(biāo)條件下，測(cè)距小于等于40，OOOm時(shí)，遠(yuǎn)程測(cè)距單元25測(cè)量誤差分米級(jí)，這是最大的誤差源；測(cè)距小于等于2，OOOm時(shí)，高頻測(cè)距單元26測(cè)量誤差厘米級(jí)，這是最大的誤差源。測(cè)距小于等于I，OOOm時(shí)，精密測(cè)距單元24測(cè)量誤差2mm+-2ppm，這是最大的誤差源。
[0300]綜上所述，自主測(cè)繪機(jī)在距離目標(biāo)40公里時(shí)，遙測(cè)測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)三維大地坐標(biāo)的精度可達(dá)亞米級(jí)；距離目標(biāo)2公里內(nèi)時(shí)，遙測(cè)測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)三維大地坐標(biāo)的精度可達(dá)厘米級(jí)；距離目標(biāo)I公里內(nèi)時(shí)，自定義坐標(biāo)下遙測(cè)測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)的精度可達(dá)毫米級(jí)。
[0301].....................................................................坐坐..............................，寸寸.[0302]為便于實(shí)施參考起見，提供幾種典型應(yīng)用如下:
[0303]一、自主成像
[0304]本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)自主成像，包括根據(jù)白光光通量，光敏電阻75發(fā)出信號(hào)控制中央處理器28關(guān)閉或打開泵浦電源5，對(duì)應(yīng)白光光源或紅外激光光源；成像結(jié)果由圖像處理單元20判斷圖像清晰度，在白光光源下的成像結(jié)果達(dá)不到清晰度要求時(shí)，中央處理器28打開泵浦電源5提供紅外激光光源?？捎芍醒胩幚砥?8、圖像處理單元20、多光成像單元9、紅外激光光源1、光敏電阻75、人機(jī)交互單元30、測(cè)量機(jī)電源單元29構(gòu)成自主成像系統(tǒng)，執(zhí)行自主成像過程如下，
[0305]步驟1，進(jìn)行成像光源初始選擇，實(shí)現(xiàn)如下，
[0306]包括在白光光通量足以使雙濾光片結(jié)構(gòu)CXD模塊18白光成像時(shí)，光敏電阻75的信號(hào)口處于閉合狀態(tài)，中央處理器28關(guān)閉泵浦電源5，進(jìn)入步驟2 ；白光光通量不足以雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊18白光成像時(shí),光敏電阻75的信號(hào)口處于常開狀態(tài)，中央處理器28開啟泵浦電源5，紅外激光光源I照射目標(biāo)，多光成像單元9接受自目標(biāo)返回的紅外激光，進(jìn)入步驟4，
[0307]步驟2，白光光源下，對(duì)良好能見度及霧霾環(huán)境的自適應(yīng)和成像光源的自主選擇，實(shí)現(xiàn)如下，
[0308]中央處理器28讀取調(diào)焦鏡16的調(diào)焦標(biāo)定值驅(qū)動(dòng)第四電機(jī)14依次到達(dá)各相應(yīng)標(biāo)定位置，在每個(gè)相應(yīng)標(biāo)定位置，白光信號(hào)經(jīng)由多光成像單元9轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后到達(dá)圖像處理單元20，圖像處理單元20獲取圖像值并比較，記錄使圖像值最大的第四電機(jī)14標(biāo)定位置為使圖像最清晰處；
[0309]中央處理器28對(duì)目標(biāo)景物的所有圖像值進(jìn)行分析處理，
[0310]若圖像值的最大值與最小值之差的絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Q1，則判定測(cè)站處于良好能見度環(huán)境，進(jìn)入步驟3;
[0311]若圖像值的最大值與最小值之差的絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Ql大于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Q2，則判定測(cè)站處于中度或輕度霧霾環(huán)境，進(jìn)入步驟4 ；
[0312]若圖像值的最大值與最小值之差的絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Q2，則判定測(cè)站處于重度霧霾環(huán)境，中央處理器28報(bào)警，停止流程；
[0313]其中，預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Ql大于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Q2 ；
[0314]步驟3，基于白光光源的自動(dòng)成像，實(shí)現(xiàn)如下，
[0315]首先進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦，中央處理器28向第五驅(qū)動(dòng)電路11發(fā)出指令，使第四電機(jī)14、第六蝸桿13轉(zhuǎn)動(dòng)，第五編碼器10實(shí)時(shí)記錄第六蝸桿13的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)同步反饋給中央處理器28，中央處理器28算出脈沖修正值并據(jù)此發(fā)出下一指令，直到第六蝸桿13轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)定的位置并通過第六蝸輪12完成對(duì)調(diào)焦鏡16的焦距調(diào)整；
[0316]然后進(jìn)行自動(dòng)成像，白光信號(hào)經(jīng)過物鏡15、調(diào)焦鏡16和成像鏡組17到達(dá)雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊18，雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊18將白光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后上傳至圖像處理單元20，圖像處理單元20得到清晰的景物圖像并上傳至中央處理器28，完成基于白光光源的自動(dòng)成像任務(wù)，結(jié)束流程；
[0317]步驟4，基于紅外激光光源的自動(dòng)成像，實(shí)現(xiàn)如下，
[0318]首先紅外激光照射范圍準(zhǔn)確覆蓋多光成像單元9的視場(chǎng):
[0319]中央處理器28同時(shí)完成兩項(xiàng)工作，一是自動(dòng)變倍，包括開啟第四驅(qū)動(dòng)電路33，使第五電機(jī)32帶動(dòng)第五蝸桿31運(yùn)動(dòng)到Pi位置，第五蝸桿31帶動(dòng)第五蝸輪23使變焦鏡組22將多光成像單元9的視場(chǎng)調(diào)整到執(zhí)行第i類任務(wù)所需的大小，第四編碼器34將第五蝸桿31的實(shí)際到達(dá)位置上傳給中央處理器28 ;二是視場(chǎng)與照射范圍重合，包括向第三驅(qū)動(dòng)電路8發(fā)出指令使第三電機(jī)7帶動(dòng)紅外激光調(diào)焦鏡3運(yùn)動(dòng)到Qi位置，使紅外激光光源I的照射范圍正好覆蓋搜索多光成像單兀9的視場(chǎng)；[0320]其中，標(biāo)定常數(shù)Pi是多光成像單元9的視場(chǎng)執(zhí)行第i類任務(wù)時(shí)的視場(chǎng)，稱為Pi成像視場(chǎng)，i=l, 2，3，.....J，J為總類數(shù)，標(biāo)定常數(shù)Qi是與Pi —一對(duì)應(yīng)的紅外激光聚焦值，紅外激光調(diào)焦鏡3處于Qi位置時(shí)紅外激光照射范圍與Pi成像視場(chǎng)重合，Pi被標(biāo)定后，Qi根據(jù)Pi標(biāo)定；
[0321]然后進(jìn)行自動(dòng)成像，從目標(biāo)景物返回的紅外激光信號(hào)通過物鏡15、調(diào)焦鏡16、成像鏡組17到達(dá)雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊18，雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊18將紅外激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳至圖像處理單元20，圖像處理單元20得到清晰景物圖像并上傳至中央處理器28,完成基于紅外激光光源的自動(dòng)成像任務(wù)。
[0322]二、自動(dòng)測(cè)距和同步自動(dòng)定姿
[0323]使用高頻測(cè)距單元26對(duì)三維面狀目標(biāo)進(jìn)行掃描式測(cè)距時(shí)，可通過航向姿態(tài)單元59、偏心輪單元27、高頻測(cè)距單元26同步工作，完成高頻測(cè)距單元26在多光成像單元9視場(chǎng)內(nèi)的掃描式自動(dòng)測(cè)距，獲得距離數(shù)據(jù)點(diǎn)陣云以及與每個(gè)距離數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，生成三維野外實(shí)景影像；通過設(shè)定姿態(tài)運(yùn)動(dòng)起止點(diǎn)位置，支持在任意界定工作范圍或環(huán)繞測(cè)站360°的全景工作范圍生成三維野外實(shí)景影像。
[0324]可由中央處理器28、偏心輪單元27、第一蝸輪蝸桿組77、第一電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路79、第六編碼器78、第二橫軸76、高頻測(cè)距單元26、姿態(tài)測(cè)控處理器40、航向姿態(tài)單元59、仰俯姿態(tài)單元41、姿態(tài)測(cè)控機(jī)電源單元74、圖像處理單元20、光敏電阻75、多光成像單元9、紅外激光光源1、光敏電阻75、人機(jī)交互單元30、測(cè)量機(jī)電源單元29、全球定位單元36、通信單元37構(gòu)成掃描式自動(dòng)測(cè)距和同步自動(dòng)定姿系統(tǒng)，執(zhí)行自動(dòng)生成任意形狀、任意幅面大小的三維野外實(shí)景影像，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)生成全景三維實(shí)景影像。
[0325]自動(dòng)生成任意形狀、任意幅面大小的三維野外實(shí)景影像的工作步驟如下:
[0326]I)任意界定工作范圍
[0327]使用觸摸畫線(或點(diǎn)擊屏幕)方法，在觸摸屏顯示的二維野外實(shí)景影像上勾勒任意形狀的閉合曲線(或閉合折線)C，中央處理器28將C所包圍的區(qū)域M界定為工作范圍。偏心輪單元27按中央處理器28的指令界定高頻測(cè)距單元26沿仰俯方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起止點(diǎn)位置:將其在豎軸60的中軸線與高頻測(cè)距單元26的光軸構(gòu)成的平面內(nèi)繞第二橫軸76的中軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起止點(diǎn)位置全部落在閉合曲線(或閉合折線)C上；航向姿態(tài)單元59按中央處理器28的指令，連續(xù)轉(zhuǎn)過以區(qū)域M的邊界為起止點(diǎn)的航向角度；偏心輪單元27和航向姿態(tài)單元59的同步聯(lián)動(dòng)使得工作范圍正好覆蓋了區(qū)域M。
[0328]2)航向運(yùn)動(dòng):中央處理器28指令姿態(tài)測(cè)控處理器40將航向角調(diào)整到起始位置并連續(xù)運(yùn)動(dòng)到停止位置。姿態(tài)測(cè)控處理器40通過航向姿態(tài)單元59執(zhí)行并完成指令。
[0329]3)仰俯運(yùn)動(dòng):中央處理器28指令偏心輪單元27將仰俯角的擺動(dòng)幅度調(diào)整到從起始位置至停止位置所界定的范圍，并帶動(dòng)高頻測(cè)距單元26在所界定的范圍內(nèi)沿豎軸60的中軸線方向往復(fù)擺動(dòng)。偏心輪單元27執(zhí)行并完成指令:將仰俯角的擺動(dòng)幅度鎖定在從起始位置至停止位置所界定的范圍，并將電機(jī)的單向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為平滑的連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)高頻測(cè)距單元26的激光發(fā)射管和激光接收管以高頻測(cè)距單元26的質(zhì)量中心為圓心、以所述擺動(dòng)幅度為運(yùn)動(dòng)范圍、在豎軸60的中軸線與高頻測(cè)距單元26的光軸構(gòu)成的平面內(nèi)繞第二橫軸76的中軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。高頻測(cè)距單元26同步工作，連續(xù)獲取距離數(shù)據(jù)。
[0330]4)時(shí)間同步:以全球定位系統(tǒng)時(shí)間為基準(zhǔn)，航向姿態(tài)單元59、偏心輪單元27、高頻測(cè)距單元26同步啟動(dòng)、同步工作、同步停止，完成高頻測(cè)距單元26在多光成像單元9視場(chǎng)內(nèi)的遍歷式自動(dòng)測(cè)距，在且只在任意指定的范圍內(nèi)獲得距離數(shù)據(jù)點(diǎn)陣云以及與每個(gè)距離數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的三維姿態(tài)數(shù)據(jù)。
[0331]5)空間匹配:通過偏心輪單元27的機(jī)電工作原理、激光束在投影面上的落點(diǎn)位置、三維姿態(tài)數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)的時(shí)間同步三者之間的關(guān)系完成三維姿態(tài)數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)的空間匹配，在目標(biāo)景物影像上生成三維大地坐標(biāo)點(diǎn)陣云。
[0332]6)自動(dòng)生成任意形狀、任意幅面大小的三維野外實(shí)景影像
[0333]中央處理器28運(yùn)行包括非線性K最近鄰點(diǎn)算法在內(nèi)的數(shù)據(jù)挖掘程序，在所述二維野外實(shí)景影像中利用已知的三維大地坐標(biāo)點(diǎn)陣云向無三維大地坐標(biāo)的點(diǎn)推算三維大地坐標(biāo)，在區(qū)域M上獲得三維野外實(shí)景影像。
[0334]現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)生成全景三維實(shí)景影像的工作步驟如下:
[0335]I)全景圖像的無重疊自動(dòng)拼接
[0336]a.用高精度姿態(tài)測(cè)控保證兩幅相鄰圖像中景物無重疊且自然連續(xù):
[0337]按航向角完成環(huán)繞測(cè)站360°的第一輪二維野外實(shí)景影像拍攝:測(cè)量機(jī)按照自動(dòng)成像方法獲得第一幅二維野外實(shí)景影像；中央處理器28根據(jù)攝取第一幅影像的姿態(tài)數(shù)據(jù)算出攝取第二幅影像的航向角位置，并指令航向姿態(tài)單元59以0.1角秒的精度運(yùn)動(dòng)到位，獲得第二幅影像；如此循環(huán)直到獲得最后一幅影像。中央處理器28裁剪最后一幅影像中超出360°航向角的部分，獲得環(huán)繞測(cè)站360°的二維野外實(shí)景影像。每兩幅影像之間的拼接誤差為0.1角秒。
[0338]變換仰俯角完成全景二維野外實(shí)景影像拍攝:若第一輪影像的仰俯角小于設(shè)定的仰俯角工作范圍，中央處理器28指令仰俯姿態(tài)單元41將仰俯角調(diào)整至與第一輪影像相聯(lián)接的第二輪影像拍攝的起始位置并完成第二輪拍攝，如此循環(huán)直到獲得環(huán)繞測(cè)站360°的全景二維野外實(shí)景影像。每兩輪影像之間的拼接誤差為0.1角秒。
[0339]b.控制圖像的邊緣畸變:選擇參數(shù)合適的雙濾光片結(jié)構(gòu)CXD模塊18，使標(biāo)定后的攝像頭所拍攝圖像的邊緣畸變小于1%。
[0340]c.對(duì)相鄰圖像進(jìn)行色彩均衡處理。
[0341]d.排列縮放圖像數(shù)據(jù)，得到環(huán)繞測(cè)站360°的全景二維野外實(shí)景影像。
[0342]2)自動(dòng)生成環(huán)繞測(cè)站360°的全景三維野外實(shí)景影像
[0343]中央處理器28同步完成四項(xiàng)工作:一是按照設(shè)定的仰俯角工作范圍設(shè)置偏心輪單元27在仰俯角方向的運(yùn)動(dòng)起止位置,啟動(dòng)偏心輪單元27在指定范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)并同步向中央處理器28返回其仰俯姿態(tài)數(shù)據(jù)；二是開啟高頻測(cè)距單元26使其連續(xù)測(cè)距并同步向中央處理器28返回距離數(shù)據(jù)；三是開啟航向姿態(tài)單元59使其連續(xù)轉(zhuǎn)過360°并同步向中央處理器28返回航向數(shù)據(jù)；四是在環(huán)繞測(cè)站360°的全景二維野外實(shí)景影像上自動(dòng)生成三維影像，得到環(huán)繞測(cè)站360°的全景三維野外實(shí)景影像。
[0344]三、自主測(cè)繪機(jī)的三維大地坐標(biāo)自動(dòng)遙測(cè)
[0345]三維大地坐標(biāo)自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)包含中央處理器28、圖像處理單元20、多光成像單元
9、紅外激光光源1、光敏電阻75、人機(jī)交互單元30、測(cè)量機(jī)電源單元29、航向姿態(tài)單元59、仰俯姿態(tài)單元41、遠(yuǎn)程測(cè)距單元25、精密測(cè)距單元24、第一橫軸42、豎軸60、高頻測(cè)距單元26、第二橫軸76、全球定位單元36、通信單元37。[0346]自動(dòng)遙測(cè)，獲取被測(cè)目標(biāo)的三維大地坐標(biāo)的工作步驟如下:
[0347]I)基于影像的自動(dòng)精確瞄準(zhǔn):
[0348]用戶可在觸摸屏顯示的二維野外實(shí)景影像中點(diǎn)擊目標(biāo)點(diǎn)，中央處理器28自動(dòng)將多光成像單元9的視場(chǎng)調(diào)至最小，放大倍數(shù)達(dá)到最大，并在多光成像單元9獲取的高倍光學(xué)放大后的目標(biāo)點(diǎn)實(shí)景影像上自動(dòng)數(shù)碼變焦放大(根據(jù)CCD和顯示屏的分辨率標(biāo)定數(shù)碼變焦放大倍數(shù))，獲得光學(xué)/數(shù)碼兩級(jí)放大后的目標(biāo)點(diǎn)清晰影像，用戶可在其中選定被測(cè)目標(biāo)。點(diǎn)擊被測(cè)目標(biāo)，仰俯姿態(tài)單元41、航向姿態(tài)單元59以0.1角秒的精度瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)，并將所獲之姿態(tài)數(shù)據(jù)上傳給中央處理器28。
[0349]2)基于自動(dòng)精確瞄準(zhǔn)的自動(dòng)測(cè)距:
[0350]中央處理器28啟動(dòng)遠(yuǎn)程測(cè)距單元25對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行距離測(cè)量，得到分米級(jí)精度的距離數(shù)據(jù)d，d大于2公里時(shí)直接采用d值；d小于2公里大于I公里時(shí)，中央處理器28啟動(dòng)高頻測(cè)距單元26對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行距離測(cè)量，獲得厘米級(jí)精度的距離數(shù)據(jù)；d小于I公里時(shí)，中央處理器28啟動(dòng)精密測(cè)距單元24對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行距離測(cè)量，獲得mm級(jí)精度的距離數(shù)據(jù)。自動(dòng)測(cè)距時(shí)，遠(yuǎn)程測(cè)距單元25、高頻測(cè)距單元26、精密測(cè)距單元24的工作順序可自由調(diào)整。
[0351]3)自動(dòng)獲取被測(cè)目標(biāo)的三維大地坐標(biāo):
[0352]中央處理器28根據(jù)測(cè)站數(shù)據(jù)【設(shè)立測(cè)站時(shí)通過全球定位單元36自動(dòng)定位獲取的測(cè)站三維大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)、通過自動(dòng)精確瞄準(zhǔn)已知大地坐標(biāo)點(diǎn)或另一個(gè)自主測(cè)繪機(jī)獲取的測(cè)站正北方向數(shù)據(jù)、調(diào)整水平姿態(tài)單元56獲取的測(cè)站水平姿態(tài)數(shù)據(jù)。下同?！亢湍繕?biāo)數(shù)據(jù)【對(duì)不同目標(biāo)(或同一目標(biāo)在 不同時(shí)刻):通過自動(dòng)瞄準(zhǔn)得到的航向和仰俯姿態(tài)數(shù)據(jù)、通過自動(dòng)測(cè)距得到的測(cè)站至目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)。下同?！孔詣?dòng)解算得到被測(cè)目標(biāo)的三維大地坐標(biāo)。
[0353]四、自主測(cè)繪機(jī)的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤測(cè)量
[0354]通過自動(dòng)成像過程在搜索范圍連續(xù)獲取野外實(shí)景影像，通過圖像識(shí)別單元19從野外實(shí)景影像中識(shí)別特定目標(biāo)，并通過仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59跟蹤特定目標(biāo)。
[0355]移動(dòng)目標(biāo)跟蹤測(cè)量系統(tǒng)由中央處理器28、遠(yuǎn)程測(cè)距單元25、圖像識(shí)別單元19、圖像處理單元20、多光成像單元9、紅外激光光源1、光敏電阻75、人機(jī)交互單元30、全球定位單元36、通信單元37、測(cè)量機(jī)電源單元29、航向姿態(tài)單元59、仰俯姿態(tài)單元41、第一橫軸
42、豎軸60、第二蝸輪蝸桿組83、第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路21、第七編碼器81、第三離合器82、第三橫軸80構(gòu)成。
[0356]自主跟蹤測(cè)量移動(dòng)目標(biāo)的工作步驟如下:
[0357]I)自主搜索目標(biāo):
[0358]輸入搜索范圍后，中央處理器28協(xié)調(diào)相關(guān)工作單元同步工作:閉合第一離合器
43、第二離合器61、第三離合器82，第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路21、第二蝸輪蝸桿組83和航向姿態(tài)單元59帶動(dòng)紅外激光光源1、多光成像單元9連續(xù)運(yùn)動(dòng)，循環(huán)覆蓋搜索范圍；紅外激光光源1、多光成像單元9、圖像處理單元20按自動(dòng)成像方法，以每秒25-30幅的頻率在搜索范圍內(nèi)連續(xù)獲取野外實(shí)景影像。
[0359]2)自主發(fā)現(xiàn)、識(shí)別目標(biāo):
[0360]存儲(chǔ)單元35中事先保存了包括多立面影像和各種識(shí)別特征在內(nèi)的特定目標(biāo)數(shù)據(jù)庫。在圖像識(shí)別單元19上運(yùn)行圖像識(shí)別程序，通過比對(duì)野外實(shí)景影像數(shù)據(jù)和特定目標(biāo)數(shù)據(jù)的方法在野外實(shí)景影像數(shù)據(jù)中挖掘特定目標(biāo)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)和識(shí)別特定目標(biāo)。圖像識(shí)別單元19不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成圖像識(shí)別任務(wù)時(shí)，中央處理器28自行啟動(dòng)通信單元37鏈接后方數(shù)據(jù)中心，通過云計(jì)算和云端庫完成圖像識(shí)別任務(wù)。
[0361]3)自主跟蹤瞄準(zhǔn)目標(biāo):
[0362]中央處理器28以圖像識(shí)別單元19提供的識(shí)別結(jié)果為跟蹤對(duì)象，指令仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59帶動(dòng)紅外激光光源1、多光成像單元9連續(xù)運(yùn)動(dòng)，使跟蹤對(duì)象的影像始終保持在野外實(shí)景影像中的分劃中心位置，這就使多光成像單元9的光軸始終保持瞄準(zhǔn)跟蹤對(duì)象。仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59同步向中央處理器28反饋?zhàn)藨B(tài)數(shù)據(jù)。
[0363]4)基于跟蹤瞄準(zhǔn)的自主跟蹤測(cè)距:
[0364]遠(yuǎn)程測(cè)距單元25對(duì)多光成像單元9瞄準(zhǔn)的跟蹤對(duì)象連續(xù)測(cè)距并同步向中央處理器28反饋距離數(shù)據(jù)。
[0365]5)自主跟蹤測(cè)量:
[0366]中央處理器28根據(jù)測(cè)站數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)連續(xù)解算出特定目標(biāo)(跟蹤對(duì)象)的實(shí)時(shí)三維大地坐標(biāo)。
[0367]6)對(duì)目標(biāo)的重新鎖定:
[0368]若多光成像單元9在跟蹤特定目標(biāo)的過程中失鎖，則中央處理器28根據(jù)對(duì)特定目標(biāo)三維大地坐標(biāo)的跟蹤測(cè)量數(shù)據(jù)推算其下一時(shí)刻可能出現(xiàn)的空間位置，通過仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59使紅外激光光源1、多光成像單元9逐次瞄準(zhǔn)這些空間位置，等待特定目標(biāo)的再次出現(xiàn)。
[0369]7)同步數(shù)據(jù)傳輸:
[0370]中央處理器28通過通信單元37向后方數(shù)據(jù)中心或其它需要獲知信息的設(shè)備同步傳輸特定目標(biāo)的實(shí)時(shí)影像和實(shí)時(shí)三維大地坐標(biāo)。
[0371]五、自主測(cè)繪機(jī)基于野外地物影像、圖像識(shí)別和三維坐標(biāo)測(cè)量的形變監(jiān)測(cè)
[0372]自主測(cè)繪機(jī)對(duì)選擇形變測(cè)量對(duì)象中任意多個(gè)需要監(jiān)測(cè)的目標(biāo)地物為被測(cè)目標(biāo)，對(duì)各被測(cè)目標(biāo)持續(xù)監(jiān)測(cè)，包括在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)獲取被測(cè)目標(biāo)的影像、瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)、測(cè)站至被測(cè)目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)、被測(cè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)，得到形變測(cè)量對(duì)象的形變數(shù)據(jù)。
[0373]形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由中央處理器28、精密測(cè)距單元24、圖像識(shí)別單元19、圖像處理單元20、多光成像單元9、紅外激光光源1、光敏電阻75、人機(jī)交互單元30、測(cè)量機(jī)電源單元29、航向姿態(tài)單元59、仰俯姿態(tài)單元41、第一橫軸42、豎軸60構(gòu)成。
[0374]基于野外地物影像、圖像識(shí)別和三維坐標(biāo)測(cè)量的形變監(jiān)測(cè)的工作步驟:
[0375]I)自主測(cè)繪機(jī)學(xué)習(xí)形變測(cè)量對(duì)象
[0376]操作人員在觸摸屏上選擇形變測(cè)量對(duì)象中任意多個(gè)需要監(jiān)測(cè)的目標(biāo)地物為被測(cè)目標(biāo)。中央處理器28協(xié)同各相關(guān)工作單元獲取并存儲(chǔ)每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的相關(guān)信息，得到學(xué)習(xí)成果:帶有中心點(diǎn)分劃的被測(cè)目標(biāo)影像數(shù)據(jù)(簡稱“起始影像”。)、瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)(簡稱“起始姿態(tài)”。)、測(cè)站至被測(cè)目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)(簡稱“起始距離”。)、被測(cè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)(簡稱“起始坐標(biāo)”。)、測(cè)量被測(cè)目標(biāo)三維坐標(biāo)的時(shí)間(簡稱“起始時(shí)間”。)。
[0377]2)自主測(cè)繪機(jī)再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)地物
[0378]中央處理器28協(xié)同各相關(guān)工作單元按設(shè)定的時(shí)間間隔開始工作，完成4項(xiàng)任務(wù):通過仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59將瞄準(zhǔn)姿態(tài)調(diào)整到起始姿態(tài)；通過紅外激光光源1、多光成像單元9、圖像處理單元20再次獲得帶有中心點(diǎn)分劃的目標(biāo)地物影像數(shù)據(jù)(簡稱“再次影像”。);通過圖像識(shí)別單元19在起始影像中挖掘再次影像數(shù)據(jù)，使兩個(gè)影像的中心點(diǎn)分劃位置都在起始影像上出現(xiàn)；中央處理器28通過兩個(gè)中心點(diǎn)分劃在起始影像上的位置差計(jì)算得出再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)地物的姿態(tài)調(diào)整參數(shù)，仰俯姿態(tài)單元41和航向姿態(tài)單元59按照姿態(tài)調(diào)整參數(shù)將瞄準(zhǔn)姿態(tài)調(diào)整到目標(biāo)地物上，獲得自主測(cè)繪機(jī)再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)地物時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)(簡稱“再次姿態(tài)”。)，完成自主測(cè)繪機(jī)再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)地物的任務(wù)。
[0379]3)自主測(cè)繪機(jī)再次測(cè)量目標(biāo)地物
[0380]中央處理器28協(xié)同各相關(guān)工作單元再次測(cè)量目標(biāo)地物:通過精密測(cè)距單元24再次測(cè)量并再次獲得測(cè)站至目標(biāo)地物之間的距離數(shù)據(jù)(簡稱“再次距離”。);中央處理器28根據(jù)再次距離、再次姿態(tài)和測(cè)站三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)解算出目標(biāo)地物的三維坐標(biāo)(簡稱“再次坐標(biāo)”。)，獲取再次坐標(biāo)的時(shí)間(簡稱“再次時(shí)間”。)。
[0381]4)自主測(cè)繪機(jī)獲得目標(biāo)地物的位移矢量數(shù)據(jù)
[0382]起始坐標(biāo)和起始時(shí)間、再次坐標(biāo)和再次時(shí)間分別刻劃了兩個(gè)4維時(shí)空點(diǎn):前者是在起始時(shí)間獲得的目標(biāo)地物三維坐標(biāo)，后者是在再次時(shí)間獲得的目標(biāo)地物三維坐標(biāo)；以前者為起點(diǎn)，后者為終點(diǎn)，獲得目標(biāo)地物在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的位移矢量。
[0383]5)自主測(cè)繪機(jī)獲得形變測(cè)量對(duì)象的形變數(shù)據(jù)
[0384]多個(gè)目標(biāo)地物在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的位移矢量構(gòu)成的集合刻劃了測(cè)量對(duì)象在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的形變。
[0385]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:包括測(cè)量機(jī)和姿態(tài)測(cè)控機(jī)， 測(cè)量機(jī)包括中央處理器(28)和分別與中央處理器(28)連接的紅外激光光源(I)、多光成像單元(9)、精密測(cè)距單元(24)、遠(yuǎn)程測(cè)距單元(25)、高頻測(cè)距單元(26)、偏心輪單元(27)、圖像識(shí)別單元(19)、圖像處理單元(20)、測(cè)量機(jī)電源單元(29)、人機(jī)交互單元(30)、存儲(chǔ)單元(35)、全球定位單元(36)、通信單元(37)、光敏電阻(75)； 姿態(tài)測(cè)控機(jī)包括姿態(tài)測(cè)控處理器(40)，以及分別與姿態(tài)測(cè)控處理器(40)連接的仰俯姿態(tài)單元(41)、水平姿態(tài)單元(56)、航向姿態(tài)單元(59)和姿態(tài)測(cè)控機(jī)電源單元(74)，中央處理器(28)與姿態(tài)測(cè)控處理器(40)連接； 測(cè)量機(jī)與姿態(tài)測(cè)控機(jī)通過豎軸(60)、第一橫軸(42)、第二橫軸(76)、第三橫軸(80)連接，并標(biāo)定為一個(gè)多光同軸、多軸同心的整體，所述多光同軸是指紅外激光光源(I)的光軸、多光成像單元(9)的光軸、精密測(cè)距單元(24)的光軸、遠(yuǎn)程測(cè)距單元(25)的光軸、高頻測(cè)距單元(26)的光軸，五者標(biāo)定在同一軸線上；所述多軸同心是指豎軸(60)的中軸線、第一橫軸(42)的中軸線、第二橫軸(76)的中軸線、第三橫軸(80)的中軸線、精密測(cè)距單元(24)的光軸、全球定位單元(36)天線相位中心點(diǎn)與豎軸(60)垂直于大地水準(zhǔn)面時(shí)的中軸線之延長線相交形成的定位軸線，六者標(biāo)定后相交于同一個(gè)空間點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:所述三維姿態(tài)系統(tǒng)中， 所述仰俯姿態(tài)單兀(41)包括第一離合器(43)、第一機(jī)組(44)、第一編碼器(53)、第一電機(jī)(54)和第一驅(qū)動(dòng)電路(55)，所述第一機(jī)組(44)包括第一同步帶放大器(45)、第二蝸輪(46)、第一同步帶輪(47)、第二蝸桿(48)、第二彈性機(jī)構(gòu)(49)、第一蝸輪(50)、第一彈性機(jī)構(gòu)(51)、第一蝸桿(52),第一驅(qū)動(dòng)電路(55)、第一電機(jī)(54)、第一蝸桿(52)依次連接,第一蝸輪(50)和第一蝸桿(52)經(jīng)第一彈性機(jī)構(gòu)(51)哨合,第一蝸輪(50)和第二蝸桿(48)經(jīng)第二彈性機(jī)構(gòu)(49)嚙合，第二蝸輪(46)和第二蝸桿(48)之間經(jīng)第一同步帶輪(47)傳動(dòng)，第二蝸輪(46)和第一 編碼器(53)之間經(jīng)第一同步帶放大器(45)傳動(dòng)，第二蝸輪(46)連接第一離合器(43)，第一離合器(43)閉合時(shí)連接第一橫軸(42)，姿態(tài)測(cè)控處理器(40)和第一離合器(43)、第一編碼器(53)、第一驅(qū)動(dòng)電路(55)分別連接；中央處理器(28)經(jīng)姿態(tài)測(cè)控處理器(40)、第一驅(qū)動(dòng)電路(55)輸出指令到第一電機(jī)(54),第一電機(jī)(54)輸出經(jīng)第一機(jī)組(44)進(jìn)行仰俯運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)后所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果依次經(jīng)第二蝸輪(46)、第一同步帶放大器(45)、第一編碼器(53)、姿態(tài)測(cè)控處理器(40)上傳到中央處理器(28)，中央處理器(28)獲取第一橫軸(42)實(shí)際的位置到達(dá)數(shù)據(jù)； 設(shè)第一同步帶放大器(45)的傳動(dòng)比為1:H，第一同步帶放大器(45)通過第二蝸輪(46)將第一機(jī)組(44)在執(zhí)行姿態(tài)測(cè)控處理器(40)指令的過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果放大H倍后傳遞給第一編碼器(53)，并經(jīng)由第一編碼器(53)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)上傳給姿態(tài)測(cè)控處理器(40)，姿態(tài)測(cè)控處理器(40)將所得運(yùn)動(dòng)結(jié)果除以H倍后得到第一橫軸(42)真實(shí)的位置到達(dá)數(shù)據(jù)并上傳給中央處理器(28)； 所述航向姿態(tài)單元(59)包括第二離合器(61)、第二機(jī)組(62)、第二編碼器(73)、第二電機(jī)(71)和第二驅(qū)動(dòng)電路(72)，所述第二機(jī)組(62)包括第二同步帶放大器(64)、第四蝸輪(63)、第二同步帶輪(65)、第四蝸桿(66)、第四彈性機(jī)構(gòu)(67)、第三蝸輪(68)、第三彈性機(jī)構(gòu)(69)、第三蝸桿(70)，第二驅(qū)動(dòng)電路(72)、第二電機(jī)(71)、第三蝸桿(70)依次連接，第三蝸輪(68)和第三蝸桿(70)經(jīng)第三彈性機(jī)構(gòu)(69)嚙合，第三蝸輪(68)和第四蝸桿(66)經(jīng)第四彈性機(jī)構(gòu)(67)嚙合，第四蝸輪(63)和第四蝸桿(66)之間經(jīng)第二同步帶輪(65)傳動(dòng)，第四蝸輪(63)和第二編碼器(73)之間經(jīng)第二同步帶放大器(64)傳動(dòng)，第四蝸輪(63)連接第二離合器(61)，第二離合器(61)閉合時(shí)連接豎軸(60)，姿態(tài)測(cè)控處理器(40)和第二離合器(61)、第二編碼器(73)、第二驅(qū)動(dòng)電路(72)分別連接；中央處理器(28)經(jīng)姿態(tài)測(cè)控處理器(40)、第二驅(qū)動(dòng)電路(72)輸出指令到第二電機(jī)(71)，第二電機(jī)(71)輸出經(jīng)第二機(jī)組(62)進(jìn)行航向運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)后所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果依次經(jīng)第四蝸輪(63)、第二同步帶放大器(64)、第二編碼器(73)、姿態(tài)測(cè)控處理器(40)上傳到中央處理器(28)，中央處理器(28)獲取豎軸(60)實(shí)際的位置到達(dá)數(shù)據(jù)； 設(shè)第二同步帶放大器出4)的傳動(dòng)比為1:1，第二同步帶放大器(64)通過第四蝸輪(63)將第二機(jī)組(62)在執(zhí)行姿態(tài)測(cè)控處理器(40)指令的過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)結(jié)果放大I倍后傳遞給第二編碼器(73)，并經(jīng)由第二編碼器(73)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)上傳給姿態(tài)測(cè)控處理器(40)，姿態(tài)測(cè)控處理器(40)將所得運(yùn)動(dòng)結(jié)果除以I倍后得到豎軸(60)真實(shí)的位置到達(dá)數(shù)據(jù)并上傳給中央處理器(28)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:所述豎軸(60)的中心軸線I1與基準(zhǔn)第一橫軸(42)的中心軸線I2、第二橫軸(76)的中心軸線I3、第三橫軸(80)的中心軸線I4的幾何關(guān)系為，中心軸線I2、中心軸線I3和中心軸線I4平行，中心軸線I1和中心軸線I2構(gòu)成的平面內(nèi)，中心軸線I1垂直于中心軸線I2、中心軸線I3和中心軸線I4 ；姿態(tài)測(cè)控機(jī)通過豎軸(60)與測(cè)量機(jī)連接，豎軸(60)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生測(cè)量機(jī)的航向運(yùn)動(dòng)；由精密測(cè)距單元(24)和遠(yuǎn)程測(cè)距單元(25)構(gòu)成的組件通過第一橫軸(42)與姿態(tài)測(cè)控機(jī)連接，該組件的仰俯運(yùn)動(dòng)由第一橫軸(42)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，該組件的航向運(yùn)動(dòng)由豎軸(60)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生；精密測(cè)距單元(24)的質(zhì)量中心與第一橫軸(42)的中心軸線的交點(diǎn)是自主測(cè)繪機(jī)軸系的中心，是多軸同心的標(biāo)定基準(zhǔn)點(diǎn)； 姿態(tài)測(cè)控機(jī)設(shè)有音叉， 由紅外激光光源(I)和多光成像單元(9)構(gòu)成的組件通過第三橫軸(80)與姿態(tài)測(cè)控機(jī)的音叉連接，該組件的仰俯運(yùn)動(dòng)由第三橫軸(80)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，航向運(yùn)動(dòng)由豎軸(60)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生； 高頻測(cè)距單元(26)通過第二橫軸(76)與姿態(tài)測(cè)控機(jī)的音叉連接， 使用高頻測(cè)距單元(26)對(duì)點(diǎn)狀目標(biāo)測(cè)量距離時(shí)，第三橫軸(80)與高頻測(cè)距單元(26)之間設(shè)置一同步連桿，高頻測(cè)距單元(26)的仰俯運(yùn)動(dòng)由第三橫軸(80)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，在姿態(tài)測(cè)控機(jī)中設(shè)置相應(yīng)的仰俯運(yùn)動(dòng)控制單元，包括第七編碼器(81)、第三離合器(82)、第二蝸輪蝸桿組(83)、第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路(21)，中央處理器(28)、第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路(21)、第二蝸輪蝸桿組(83)和第三離合器(82)依次連接，第三離合器(82)閉合時(shí)連接第三橫軸(80)，第三橫軸(80)、第七編碼器(81)、中央處理器(28)依次連接；高頻測(cè)距單元(26)的航向運(yùn)動(dòng)由豎軸出0)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，此時(shí)偏心輪單元(27)處于停止工作狀態(tài)； 使用高頻測(cè)距單元(26)對(duì)三維面狀目標(biāo)進(jìn)行掃描式測(cè)距時(shí)，偏心輪單元(27)處于工作狀態(tài)，此時(shí)同步連桿剎車，第三橫軸(80)與高頻測(cè)距單元(26)脫離聯(lián)動(dòng)，高頻測(cè)距單元(26)在偏心輪單元(27)的帶動(dòng)下獨(dú)立在第二橫軸(76)上高頻擺動(dòng)，高頻測(cè)距單元(26)的仰俯運(yùn)動(dòng)由偏心輪單元(27)控制，在姿態(tài)測(cè)控機(jī)中設(shè)置相應(yīng)的仰俯運(yùn)動(dòng)控制單元，包括第六編碼器(78)、第一蝸輪蝸桿組(77)、第一電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路(79)，中央處理器(28)、第一電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路(79)、第一蝸輪蝸桿組(77)依次連接，第二橫軸(76)、第六編碼器(78)、中央處理器(28)依次連接；高頻測(cè)距單元(26)的航向運(yùn)動(dòng)由豎軸(60)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:所述測(cè)量機(jī)中， 紅外激光光源(I)包括紅外激光鏡頭(2)、紅外激光調(diào)焦鏡(3)、紅外激光發(fā)生器(4)、泵浦電源(5)、第三電機(jī)(7)、第三驅(qū)動(dòng)電路(8)和第三編碼器(6)，紅外激光鏡頭(2)、紅外激光調(diào)焦鏡(3)、紅外激光發(fā)生器(4)、泵浦電源(5)依次連接，第三電機(jī)(7)與紅外激光調(diào)焦鏡(3)、第三驅(qū)動(dòng)電路(8)、第三編碼器(6)分別連接，中央處理器(28)和泵浦電源(5)、第五驅(qū)動(dòng)電路(11)、第三編碼器(6)分別連接； 多光成像單元(9)包括第五編碼器(10)、第五驅(qū)動(dòng)電路(11)、第六蝸輪(12)、第六蝸桿(13)、第四電機(jī)(14)、物鏡(15)、變焦鏡組(22)、調(diào)焦鏡(16)、成像鏡組(17)、雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊(18)、第五蝸輪(23)、第五蝸桿(31)、第四編碼器(34)、第五電機(jī)(32)和第四驅(qū)動(dòng)電路(33)，物鏡(15)、變焦鏡組(22)、調(diào)焦鏡(16)、成像鏡組(17)、雙濾光片結(jié)構(gòu)CXD模塊(18)依次連接，第五驅(qū)動(dòng)電路(11)、第四電機(jī)(14)、第六蝸桿(13)、第五編碼器(10)依次連接，第六蝸桿(13)與第六蝸輪(12)嚙合,第六蝸輪(12)連接調(diào)焦鏡(16)，第四驅(qū)動(dòng)電路(33)、第五電機(jī)(32)、第五蝸桿(31)、第四編碼器(34)依次連接，第五蝸桿(31)與第五蝸輪(23)嚙合，第五蝸輪(23)連接變焦鏡組(22)，中央處理器(28)和第五驅(qū)動(dòng)電路(11)、第五編碼器(10)、 第四編碼器(34)、第四驅(qū)動(dòng)電路(33)、雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊(18)分別連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:根據(jù)白光光通量，光敏電阻(75)發(fā)出信號(hào)控制中央處理器(28)關(guān)閉或打開泵浦電源(5)，對(duì)應(yīng)白光光源或紅外激光光源；多光成像單元(9)與圖像處理單元(20)連接，成像結(jié)果由圖像處理單元(20)判斷圖像清晰度，在白光光源下的成像結(jié)果達(dá)不到清晰度要求時(shí)，中央處理器(28)打開泵浦電源(5)提供紅外激光光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:由中央處理器(28)、圖像處理單元(20)、多光成像單元(9)、紅外激光光源(I)、光敏電阻(75)、人機(jī)交互單元(30)、測(cè)量機(jī)電源單元(29)構(gòu)成自主成像系統(tǒng)，執(zhí)行自主成像過程的工作步驟如下， 步驟1，進(jìn)行成像光源初始選擇，實(shí)現(xiàn)如下， 在白光光通量足以使雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊(18)白光成像時(shí)，光敏電阻(75)的信號(hào)口處于閉合狀態(tài)，中央處理器(28)關(guān)閉泵浦電源(5)，進(jìn)入步驟2;白光光通量不足以雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊(18)白光成像時(shí),光敏電阻(75)的信號(hào)口處于常開狀態(tài)，中央處理器(28)開啟泵浦電源(5)，紅外激光光源(I)照射目標(biāo)，多光成像單元(9)接受自目標(biāo)返回的紅外激光，進(jìn)入步驟4， 步驟2，白光光源下，對(duì)良好能見度及霧霾環(huán)境的自適應(yīng)和成像光源的自主選擇，實(shí)現(xiàn)如下， 中央處理器(28)讀取調(diào)焦鏡(16)的調(diào)焦標(biāo)定值驅(qū)動(dòng)第四電機(jī)(14)依次到達(dá)各相應(yīng)標(biāo)定位置，在每個(gè)相應(yīng)標(biāo)定位置，白光信號(hào)經(jīng)由多光成像單元(9)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后到達(dá)圖像處理單元(20)，圖像處理單元(20)獲取圖像值并比較，記錄使圖像值最大的第四電機(jī)(14)標(biāo)定位置為使圖像最清晰處； 中央處理器(28)對(duì)目標(biāo)景物的所有圖像值進(jìn)行分析處理，若圖像值的最大值與最小值之差的絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Ql，則判定測(cè)站處于良好能見度環(huán)境，進(jìn)入步驟3 ; 若圖像值的最大值與最小值之差的絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Ql大于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Q2，則判定測(cè)站處于中度或輕度霧霾環(huán)境，進(jìn)入步驟4 ; 若圖像值的最大值與最小值之差的絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Q2，則判定測(cè)站處于重度霧霾環(huán)境，中央處理器(28)報(bào)警，停止流程； 其中，預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Ql大于預(yù)設(shè)正實(shí)數(shù)Q2 ； 步驟3，基于白光光源的自動(dòng)成像，實(shí)現(xiàn)如下， 首先進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦，中央處理器(28)向第五驅(qū)動(dòng)電路(11)發(fā)出指令，使第四電機(jī)(14)、第六蝸桿(13)轉(zhuǎn)動(dòng)，第五編碼器(10)實(shí)時(shí)記錄第六蝸桿(13)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)同步反饋給中央處理器(28)，中央處理器(28)算出脈沖修正值并據(jù)此發(fā)出下一指令，直到第六蝸桿(13)轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)定的位置并通過第六蝸輪(12)完成對(duì)調(diào)焦鏡(16)的焦距調(diào)整； 然后進(jìn)行自動(dòng)成像，白光信號(hào)經(jīng)過物鏡(15)、調(diào)焦鏡(16)和成像鏡組(17)到達(dá)雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊(18)，雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊(18)將白光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳至圖像處理單元(20)，圖像處理單元(20)得到清晰的景物圖像并上傳至中央處理器(28)，完成基于白光光源的自動(dòng)成像任務(wù)，結(jié)束流程； 步驟4，基于紅外激光光源的自動(dòng)成像，實(shí)現(xiàn)如下，首先紅外激光照射范圍準(zhǔn)確覆蓋多光成像單元(9)的視場(chǎng)，由中央處理器(28)同時(shí)完成兩項(xiàng)工作，一是自動(dòng)變倍，包括開啟第四驅(qū)動(dòng)電路(33)，使第五電機(jī)(32)帶動(dòng)第五蝸桿(31)運(yùn)動(dòng)到Pi位置，第五蝸桿(31)帶動(dòng)第五蝸輪(23)使變焦鏡組(22)將多光成像單元(9)的視場(chǎng)調(diào)整到執(zhí)行第i類任務(wù)所需的大小，第四編碼器(34)將第五蝸桿(31)的實(shí)際到達(dá)位置上傳給中央處理器(28) ;二是視場(chǎng)與照射范圍重合，包括向第三驅(qū)動(dòng)電路(8)發(fā)出指令使第三電機(jī)(7)帶動(dòng)紅外激光調(diào)焦鏡(3)運(yùn)動(dòng)到Qi位置，使紅外激光光源(I)的照射范圍正好覆蓋多光成像單兀(9)的視場(chǎng)； 其中，標(biāo)定常數(shù)Pi是多光成像單元(9)的視場(chǎng)執(zhí)行第i類任務(wù)時(shí)的視場(chǎng)，稱為Pi成像視場(chǎng)，i=l, 2，3，.....J，J為總類數(shù)，標(biāo)定常數(shù)Qi是與Pi —一對(duì)應(yīng)的紅外激光聚焦值，紅外激光調(diào)焦鏡(3)處于Qi位置時(shí)紅外激光照射范圍與Pi成像視場(chǎng)重合，Pi被標(biāo)定后，Qi根據(jù)Pi標(biāo)定； 然后進(jìn)行自動(dòng)成像，從目標(biāo)景物返回的紅外激光信號(hào)通過物鏡(15)、調(diào)焦鏡(16)、成像鏡組(17)到達(dá)雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊(18)，雙濾光片結(jié)構(gòu)CCD模塊(18)將紅外激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳至圖像處理單元(20)，圖像處理單元(20)得到清晰景物圖像并上傳至中央處理器(28)，完成基于紅外激光光源的自動(dòng)成像任務(wù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:通過航向姿態(tài)單元(59)、偏心輪單元(27)、高頻測(cè)距單元(26)同步工作，完成高頻測(cè)距單元(26)在多光成像單元(9)視場(chǎng)內(nèi)的掃描式自動(dòng)測(cè)距，獲得距離數(shù)據(jù)點(diǎn)陣云以及與每個(gè)距離數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，生成三維野外實(shí)景影像；通過設(shè)定姿態(tài)運(yùn)動(dòng)起止點(diǎn)位置，支持在任意界定工作范圍或環(huán)繞測(cè)站360°的全景工作范圍生成三維野外實(shí)景影像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:中央處理器(28)、偏心輪單元(27)、第一蝸輪蝸桿組(77)、第一電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路(79)、第六編碼器(78)、第二橫軸(76)、高頻測(cè)距單元(26)、姿態(tài)測(cè)控處理器(40)、航向姿態(tài)單元(59)、仰俯姿態(tài)單元(41)、姿態(tài)測(cè)控機(jī)電源單元(74)、圖像處理單元(20)、光敏電阻(75)、多光成像單元(9)、紅外激光光源(I)、光敏電阻(75)、人機(jī)交互單元(30)、測(cè)量機(jī)電源單元(29)、全球定位單元(36)、通信單元(37)構(gòu)成掃描式自動(dòng)測(cè)距和同步自動(dòng)定姿系統(tǒng)，執(zhí)行自動(dòng)生成任意形狀、任意幅面大小的三維野外實(shí)景影像，通過全景圖像的無重疊拼接現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)生成全景三維實(shí)景影像； 所述自動(dòng)生成任意形狀、任意幅面大小的三維野外實(shí)景影像的工作步驟如下， 1)任意界定工作范圍，實(shí)現(xiàn)如下， 在人機(jī)交互單元(30)的觸摸屏顯示的二維野外實(shí)景影像上勾勒任意形狀的閉合曲線C，中央處理器(28)將C所包圍的區(qū)域M界定為工作范圍， 偏心輪單元(27)按中央處理器(28)的指令界定高頻測(cè)距單元(26)沿仰俯方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起止點(diǎn)位置，包括將其在豎軸(60)的中軸線與高頻測(cè)距單元(26)的光軸構(gòu)成的平面內(nèi)繞第二橫軸(76)的中軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起止點(diǎn)位置全部落在閉合曲線C上； 航向姿態(tài)單元(59)按中央處理器(28)的指令，連續(xù)轉(zhuǎn)過以區(qū)域M的邊界為起止點(diǎn)的航向角度；偏心輪單元(27)和航向姿態(tài)單元(59)的同步聯(lián)動(dòng)使得工作范圍正好覆蓋了區(qū)域M ； 2)同步測(cè)量，實(shí)現(xiàn)如下， 以全球定位系統(tǒng)時(shí)間為基準(zhǔn)，航向姿態(tài)單元(59)、偏心輪單元(27)、高頻測(cè)距單元(26)同步工作，完成高頻測(cè)距單元(26)在多光成像單元(9)視場(chǎng)內(nèi)的掃描式自動(dòng)測(cè)距，在且只在I)所界定工作范圍內(nèi)獲得距離數(shù)據(jù)點(diǎn)陣云以及與每個(gè)距離數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的三維姿態(tài)數(shù)據(jù)； 所述航向姿態(tài)單元(59)進(jìn)行航向運(yùn)動(dòng)，中央處理器(28)指令姿態(tài)測(cè)控處理器(40)將航向角調(diào)整到起始位置并連續(xù)運(yùn)動(dòng)到停止位置，姿態(tài)測(cè)控處理器(40)通過航向姿態(tài)單元(59)執(zhí)行并完成指令； 所述偏心輪單元(27)進(jìn)行仰俯運(yùn)動(dòng)，中央處理器(28)指令偏心輪單元(27)將仰俯角的擺動(dòng)幅度調(diào)整到從起始位置至停止位置所界定的范圍，并帶動(dòng)高頻測(cè)距單元(26)在所界定的范圍內(nèi)沿豎軸(60)的中軸線方向往復(fù)擺動(dòng)，高頻測(cè)距單元(26)同步工作，連續(xù)獲取距離數(shù)據(jù)；偏心輪單元(27)執(zhí)行并完成的指令包括，將仰俯角的擺動(dòng)幅度鎖定在從起始位置至停止位置所界定的范圍，并將電機(jī)的單向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為平滑的連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)高頻測(cè)距單元(26)的激光發(fā)射管和激光接收管以高頻測(cè)距單元(26)的質(zhì)量中心為圓心、以所述擺動(dòng)幅度為運(yùn)動(dòng)范圍、在豎軸(60)的中軸線與高頻測(cè)距單元(26)的光軸構(gòu)成的平面內(nèi)繞第二橫軸(76)的中軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)； 3)空間匹配，在目標(biāo)景物影像上生成三維大地坐標(biāo)點(diǎn)陣云； 4)自動(dòng)生成任意形狀、任意幅面大小的三維野外實(shí)景影像，包括由中央處理器(28)運(yùn)行包括非線性K最近鄰點(diǎn)算法在內(nèi)的數(shù)據(jù)挖掘程序，在所述二維野外實(shí)景影像中利用已知的三維大地坐標(biāo)點(diǎn)陣云向無三維大地坐標(biāo)的點(diǎn)推算三維大地坐標(biāo)，在區(qū)域M上獲得三維野外實(shí)景影像； 所述現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)生成全景三維實(shí)景影像的工作步驟如下， 中央處理器(28)同步完成四項(xiàng)工作，一是按照設(shè)定的仰俯角工作范圍設(shè)置偏心輪單元(27)在仰俯角方向的運(yùn)動(dòng)起止位置,啟動(dòng)偏心輪單元(27)在指定范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)并同步向中央處理器(28)返回其 仰俯姿態(tài)數(shù)據(jù)；二是開啟高頻測(cè)距單元(26)使其連續(xù)測(cè)距并同步向中央處理器(28)返回距離數(shù)據(jù)；三是開啟航向姿態(tài)單元(59)使其連續(xù)轉(zhuǎn)過360°并同步向中央處理器(28)返回航向數(shù)據(jù)；四是，在不同仰俯角，按航向角完成環(huán)繞測(cè)站360°的二維野外實(shí)景影像拍攝，通過無重疊拼接生成環(huán)繞測(cè)站360°的全景二維野外實(shí)景影像，在環(huán)繞測(cè)站360°的全景二維野外實(shí)景影像上自動(dòng)生成三維影像，得到環(huán)繞測(cè)站360°的全景三維野外實(shí)景影像。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:由中央處理器(28)、圖像處理單元(20)、多光成像單元(9)、紅外激光光源(1)、光敏電阻(75)、人機(jī)交互單元(30)、測(cè)量機(jī)電源單元(29)、航向姿態(tài)單元(59)、仰俯姿態(tài)單元(41)、遠(yuǎn)程測(cè)距單元(25)、精密測(cè)距單元(24)、第一橫軸(42)、豎軸(60)、高頻測(cè)距單元(26)、第二橫軸(76)、全球定位單元(36)、通信單元(37)構(gòu)成三維大地坐標(biāo)自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)，執(zhí)行自動(dòng)遙測(cè)獲取被測(cè)目標(biāo)的三維大地坐標(biāo)， 所述自動(dòng)遙測(cè)獲取被測(cè)目標(biāo)的三維大地坐標(biāo)的工作步驟如下， 1)基于影像的自動(dòng)精確瞄準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)如下， 在人機(jī)交互單元(30)的觸摸屏顯示的二維野外實(shí)景影像中點(diǎn)擊目標(biāo)點(diǎn)，中央處理器(28)自動(dòng)將多光成像單元(9)的視場(chǎng)調(diào)至最小，放大倍數(shù)達(dá)到最大，并在多光成像單元(9)獲取的高倍光學(xué)放大后的目標(biāo)點(diǎn)實(shí)景影像上進(jìn)行數(shù)碼變焦放大，獲得光學(xué)和數(shù)碼兩級(jí)放大后的目標(biāo)點(diǎn)清晰影像，在其中選定被測(cè)目標(biāo)；點(diǎn)擊被測(cè)目標(biāo)，仰俯姿態(tài)單元(41)、航向姿態(tài)單元(59)瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)，并將所獲航向姿態(tài)數(shù)據(jù)和仰俯姿態(tài)數(shù)據(jù)上傳給中央處理器(28)； 2)基于自動(dòng)精確瞄準(zhǔn)的自動(dòng)測(cè)距，實(shí)現(xiàn)如下， 中央處理器(28)根據(jù)距離采用遠(yuǎn)程測(cè)距單元(25)、高頻測(cè)距單元(26)或精密測(cè)距單元(24)對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行距離測(cè)量，得到距離數(shù)據(jù)； 3)自動(dòng)獲取被測(cè)目標(biāo)的三維大地坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)如下， 中央處理器(28)根據(jù)測(cè)站數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)解算得到被測(cè)目標(biāo)的三維大地坐標(biāo)，所述目標(biāo)數(shù)據(jù)包括I)所得航向姿態(tài)數(shù)據(jù)和仰俯姿態(tài)數(shù)據(jù)、2)所得距離數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:通過自動(dòng)成像過程在搜索范圍連續(xù)獲取野外實(shí)景影像，通過圖像識(shí)別單元(19)從野外實(shí)景影像中識(shí)別特定目標(biāo)，并通過仰俯姿態(tài)單元(41)和航向姿態(tài)單元(59)跟蹤特定目標(biāo)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:由中央處理器(28)、遠(yuǎn)程測(cè)距單元(25)、圖像識(shí)別單元(19)、圖像處理單元(20)、多光成像單元(9)、紅外激光光源(I)、光敏電阻(75)、人機(jī)交互單元(30)、全球定位單元(36)、通信單元(37)、測(cè)量機(jī)電源單元(29)、航向姿態(tài)單元(59)、仰俯姿態(tài)單元(41)、第一橫軸(42)、豎軸(60)、第二蝸輪蝸桿組(83)、第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路(21)、第七編碼器(81)、第三離合器(82)、第三橫軸(80)構(gòu)成移動(dòng)目標(biāo)跟蹤測(cè)量系統(tǒng)，執(zhí)行自主跟蹤測(cè)量移動(dòng)目標(biāo)， 所述自主跟蹤測(cè)量移動(dòng)目標(biāo)的工作步驟如下， 1)自主搜索目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)如下， 輸入搜索范圍后，中央處理器(28)協(xié)調(diào)相關(guān)工作單元同步工作，包括閉合第一離合器(43)、第二離合器(61)、第三離合器(82)，第二電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路(21)、第二蝸輪蝸桿組(83)和航向姿態(tài)單元(59)帶動(dòng)紅外激光光源(1)、多光成像單元(9)連續(xù)運(yùn)動(dòng)，循環(huán)覆蓋搜索范圍；紅外激光光源(1)、多光成像單元(9)、圖像處理單元(20)按自動(dòng)成像過程，在搜索范圍內(nèi)連續(xù)獲取野外實(shí)景影像； 2)自主發(fā)現(xiàn)、識(shí)別目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)如下， 圖像識(shí)別單元(19)通過比對(duì)野外實(shí)景影像數(shù)據(jù)和特定目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)和識(shí)別特定目標(biāo)；當(dāng)圖像識(shí)別單元(19)不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成圖像識(shí)別任務(wù)時(shí)，中央處理器(28)自行啟動(dòng)通信單元(37)鏈接后方數(shù)據(jù)中心，通過云計(jì)算和云端庫完成圖像識(shí)別任務(wù)； 3)自主跟蹤瞄準(zhǔn)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)如下， 中央處理器(28)以圖像識(shí)別單元(19)提供的識(shí)別結(jié)果為跟蹤對(duì)象，指令仰俯姿態(tài)單元(41)和航向姿態(tài)單元(59)帶動(dòng)紅外激光光源(I)、多光成像單元(9)連續(xù)運(yùn)動(dòng)，使跟蹤對(duì)象的影像始終保持在野外實(shí)景影像中的分劃中心位置，使多光成像單元(9)的光軸始終保持瞄準(zhǔn)跟蹤對(duì)象，仰俯姿態(tài)單元(41)和航向姿態(tài)單元(59)同步向中央處理器(28)反饋?zhàn)藨B(tài)數(shù)據(jù)； 4)基于跟蹤瞄準(zhǔn)的自主跟蹤測(cè)距，實(shí)現(xiàn)如下， 遠(yuǎn)程測(cè)距單元(25)對(duì)多光成像單元(9)瞄準(zhǔn)的跟蹤對(duì)象連續(xù)測(cè)距并同步向中央處理器(28)反饋距離數(shù)據(jù)； 5)自主跟蹤測(cè)量，實(shí)現(xiàn)如下， 中央處理器(28)根據(jù)測(cè)站數(shù) 據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)連續(xù)解算出跟蹤對(duì)象的實(shí)時(shí)三維大地坐標(biāo)； 6)對(duì)目標(biāo)的重新鎖定，實(shí)現(xiàn)如下， 若多光成像單元(9)在跟蹤特定目標(biāo)的過程中失鎖，則中央處理器(28)根據(jù)對(duì)特定目標(biāo)三維大地坐標(biāo)的跟蹤測(cè)量數(shù)據(jù)推算其下一時(shí)刻可能出現(xiàn)的空間位置，通過仰俯姿態(tài)單元(41)和航向姿態(tài)單元(59)使紅外激光光源(I)、多光成像單元(9)逐次瞄準(zhǔn)這些空間位置，等待特定目標(biāo)的再次出現(xiàn)； 7)同步數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)如下， 中央處理器(28)通過通信單元(37)向后方數(shù)據(jù)中心或其它需要獲知信息的設(shè)備同步傳輸特定目標(biāo)的實(shí)時(shí)影像和實(shí)時(shí)三維大地坐標(biāo)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:對(duì)選擇形變測(cè)量對(duì)象中任意多個(gè)需要監(jiān)測(cè)的目標(biāo)地物為被測(cè)目標(biāo)，對(duì)各被測(cè)目標(biāo)持續(xù)監(jiān)測(cè)，包括在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)獲取被測(cè)目標(biāo)的影像、瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)、測(cè)站至被測(cè)目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)、被測(cè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)，得到形變測(cè)量對(duì)象的形變數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自主測(cè)繪機(jī)，其特征在于:由中央處理器(28)、精密測(cè)距單元(24)、圖像識(shí)別單元(19)、圖像處理單元(20)、多光成像單元(9)、紅外激光光源(I)、光敏電阻(75)、人機(jī)交互單元(30)、測(cè)量機(jī)電源單元(29)、航向姿態(tài)單元(59)、仰俯姿態(tài)單元(41)、第一橫軸(42)、豎軸(60)構(gòu)成形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，執(zhí)行基于野外地物影像、圖像識(shí)別和三維坐標(biāo)測(cè)量的形變監(jiān)測(cè)， 所述基于野外地物影像、圖像識(shí)別和三維坐標(biāo)測(cè)量的形變監(jiān)測(cè)的工作步驟如下， I)學(xué)習(xí)形變測(cè)量對(duì)象，實(shí)現(xiàn)如下， 在人機(jī)交互單元(30)的觸摸屏上選擇形變測(cè)量對(duì)象中任意多個(gè)需要監(jiān)測(cè)的目標(biāo)地物為被測(cè)目標(biāo)，中央處理器(28)協(xié)同各相關(guān)工作單元獲取并存儲(chǔ)每個(gè)目標(biāo)地物的相關(guān)信息，得到學(xué)習(xí)成果如下，帶有中心點(diǎn)分劃的被測(cè)目標(biāo)影像數(shù)據(jù)，簡稱起始影像； 瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，簡稱起始姿態(tài)； 測(cè)站至被測(cè)目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)，起始距離； 被測(cè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)，簡稱起始坐標(biāo)； 測(cè)量被測(cè)目標(biāo)三維坐標(biāo)的時(shí)間，簡稱起始時(shí)間； 2)再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)地物，實(shí)現(xiàn)如下， 中央處理器(28)協(xié)同各相關(guān)工作單元按設(shè)定的時(shí)間間隔開始工作，完成4項(xiàng)任務(wù)如下， 通過仰俯姿態(tài)單元(41)和航向姿態(tài)單元(59)將瞄準(zhǔn)姿態(tài)調(diào)整到起始姿態(tài)； 通過紅外激光光源(I)、多光成像單元(9)、圖像處理單元(20)再次獲得帶有中心點(diǎn)分劃的目標(biāo)地物影像數(shù)據(jù)，簡稱再次影像； 通過圖像識(shí)別單元(19)在起始影像中挖掘再次影像數(shù)據(jù)，使兩個(gè)影像的中心點(diǎn)分劃位置都在起始影像 上出現(xiàn)； 中央處理器(28)通過兩個(gè)中心點(diǎn)分劃在起始影像上的位置差計(jì)算得出再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)地物的姿態(tài)調(diào)整參數(shù)，仰俯姿態(tài)單元(41)和航向姿態(tài)單元(59)按照姿態(tài)調(diào)整參數(shù)將瞄準(zhǔn)姿態(tài)調(diào)整到目標(biāo)地物上，獲得自主測(cè)繪機(jī)再次瞄準(zhǔn)目標(biāo)地物時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，簡稱再次姿態(tài)； 3)再次測(cè)量目標(biāo)地物，實(shí)現(xiàn)如下， 中央處理器(28)協(xié)同各相關(guān)工作單元再次測(cè)量目標(biāo)地物，通過精密測(cè)距單元(24)再次測(cè)量并再次獲得測(cè)站至目標(biāo)地物之間的距離數(shù)據(jù)，簡稱再次距離； 中央處理器(28)根據(jù)再次距離、再次姿態(tài)和測(cè)站三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)解算出目標(biāo)地物的三維坐標(biāo)， 簡稱再次坐標(biāo)； 獲取再次坐標(biāo)的時(shí)間簡稱再次時(shí)間； 4)獲得目標(biāo)地物的位移矢量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)如下， 起始坐標(biāo)和起始時(shí)間、再次坐標(biāo)和再次時(shí)間分別刻劃了兩個(gè)4維時(shí)空點(diǎn)，前者是在起始時(shí)間獲得的目標(biāo)地物三維坐標(biāo)，后者是在再次時(shí)間獲得的目標(biāo)地物三維坐標(biāo)；以前者為起點(diǎn)，后者為終點(diǎn)，獲得目標(biāo)地物在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的位移矢量； 5)獲得形變測(cè)量對(duì)象的形變數(shù)據(jù)，多個(gè)目標(biāo)地物在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的位移矢量構(gòu)成的集合刻劃了測(cè)量對(duì)象在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的形變。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK103868504SQ201410113373
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】許凱華 申請(qǐng)人:許凱華