一種激光掃描測量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光掃描測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種激光掃描測量的方法，同時 還涉及一種激光掃描測量的裝置，它適用于機載、車載移動搭載平臺通用的超小型激光掃 描測量。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光掃描測量系統(tǒng)是一種集激光掃描、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和慣性導航系統(tǒng)等多種 技術(shù)于一身的多功能傳感器系統(tǒng)。激光掃描測量技術(shù)僅需布設(shè)少量的地面基站與地面控制 點，即可實現(xiàn)三維地表信息的快速、高精度采集，成果精度滿足公路定測與施工圖設(shè)計的高 精度要求，代替人工斷面測量，大幅縮短工程測設(shè)周期，減少野外工作量，是一種經(jīng)濟可行 的、易于實施的先進技術(shù)手段。
[0003] 目前有各種車載、機載激光移動測量手段均能滿足公路交通建設(shè)的精度需求，但 從實際應(yīng)用情況來看，現(xiàn)有機載、車載激光掃描測量裝置多存在設(shè)備體積較大、重量較重、 售價昂貴等特點，而且搭載平臺相對單一，不能實現(xiàn)機載、車載移動搭載平臺通用，適用性 相對較差。
[0004] 因此，現(xiàn)有激光掃描測量裝置及方法還有待于更進一步的改進和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述現(xiàn)有激光掃描測量裝置及方法的不足，本發(fā)明的目的是在于提供了一種 激光掃描測量的方法，方法易行，操作簡便，能夠快速高效地進行三維激光掃描和數(shù)碼影像 采集與數(shù)據(jù)處理，成果精度高。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的是在于提供了一種激光掃描測量的裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方 便，輕便易攜帶，能搭載在直升飛機、無人機或汽車移動平臺上的超小型通用一體化激光掃 描測量裝置，在確保測量精度的同時，提高了激光掃描測量裝置的適用性、方便性。
[0007] 為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種激光掃描測量的方法，其包括以下步驟： A、 利用外置計算機完成激光掃描測量的各種參數(shù)設(shè)置，通過中心控制單元對激光掃描 儀、慣性測量裝置、差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和高分辨率數(shù)碼相機進行系統(tǒng)初始化； B、 采用差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和架設(shè)在地面基站的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號接收機同 步而連續(xù)地觀測全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星信號，實時測定激光雷達信號發(fā)射參考點空間位 置，并實時記錄全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星在每秒鐘起始時刻發(fā)出的同步秒脈沖信號； C、 采用慣性測量裝置實時測定激光掃描測量裝置的主光軸姿態(tài)參數(shù)，即俯仰角、側(cè)滾 角和航向角；并與差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)一起構(gòu)成組合導航數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對激光 掃描數(shù)據(jù)和高分辨率數(shù)碼影像數(shù)據(jù)的精確定位； D、 采用激光掃描儀發(fā)射并接收激光脈沖信號，進行激光測距和記錄反射激光強度信 息； E、 采用高分辨率數(shù)碼相機對地面的地物、地貌進行定距離實時拍攝； F、 利用外置計算機動態(tài)顯示激光掃描測量裝置的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)和實時采集數(shù)據(jù)，進行 激光掃描測量的實時監(jiān)控； G、 利用相關(guān)數(shù)據(jù)后處理軟件，完成激光掃描測量裝置采集的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)測量數(shù) 據(jù)、慣性導航測量數(shù)據(jù)、激光掃描數(shù)據(jù)、高分辨率數(shù)碼影像數(shù)據(jù)的處理和數(shù)字產(chǎn)品生成。
[0008] -種激光掃描測量裝置，該裝置包括激光掃描儀、慣性測量裝置、差分全球?qū)Ш叫l(wèi) 星系統(tǒng)、高分辨率數(shù)碼相機、中心控制單元和電源單元。其特征在于：用于發(fā)射并接收激光 脈沖信號進行激光測距的激光掃描儀通過壓接式連接器與中心控制單元相連，用于實時測 定激光雷達信號發(fā)射參考點空間位置并提供秒脈沖信號用于不同數(shù)據(jù)源觀測值之間時間 同步的差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)包括天線和信號接收機，天線通過反極性連接器分別與信號 接收機、激光掃描儀、慣性測量裝置和高分辨率數(shù)碼相機相連，用于實時測定激光掃描測量 裝置主光軸姿態(tài)參數(shù)的慣性測量裝置通過通用串行總線與中心控制單元相連，用于獲取地 面數(shù)字影像的高分辨率數(shù)碼相機通過通用串行總線與中心控制單元相連，用于電源轉(zhuǎn)換與 存儲的電源單元通過魏德米勒連接器與中心控制單元相連，電源單元同時通過申泰連接器 分別為激光掃描儀、慣性測量裝置、差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和高分辨率數(shù)碼相機提供電源 供應(yīng)；用于提供激光掃描儀、慣性測量裝置、差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和高分辨率數(shù)碼相機通 信接口與數(shù)據(jù)鏈路控制的中心控制單元通過局域網(wǎng)接口與外置計算機相連。
[0009] 所述的激光掃描儀為脈沖激光掃描儀，包括激光發(fā)射器、接收器、時間間隔測量裝 置、傳動裝置和計算機，用于測定激光雷達信號發(fā)射參考點到地面激光腳點間距離和反射 激光強度信息。所述的激光掃描儀通過壓接式連接器與中心控制單元相連用于信號傳輸和 數(shù)據(jù)交互，通過反極性連接器與差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的天線相連用于接收秒脈沖信號用 于后數(shù)據(jù)處理時的時間同步； 所述的慣性測量裝置為捷聯(lián)慣性導航裝置，包括加速度計、陀螺儀、導航計算機、存儲 單元，用于實時測定激光掃描測量裝置的主光軸姿態(tài)參數(shù)，即俯仰角、側(cè)滾角和航向角，并 與差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)相結(jié)合實現(xiàn)對激光掃描數(shù)據(jù)和高分辨率數(shù)碼影像的快速定 位。所述的慣性測量裝置通過反極性連接器與差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的天線相連用于接收 秒脈沖信號用于后數(shù)據(jù)處理時的時間同步，通過通用串行總線與信號接收機相連用于差分 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的實時傳輸； 所述的差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)包括天線和信號接收機，天線通過反極性連接器分別與 信號接收機、激光掃描儀、慣性測量裝置和高分辨率數(shù)碼相機相連，用于確定激光雷達信號 發(fā)射參考點的空間位置，同時通過秒脈沖信號記錄瞬間激光掃描儀和高分辨率數(shù)碼相機開 啟脈沖的時間標記； 所述的高分辨率數(shù)碼相機為電荷耦合元件相機，用于拍攝地面數(shù)字影像信息。所述的 高分辨率數(shù)碼相機通過通用串行總線與中心控制單元相連用于信號傳輸和數(shù)據(jù)交互； 所述的中心控制單元包括輸入/輸出控制單元和中央處理器，用于控制激光掃描儀、 慣性測量裝置、差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、高分辨率數(shù)碼相機的協(xié)調(diào)運行，提供傳感器之間及 對外的通信接口與數(shù)據(jù)鏈路控制，實時傳輸激光掃描測量裝置的各種系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)和實時 采集數(shù)據(jù)以實現(xiàn)在外置計算機的動態(tài)顯示與實時監(jiān)控； 所述的電源單元包括電源輸入單元、電源轉(zhuǎn)換單元、電源存儲單元和電源輸出單元，用 于電源轉(zhuǎn)換與電源儲存，負責將外部輸入電源轉(zhuǎn)換為激光掃描測量裝置所需的各種電源并 分別供電。
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果： 1、多種搭載平臺通用，可搭載在無人機、直升飛機、汽車等多種空中、地面移動平臺，用 于激光掃描測量作業(yè)。
[0011] 2、重量輕，整個系統(tǒng)重量約15kg，可用于小型無人機等空中搭載平臺進行超低空 激光掃描測量作業(yè)。
[0012] 3、成本低，本發(fā)明所采用的儀器包括激光掃描儀、慣性測量裝置、差分全球?qū)Ш叫l(wèi) 星系統(tǒng)、高分辨率數(shù)碼相機均為技術(shù)成熟的工業(yè)器件，便于市場化和產(chǎn)品化。
[0013] 采用本發(fā)明提供的一種激光掃描測量的方法，通過將本發(fā)明提供的一種激光掃描 測量裝置搭載在直升飛機上，選取某一新建公路工程進行了機載激光掃描測量，大范圍、高 精度地完成了項目機載激光三維地表數(shù)據(jù)獲取與數(shù)據(jù)處理，快速、高效地