一種智能化激光三維信息測量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能化激光三維信息測量儀，其包括掃描定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)以及無線發(fā)射及接收系統(tǒng)；所述掃描定位系統(tǒng)包括用于確定觀測點(diǎn)位置的GPS定位系統(tǒng)，用于測量觀測點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)直線距離的激光測距傳感系統(tǒng)，用于測量激光測距傳感系統(tǒng)水平旋轉(zhuǎn)角度的電子羅盤，以及用于測量所述激光測距傳感系統(tǒng)上下俯仰角度的傾斜傳感系統(tǒng)。本發(fā)明功能齊全，造價低廉，且自動化連續(xù)高效測量，并且能夠在全天候條件下，通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控進(jìn)行瞄準(zhǔn)和動態(tài)物體追蹤，掃描完畢后還可以實(shí)時將數(shù)據(jù)發(fā)回后方工作人員，簡單而高效。
【專利說明】ー種智能化激光三維信息測量儀
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及計算機(jī)測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域，特別涉及ー種智能化激光三維信息測量儀。
【背景技術(shù)】
[0003]三維激光掃描技術(shù)又被稱為實(shí)景復(fù)制技木，是測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測量方法，具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢.三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。
[0004]三維激光掃描技術(shù)是近年來出現(xiàn)的新技術(shù)，在國內(nèi)越來越引起研究領(lǐng)域的關(guān)注。它是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速復(fù)建出被測目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。由于三維激光掃描系統(tǒng)可以密集地大量獲取目標(biāo) 對象的數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此相對于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測量，三維激光掃描技術(shù)也被稱為從單點(diǎn)測量進(jìn)化到面測量的革命性技術(shù)突破。該技術(shù)在建筑、規(guī)劃、土木工程、建筑監(jiān)測、災(zāi)害評估、等領(lǐng)域也有了很多的應(yīng)用。三維激光掃描系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集的硬件部分和數(shù)據(jù)處理的軟件部分。
[0005]市場上現(xiàn)有的測繪用全站儀或三維激光掃描儀，有以下問題:
1、只能在靜止的狀態(tài)下測量靜態(tài)的物體，無法在動態(tài)的平臺上測動態(tài)的物體?，F(xiàn)有的測繪用全站儀或掃描儀只能在儀器整平后，用望遠(yuǎn)鏡人工瞄準(zhǔn)物體進(jìn)行靜態(tài)單點(diǎn)測量，掃描測量的效率低下，且測量儀器主體在上下左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的過程中沒有辦法進(jìn)行連續(xù)高速測量，因此在進(jìn)行如大型物體的精細(xì)三維掃描測量過程中，人工瞄準(zhǔn)會耗費(fèi)巨大的時間成本；且在動態(tài)物體(如空中飛行的飛機(jī)瞄準(zhǔn))時，人工瞄準(zhǔn)又會出現(xiàn)明顯滯后于運(yùn)動物體，無法實(shí)時瞄準(zhǔn)物體測量的情況；如果儀器放置在運(yùn)動的船上測量運(yùn)動的飛機(jī)，對于傳統(tǒng)的三維激光掃描儀或全站儀也是無法實(shí)現(xiàn)的難題。
[0006]2、需要人工現(xiàn)場操作進(jìn)行掃描儀的定位定向，且無法遠(yuǎn)程控制。由于現(xiàn)有的掃描儀無法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)掃描儀自身的實(shí)時的坐標(biāo)定位和定向，需要人工通過其他輔助設(shè)備進(jìn)行定位和定向，而實(shí)際工作中，常常遇到因環(huán)境危險，無法派人長時間操作儀器，或無法全天候不間斷測量的情況，傳統(tǒng)的儀器因離不開人的現(xiàn)場操作，所有具有一定的局限性。
[0007]因此，就需要ー種自身帶有高精度GPS和電子羅盤(或陀螺定向)裝置，能夠在全天候條件下，通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控進(jìn)行瞄準(zhǔn)和動態(tài)物體追蹤，同時通過無線控制馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以進(jìn)行高精度掃描測量的三維掃描設(shè)備，掃描完畢后還可以實(shí)時將數(shù)據(jù)發(fā)回辦公室。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明公開了一種功能齊全，造價低廉，且自動化連續(xù)高效測量的激光三維信息測量儀。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種智能化激光三維信息測量儀包括掃描定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)以及無線發(fā)射及接收系統(tǒng)；
所述掃描定位系統(tǒng)包括用于確定觀測點(diǎn)位置的GPS定位系統(tǒng)，用于測量觀測點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)直線距離的激光測距傳感系統(tǒng)，用于測量激光測距傳感系統(tǒng)水平旋轉(zhuǎn)角度的電子羅盤，以及用于測量所述激光測距傳感系統(tǒng)上下俯仰角度的傾斜傳感系統(tǒng)；
所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于跟蹤和采集被觀測的目標(biāo)物圖像；
所述驅(qū)動系統(tǒng)用于驅(qū)動所述掃描定位系統(tǒng)水平在水平方向擺動或上下俯仰轉(zhuǎn)動；所述計算機(jī)控制系統(tǒng)通過所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和鎖定被測物，向所述驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出指令驅(qū)動所述掃描定位系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)在水平或上下方向轉(zhuǎn)動，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)跟蹤被測物的同時掃描定位系統(tǒng)對被測物輪廓各點(diǎn)進(jìn)行掃描，并將信息反饋給計算機(jī)控制系統(tǒng)，計算機(jī)控制系統(tǒng)通過所述無線發(fā)射及接收系統(tǒng)無線發(fā)出和接收信息。
[0011]進(jìn)一步，所述激光測距傳感系統(tǒng)為高頻激光測距傳感器。
[0012]進(jìn)一步，所述高頻激光測距傳感器所發(fā)出的光為紅外光和綠光。
[0013]進(jìn)一步，所述傾斜傳感系統(tǒng)為高頻精密測角系統(tǒng)。
[0014]進(jìn)一步，所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)為自動調(diào)焦高清攝像機(jī)；所述計算機(jī)控制系統(tǒng)為小型計算機(jī)或單片機(jī)。
[0015]進(jìn)一步，所述激光三維信息測量儀還包括底座、安裝臺、支架；所述安裝臺可水平轉(zhuǎn)動安裝在底座上，支架可上下轉(zhuǎn)動地安裝在安裝臺的支座上，所述掃描定位系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)可拆卸安裝在支架上。
[0016]進(jìn)一步，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括水平旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和上下旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，所述水平旋轉(zhuǎn)馬達(dá)用于驅(qū)動所述安裝臺在水平方向上轉(zhuǎn)動，所述上下旋轉(zhuǎn)馬達(dá)用于驅(qū)動所述支架上下轉(zhuǎn)動。
[0017]進(jìn)一步，所述支架左右兩側(cè)面鏡像設(shè)置有連接軸，該兩根連接軸分別通過滾珠軸承安裝在所述支座上對應(yīng)設(shè)置的安裝孔內(nèi)；所述兩根連接軸的的任一根頂端安裝有傳動齒輪，所述上下旋轉(zhuǎn)馬達(dá)通過傳動齒輪驅(qū)動所述支架上下俯仰轉(zhuǎn)動。
[0018]進(jìn)一步，所述傳動齒輪為消隙齒輪。
[0019]進(jìn)一步，所述計算機(jī)控制系統(tǒng)還包括液晶屏操控系統(tǒng)和USB接口。
[0020]進(jìn)一步,所述計算機(jī)控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)為Windows操作系統(tǒng)。
[0021]進(jìn)一步，若干臺所述測量儀由一臺計算機(jī)系統(tǒng)控制，若干臺測量儀從不同方位且同步對被測物進(jìn)行跟蹤測量，所獲信息由計算機(jī)系統(tǒng)綜合處理后能夠即可獲取被測物的三維信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為多臺測量儀協(xié)同工作示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明一種智能化激光三維信息測量儀包括掃描定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)以及無線發(fā)射及接收系統(tǒng)；
掃描定位系統(tǒng)包括用于確定觀測點(diǎn)位置的GPS定位系統(tǒng)，用于測量觀測點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)直線距離的激光測距傳感系統(tǒng)，用于測量激光測距傳感系統(tǒng)水平旋轉(zhuǎn)角度的電子羅盤，以及用于測量激光測距傳感系統(tǒng)上下俯仰角度的傾斜傳感系統(tǒng)。
[0025]驅(qū)動系統(tǒng)用于驅(qū)動掃描定位系統(tǒng)水平在水平方向擺動或上下俯仰轉(zhuǎn)動；
計算機(jī)控制系統(tǒng)通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和鎖定被測物，向驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出指令驅(qū)動掃描定位系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)在水平或上下方向轉(zhuǎn)動，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)跟蹤被測物的同時掃描定位系統(tǒng)對被測物輪廓各點(diǎn)進(jìn)行掃描，并將信息反饋給計算機(jī)控制系統(tǒng)，計算機(jī)控制系統(tǒng)通過無線發(fā)射及接收系統(tǒng)無線發(fā)出和接收信息。傾斜傳感系統(tǒng)為高頻精密測角儀。視頻監(jiān)控系統(tǒng)為自動調(diào)焦高清攝像機(jī)；計算機(jī)控制系統(tǒng)為小型計算機(jī)或單片機(jī)。
[0026]視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于跟蹤和采集被觀測的目標(biāo)物圖像；本實(shí)施例中視頻監(jiān)控系統(tǒng)為自動調(diào)焦高清攝像機(jī)，其主要功能是在遠(yuǎn)程控制的時候，通過視頻中的十字絲來瞄準(zhǔn)被測物體，如果物體是運(yùn)動的，計算機(jī)控制系統(tǒng)則可以通過對視頻圖形幾何形狀分析，確定動態(tài)物體的中心點(diǎn)在視場中的位置，從遠(yuǎn)距離遙控馬達(dá)進(jìn)行水平和垂直旋轉(zhuǎn)，瞄準(zhǔn)被測物體進(jìn)行高頻掃描測量，再綜合激光反射信號的強(qiáng)度進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)據(jù)分析和校驗(yàn)。該系統(tǒng)可將現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)與對應(yīng)的圖像經(jīng)計算機(jī)控制系統(tǒng)處理和無線發(fā)射極接收系統(tǒng)發(fā)送給后方的工作人員。
[0027]通過獲取一線和兩個角度的測量數(shù)值，可以很容易地計算出目標(biāo)點(diǎn)相對于觀測點(diǎn)的相對坐標(biāo)(X丨,X'，Z )，后與GPS定位系統(tǒng)測得的坐標(biāo)值(Xtl, Y0, Z0)相加，即可獲得目標(biāo)點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)值(X，Y，Z)。因此用電子羅盤(或陀螺)及高頻精密測角儀和激光測距系統(tǒng)觀測被測體多點(diǎn)后，便可將被測體的外形和輪廓用三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行表達(dá)。
[0028]激光測距傳感系統(tǒng)為高頻激光測距傳感器。高頻激光測距傳感器所發(fā)出的光為紅外光和綠光。傳統(tǒng)的激光器選用紅外光，但是在陽光下可視情況較差，本發(fā)明在激光器的選擇上不僅保留了紅外光，并且首次使用遠(yuǎn)距離可視、陽光下可視的綠光作為導(dǎo)向光源。使得該系統(tǒng)具備靈敏度高、測量距離遠(yuǎn)和分辨率高的特點(diǎn)。
[0029]另外，GPS定位系統(tǒng)主要是在測試初始時，建立各個測試基準(zhǔn)點(diǎn)(觀測點(diǎn))的坐標(biāo)系，為以后整理三維信息數(shù)據(jù)時，提供基準(zhǔn)坐標(biāo)系信息。在測量過程中需要建多個觀測點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的放置反光棱鏡的測量方式不僅增加工作量且測量會產(chǎn)生累計誤差，而將GPS定位系統(tǒng)與儀器本身融合不僅簡化現(xiàn)場測量人員的工作，而且提高了測量的精度。
[0030]激光三維信息測量儀還包括底座10、安裝臺20、支架30 ;安裝臺20可水平轉(zhuǎn)動安裝在底座10上，支架30可上下轉(zhuǎn)動地安裝在安裝臺20的支座21上，掃描定位系統(tǒng)40和視頻監(jiān)控系統(tǒng)50可拆卸安裝在支架30上。
[0031]驅(qū)動系統(tǒng)60包括水平旋轉(zhuǎn)馬達(dá)61和上下旋轉(zhuǎn)馬達(dá)65，水平旋轉(zhuǎn)馬達(dá)61用于驅(qū)動安裝臺20在水平方向轉(zhuǎn)動，上下旋轉(zhuǎn)馬達(dá)65用于驅(qū)動支架30上下轉(zhuǎn)動。
[0032]支架30左右兩側(cè)面鏡像設(shè)置有連接軸31，該兩根連接軸31分別通過滾珠軸承33安裝在支座21上對應(yīng)設(shè)置的安裝孔內(nèi)；兩根連接軸的的一根頂端安裝有傳動齒輪35，上下旋轉(zhuǎn)馬達(dá)65通過傳動齒輪驅(qū)動支架30上下俯仰轉(zhuǎn)動。傳動齒輪35為消隙齒輪。[0033]現(xiàn)有技術(shù)中連接軸為半浮動立軸結(jié)構(gòu)，本發(fā)明通過采用滾珠軸承使得支架更加靈活和不易卡死。另外本發(fā)明采用了特殊的消隙齒輪，這種齒輪采用兩片齒輪同心疊放，兩片齒輪夾縫中，用彈簧使兩片齒輪連接，當(dāng)我們安裝此消隙齒輪前將兩個齒輪錯位旋轉(zhuǎn)一定角度，然后和另一個普通齒輪咬合，這樣消隙齒輪的一個齒輪盤一個順時針施加力量，另一個齒輪盤逆時針施加力量，將普通齒輪的齒緊密的夾在中間。這種消齒輪消除了齒輪傳動的縫隙造成的誤差，因而可以通過電機(jī)控制掃描儀精密的旋轉(zhuǎn)而達(dá)到極小的誤差，因此在配合激光測距傳感器、電子羅盤測量時時能夠達(dá)到高速精度轉(zhuǎn)動，從而將觀測點(diǎn)的的三維空間坐標(biāo)精確化確定。
[0034]計算機(jī)控制系統(tǒng)還包括液晶屏操控系統(tǒng)80和USB接口(未示出)。
[0035]計算機(jī)控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)為Windows操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對所測對象的輪廓線、特征線進(jìn)行處理，以最少觀測值描述被測體，并計算出體積、面積等值，并在屏幕上顯示被測體特性。電子觸屏的設(shè)計使得操作變得便捷簡單，現(xiàn)場無需攜帶筆記本電腦便可以進(jìn)行三維數(shù)據(jù)處理及顯示，便于對測量中的不合理進(jìn)行及時調(diào)整。
[0036]如圖3所示，本發(fā)明還可以讓若干臺測量儀(被測物體后面測量儀未示出)由一臺計算機(jī)系統(tǒng)控制，若干臺測量儀從不同方位且同步對被測物進(jìn)行跟蹤測量，所獲信息由計算機(jī)系統(tǒng)綜合處理后能夠即可獲取被測物的三維信息，尤其是對于移動物體在所布設(shè)的若干臺測量儀中間或中上空通過時，多臺測量儀同步工作，可以瞬間獲得該移動物體的三維信息。
[0037]本發(fā)明功能齊全，造價低廉，且自動化連續(xù)高效測量，并且能夠在全天候條件下，通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控進(jìn)行瞄準(zhǔn)和動態(tài)物體追蹤，掃描完畢后還可以實(shí)時將數(shù)據(jù)發(fā)回后方工作人員，簡單而高效。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明ー種智能化激光三維信息測量儀，其特征在于，其包括掃描定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)以及無線發(fā)射及接收系統(tǒng)； 所述掃描定位系統(tǒng)包括用于確定觀測點(diǎn)位置的GPS定位系統(tǒng)，用于測量觀測點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)直線距離的激光測距傳感系統(tǒng)，用于測量激光測距傳感系統(tǒng)水平旋轉(zhuǎn)角度的電子羅盤，以及用于測量所述激光測距傳感系統(tǒng)上下俯仰角度的傾斜傳感系統(tǒng)； 所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于跟蹤和采集被觀測的目標(biāo)物圖像； 所述驅(qū)動系統(tǒng)用于驅(qū)動所述掃描定位系統(tǒng)水平在水平方向擺動或上下俯仰轉(zhuǎn)動； 所述計算機(jī)控制系統(tǒng)通過所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和鎖定被測物，向所述驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出指令驅(qū)動所述掃描定位系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)在水平或上下方向轉(zhuǎn)動，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)跟蹤被測物的同時掃描定位系統(tǒng)對被測物輪廓各點(diǎn)進(jìn)行掃描，并將信息反饋給計算機(jī)控制系統(tǒng)，計算機(jī)控制系統(tǒng)通過所述無線發(fā)射及接收系統(tǒng)無線發(fā)出和接收信息。
2.如權(quán)利要求1所述激光三維信息測量儀，其特征在于，所述激光測距傳感系統(tǒng)為高頻激光測距傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述激光三維信息測量儀，其特征在于，所述高頻激光測距傳感器所發(fā)出的光為紅外光和綠光。
4.如權(quán)利要求1所述激光三維信息測量儀，其特征在于，所述傾斜傳感系統(tǒng)為高頻精密測角儀。
5.如權(quán)利要求1所述激光三維信息測量儀，其特征在于，所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)為自動調(diào)焦高清攝像機(jī)；所述計算機(jī)控制系統(tǒng)為小型計算機(jī)或單片機(jī)。
6.如權(quán)利要求1所述激光三維信息測量儀，其特征在于，其還包括底座、安裝臺、支架；所述安裝臺可水平轉(zhuǎn)動安裝在底座上，支架可上下轉(zhuǎn)動地安裝在安裝臺的支座上，所述掃描定位系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)可拆卸安裝在支架上。
7.如權(quán)利要求6所述激光三維信息測量儀，其特征在于，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括水平旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和上下旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，所述水平旋轉(zhuǎn)馬達(dá)用于驅(qū)動所述安裝臺在水平方向上轉(zhuǎn)動，所述上下旋轉(zhuǎn)馬達(dá)用于驅(qū)動所述支架上下轉(zhuǎn)動。
8.如權(quán)利要求6所述激光三維信息測量儀，其特征在干，所述支架左右兩側(cè)面鏡像設(shè)置有連接軸，該兩根連接軸分別通過滾珠軸承安裝在所述支座上對應(yīng)設(shè)置的安裝孔內(nèi)；所述兩根連接軸的的任一根頂端安裝有傳動齒輪，所述上下旋轉(zhuǎn)馬達(dá)通過傳動齒輪驅(qū)動所述支架上下俯仰轉(zhuǎn)動。
9.如權(quán)利要求8所述激光三維信息測量儀，其特征在于，所述傳動齒輪為消隙齒輪。
10.進(jìn)ー步，所述計算機(jī)控制系統(tǒng)還包括液晶屏操控系統(tǒng)和USB接ロ。
【文檔編號】G01B11/24GK103438829SQ201310388294
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】張帥千, 宮文杰 申請人:北京三維麥普導(dǎo)航測繪技術(shù)有限公司