一種車載移動激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種車載移動激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)和終端天線與其他拓展設(shè)備，其中控制系統(tǒng)包括GPS天線、慣性測量單元、中央處理器與數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)以及控制面板和外界拓展接口；其中終端天線與其他拓展設(shè)備還包括多種形式的激光掃描儀、全景相機組件和其他形式的探測設(shè)備。本發(fā)明實現(xiàn)了對商品數(shù)據(jù)進行自動分類，本發(fā)明的車載移動激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)，在硬件集成耦合與信息處理優(yōu)化方面實現(xiàn)突破，實現(xiàn)了各個組成傳感器與控制系統(tǒng)的高效整合和智能的整體控制。
【專利說明】一種車載移動激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動測繪領(lǐng)域，尤其涉及一種移動激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在移動平臺上獲取周圍的地理信息數(shù)據(jù)，并輸出其三維空間數(shù)據(jù)和可視化圖形。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著地理信息系統(tǒng)與數(shù)字城市建設(shè)的發(fā)展與推廣，測繪技術(shù)的自動化與信息化的發(fā)展顯得尤為重要，尤其是激光雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的速度非常迅速。激光雷達(dá)是使用激光器作為發(fā)射光源，采用光電探測技術(shù)為手段的主動遙感設(shè)備。激光雷達(dá)測繪是激光技術(shù)與現(xiàn)代光電探測技術(shù)結(jié)合的先進測繪方式。
[0003]激光雷達(dá)技術(shù)憑借它的高亮度性，高方向性，高單色性和高相干性等幾個特點，在移動測繪領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。然而，現(xiàn)今主流的激光雷達(dá)系統(tǒng)還是有不少不完善的地方。
[0004]1.體積龐大不便于攜帶和轉(zhuǎn)移，對快速移動測繪功能有一定的限制。
[0005]2.制造研發(fā)成本過于昂貴。
[0006]3.測繪速度慢，很難在短時間內(nèi)完成長距離、大跨度和復(fù)雜空間的一次性測繪。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有的移動測圖系統(tǒng)體積過大，重量過重，成本過高，系統(tǒng)兼容性不好等上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種輕便小巧的激光雷達(dá)系統(tǒng)，在硬件集成耦合與信息處理優(yōu)化方面實現(xiàn)突破，實現(xiàn)了各個組成傳感器與控制系統(tǒng)的高效整合和智能的整體控制。
[0008]本發(fā)明提出了一種車載移動激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)(2)和終端天線與其他拓展設(shè)備(3)，其中控制系統(tǒng)2包括GPS天線(4)、慣性測量單元(5)、中央處理器與數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)(6)以及控制面板(7)和外界拓展接口(8);其中終端天線與其他拓展設(shè)備(3)具有多種形式的激光掃描儀(9)、全景相機組件(10)和其他形式的探測設(shè)備(11)，具體地，激光掃描儀(9)、GPS天線(4)和慣性測量單元(5)通過硬件耦合的方式連接，其中，激光掃描儀(9)、GPS天線(4)通過控制系統(tǒng)(2)的中央控制器相連，激光掃描儀(9)、GPS天線(4)通過數(shù)據(jù)線連接。
[0009]優(yōu)選地，其中所述多種形式的激光掃描儀(9)包括:激光雷達(dá)傳感器，用于對激光雷達(dá)探頭發(fā)射的信號被探測目標(biāo)反射產(chǎn)生反射回波進行接收和處理。
[0010]優(yōu)選地，其中所述GPS天線(4)包括:GNSS天線，用于實時收集GPS衛(wèi)星所提供的通用位置與時間信息，獲取記錄測量儀器的實施位置信息。
[0011]優(yōu)選地，其中所述慣性測量單元(5)用于實時記錄測量儀器的動態(tài)姿態(tài)，包括振動、角度、移動速度、移動方向。
[0012]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)執(zhí)行以下數(shù)據(jù)同步過程，步驟1，對時間進行同步；步驟2，進行回波與發(fā)射信號的匹配；步驟3，進行位置信息的精確校正。[0013]優(yōu)選地，所述步驟2中根據(jù)回波與發(fā)射信號的匹配結(jié)果計算回波和目標(biāo)點的位置。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟3中具體包括以下步驟:101在激光雷達(dá)傳感器發(fā)射信號時的GPS時間點提取當(dāng)時慣性測量單元(5)的姿態(tài)數(shù)據(jù)；
[0015]102提取相應(yīng)回波GPS時間點的慣性測量單元(5)的姿態(tài)數(shù)據(jù)；103.進行發(fā)射波時間點的位置校正，依據(jù)發(fā)射信號時的GPS時間點的傳感器姿態(tài)信息計算在目標(biāo)位置D可能產(chǎn)生的位置誤差E1 ；
[0016]104進行回波時間點的位置校正，依據(jù)回波時間點的傳感器姿態(tài)信息計算在目標(biāo)位置D可能產(chǎn)生的位置誤差E2 ；
[0017]105計算最終的位置信息Dtl=D-EfE2。
[0018]本發(fā)明通過對組件的重新配置整合，特別注重了工業(yè)設(shè)計在產(chǎn)品制造中的重要作用，極力細(xì)化產(chǎn)品的制造工藝，使得本產(chǎn)品的體積和重量得到了高度壓縮，從而大大降低了制造成本，并應(yīng)用中央控制器進行實時控制對所有硬件設(shè)備進行了有效的協(xié)調(diào)配置與管理，使得整個系統(tǒng)得以協(xié)調(diào)工作，并具有了對多種傳感器的兼容能力，大大提高了激光雷達(dá)對于不同應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)能力，使激光雷達(dá)測距系統(tǒng)具有在高速移動狀態(tài)下采集高清數(shù)據(jù)的能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的車載移動激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下文與圖示本發(fā)明原理的附圖一起提供對本發(fā)明一個或者多個實施例的詳細(xì)描述。結(jié)合這樣的實施例描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于任何實施例。在下文描述中闡述諸多具體細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明的透徹理解。出于示例的目的而提供這些細(xì)節(jié)，并且無這些具體細(xì)節(jié)中的一些或者所有細(xì)節(jié)也可以根據(jù)權(quán)利要求書實現(xiàn)本發(fā)明。
[0022]圖1示出了本發(fā)明的車載移動激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。參考圖1，本發(fā)明的具體實施方案如下:一種車載移動激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)I包括控制系統(tǒng)2和終端天線與其他拓展設(shè)備3，其中控制系統(tǒng)2包括GPS天線4、慣性測量單元IMU (Inertial Measure Unit)
5、中央處理器與數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)6以及控制面板7和外界拓展接口 8 ;其中終端天線與其他拓展設(shè)備3還包括多種形式的激光掃描儀9、全景相機組件10和其他形式的探測設(shè)備11。
[0023]其中所述GPS天線4主要包括例如GNSS天線，不限于本領(lǐng)域常用的GPS天線形式，所述多種形式的激光掃描儀9為激光雷達(dá)傳感器或者本領(lǐng)域公知的其他激光掃描傳感設(shè)備，用于對激光雷達(dá)探頭發(fā)射的信號被探測目標(biāo)反射產(chǎn)生反射回波進行接收和處理。
[0024]其中所述中央處理器與數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)6主要為電腦控制芯片和數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)例如SD卡，不限于本領(lǐng)域常用的其他存儲介質(zhì)等構(gòu)成。
[0025]外界拓展接口主要包括USB接口和網(wǎng)絡(luò)接口以及其它本領(lǐng)域常用的外設(shè)接口。
[0026]具體地，激光雷達(dá)傳感器、GNSS天線和慣性測量單元5通過硬件耦合的方式連接起來，其中，激光雷達(dá)傳感器和GNSS天線通過控制系統(tǒng)2的中央控制器相連，GNSS天線和慣性測量單元5通過數(shù)據(jù)線連接。其中，中央控制器執(zhí)行傳感器設(shè)備實時控制軟件、傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)采集軟件以及圖像后處理軟件。
[0027]本發(fā)明對激光雷達(dá)核心組件分別進行了優(yōu)化，篩選目前體積最小，功能最齊全的功能組件，通過適配器有機的結(jié)合為一個整體，并通過細(xì)致的工業(yè)設(shè)計將組件集中排布于非常有限的控制系統(tǒng)外殼內(nèi)。
[0028]在此硬件整合的基礎(chǔ)上，本發(fā)明對激光雷達(dá)測繪的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)同步方法進行了進一步改進，其中數(shù)據(jù)采集具體包含以下步驟:
[0029]1.激光雷達(dá)傳感器的激光雷達(dá)探頭發(fā)射信號，信號被探測目標(biāo)反射產(chǎn)生反射回波，反射的回波被激光雷達(dá)傳感器上的接收裝置接收并記錄存儲。
[0030]2.GNSS天線在采集過程中實時收集GPS衛(wèi)星所提供的通用位置與時間信息，獲取記錄測量儀器的實施位置信息。
[0031]3.慣性測量單元5實時記錄測量儀器的動態(tài)姿態(tài)，包括振動、角度、移動速度、移動方向等。在整個過程中，通過中央控制器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口傳輸激光雷達(dá)數(shù)據(jù)和GNSS天線數(shù)據(jù)，通過慣性測量單元5的USB接口導(dǎo)出慣性測量單元搜集的信號和GNSS天線數(shù)據(jù)。
[0032]其中數(shù)據(jù)同步具體包括以下步驟:
[0033]1.對時間進行同步。計算激光雷達(dá)傳感器發(fā)射信號的GPS標(biāo)準(zhǔn)時間與接收到激光反射波的時間差T。 [0034]2、進行回波與發(fā)射信號的匹配。激光雷達(dá)傳感器發(fā)出一個發(fā)射信號，經(jīng)過探測物體的反射，傳感器接收到η個回波信號，通過發(fā)射信號的內(nèi)置波形信息(不重復(fù)的長束列變換)，每個回波通過長束列與發(fā)射波進行匹配。
[0035]根據(jù)匹配結(jié)果計算回波和目標(biāo)點的大體位置。即:D = $
[0036]其中，T為發(fā)射時間與接收時間的時間差，V是波在當(dāng)時介質(zhì)下的傳播速度，D是激光傳感器探頭與探測物體的大致距離。
[0037]3、進行位置信息的精確校正。
[0038]I).在激光雷達(dá)傳感器發(fā)射信號時的GPS時間點提取當(dāng)時慣性測量單元5的姿態(tài)數(shù)據(jù)。
[0039]2).同時提取相應(yīng)回波GPS時間點的慣性測量單元5的姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過這兩個時間點的姿態(tài)數(shù)據(jù)進行發(fā)射波時間點的位置校正。上述慣性測量單元6的姿態(tài)數(shù)據(jù)是指激光發(fā)射與接收時間的傳感器姿態(tài)。
[0040]3).進行發(fā)射波時間點的位置校正。依據(jù)發(fā)射信號時的GPS時間點的傳感器姿態(tài)信息計算在目標(biāo)位置D可能產(chǎn)生的位置誤差E1。
[0041]4).進行回波時間點的位置校正。依據(jù)回波時間點的傳感器姿態(tài)信息計算在目標(biāo)位置D可能產(chǎn)生的位置誤差Ε2。
[0042]5).計算最終的位置信息DfD+Ei+E^
[0043]以上所述的數(shù)據(jù)采集、控制和同步可以通過在中央控制器中集成計算來實現(xiàn)，擺脫目前現(xiàn)有技術(shù)中激光雷達(dá)單純通過硬件集成來實現(xiàn)移動測量平臺的現(xiàn)狀。依靠本發(fā)明提供的激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)的高度集成和智能控制，使該系統(tǒng)具有體積小和可移動性強等特點，讓移動測繪工作變得更加快速與靈活，并使得無人設(shè)備平臺的搭載成為可能。[0044]以上公開的內(nèi)容僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種車載移動激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)(2)和終端天線與其他拓展設(shè)備(3)，其中控制系統(tǒng)2包括GPS天線(4)、慣性測量單元(5)、中央處理器與數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)(6)以及控制面板(7)和外界拓展接口(8);其中終端天線與其他拓展設(shè)備(3)具有多種形式的激光掃描儀(9)、全景相機組件(10)和其他形式的探測設(shè)備(11)，具體地，激光掃描儀(9)、GPS天線(4)和慣性測量單元(6)通過硬件耦合的方式連接，其中，激光掃描儀(9)、GPS天線(4)通過控制系統(tǒng)(2)的中央控制器相連，激光掃描儀(9)、GPS天線(4)通過數(shù)據(jù)線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多種形式的激光掃描儀(9)包括:激光雷達(dá)傳感器，用于對激光雷達(dá)探頭發(fā)射的信號被探測目標(biāo)反射產(chǎn)生反射回波進行接收和處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述GPS天線(4)包括:GNSS天線，用于實時收集GPS衛(wèi)星所提供的通用位置與時間信息，獲取記錄測量儀器的實施位置信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述慣性測量單元(5)用于實時記錄測量儀器的動態(tài)姿態(tài)，包括振動、角度、移動速度、移動方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的系統(tǒng)，其中執(zhí)行以下數(shù)據(jù)同步過程，步驟1，對時間進行同步；步驟2，進行回波與發(fā)射信號的匹配；步驟3，進行位置信息的精確校正。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，所述步驟2中根據(jù)回波與發(fā)射信號的匹配結(jié)果計算回波和目標(biāo)點的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，所述步驟3中具體包括以下步驟:101在激光雷達(dá)傳感器發(fā)射信號時的GPS時間點提取當(dāng)時慣性測量單元(5)的姿態(tài)數(shù)據(jù)； 102提取相應(yīng)回波GPS時間點的慣性測量單元(5)的姿態(tài)數(shù)據(jù)；103.進行發(fā)射波時間點的位置校正，依據(jù)發(fā)射信號時的GPS時間點的傳感器姿態(tài)信息計算在目標(biāo)位置D可能產(chǎn)生的位置誤差E1 ； 104進行回波時間點的位置校正，依據(jù)回波時間點的傳感器姿態(tài)信息計算在目標(biāo)位置D可能產(chǎn)生的位置誤差E2; 105計算最終的位置信息D^D+Ei+Ey
【文檔編號】G01S17/89GK103995264SQ201410153995
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】白顥 申請人:北京金景科技有限公司