一種車載移動激光雷達測繪系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種車載移動激光雷達測繪系統，包括控制系統和終端天線與其他拓展設備，其中控制系統包括GPS天線、慣性測量單元、中央處理器與數據存儲介質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備。本發明實現了對商品數據進行自動分類，本發明的車載移動激光雷達測繪系統，在硬件集成耦合與信息處理優化方面實現突破，實現了各個組成傳感器與控制系統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測繪系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及移動測繪領域，尤其涉及一種移動激光雷達測繪系統，能夠實現在移動平臺上獲取周圍的地理信息數據，并輸出其三維空間數據和可視化圖形。
【背景技術】
[0002]隨著地理信息系統與數字城市建設的發展與推廣，測繪技術的自動化與信息化的發展顯得尤為重要，尤其是激光雷達技術發展的速度非常迅速。激光雷達是使用激光器作為發射光源，采用光電探測技術為手段的主動遙感設備。激光雷達測繪是激光技術與現代光電探測技術結合的先進測繪方式。
[0003]激光雷達技術憑借它的高亮度性，高方向性，高單色性和高相干性等幾個特點，在移動測繪領域取得了成功的應用。然而，現今主流的激光雷達系統還是有不少不完善的地方。
[0004]1.體積龐大不便于攜帶和轉移，對快速移動測繪功能有一定的限制。
[0005]2.制造研發成本過于昂貴。
[0006]3.測繪速度慢，很難在短時間內完成長距離、大跨度和復雜空間的一次性測繪。
【發明內容】
[0007]為了克服現有的移動測圖系統體積過大，重量過重，成本過高，系統兼容性不好等上述現有技術所存在的問題，本發明旨在提供一種輕便小巧的激光雷達系統，在硬件集成耦合與信息處理優化方面實現突破，實現了各個組成傳感器與控制系統的高效整合和智能的整體控制。
[0008]本發明提出了一種車載移動激光雷達測繪系統，所述系統包括控制系統(2)和終端天線與其他拓展設備(3)，其中控制系統2包括GPS天線(4)、慣性測量單元(5)、中央處理器與數據存儲介質(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(2)的中央控制器相連，激光掃描儀(9)、GPS天線(4)通過數據線連接。
[0009]優選地，其中所述多種形式的激光掃描儀(9)包括:激光雷達傳感器，用于對激光雷達探頭發射的信號被探測目標反射產生反射回波進行接收和處理。
[0010]優選地，其中所述GPS天線(4)包括:GNSS天線，用于實時收集GPS衛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姿態，包括振動、角度、移動速度、移動方向。
[0012]優選地，所述系統執行以下數據同步過程，步驟1，對時間進行同步；步驟2，進行回波與發射信號的匹配；步驟3，進行位置信息的精確校正。[0013]優選地，所述步驟2中根據回波與發射信號的匹配結果計算回波和目標點的位置。
[0014]優選地，所述步驟3中具體包括以下步驟:101在激光雷達傳感器發射信號時的GPS時間點提取當時慣性測量單元(5)的姿態數據；
[0015]102提取相應回波GPS時間點的慣性測量單元(5)的姿態數據；103.進行發射波時間點的位置校正，依據發射信號時的GPS時間點的傳感器姿態信息計算在目標位置D可能產生的位置誤差E1 ；
[0016]104進行回波時間點的位置校正，依據回波時間點的傳感器姿態信息計算在目標位置D可能產生的位置誤差E2 ；
[0017]105計算最終的位置信息Dtl=D-EfE2。
[0018]本發明通過對組件的重新配置整合，特別注重了工業設計在產品制造中的重要作用，極力細化產品的制造工藝，使得本產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，并應用中央控制器進行實時控制對所有硬件設備進行了有效的協調配置與管理，使得整個系統得以協調工作，并具有了對多種傳感器的兼容能力，大大提高了激光雷達對于不同應用領域的適應能力，使激光雷達測距系統具有在高速移動狀態下采集高清數據的能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的說明。
[0020]圖1示出了根據本發明實施例的車載移動激光雷達測繪系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下文與圖示本發明原理的附圖一起提供對本發明一個或者多個實施例的詳細描述。結合這樣的實施例描述本發明，但是本發明不限于任何實施例。在下文描述中闡述諸多具體細節以便提供對本發明的透徹理解。出于示例的目的而提供這些細節，并且無這些具體細節中的一些或者所有細節也可以根據權利要求書實現本發明。
[0022]圖1示出了本發明的車載移動激光雷達測繪系統的結構圖。參考圖1，本發明的具體實施方案如下:一種車載移動激光雷達測繪系統I包括控制系統2和終端天線與其他拓展設備3，其中控制系統2包括GPS天線4、慣性測量單元IMU (Inertial Measure Unit)
5、中央處理器與數據存儲介質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為激光雷達傳感器或者本領域公知的其他激光掃描傳感設備，用于對激光雷達探頭發射的信號被探測目標反射產生反射回波進行接收和處理。
[0024]其中所述中央處理器與數據存儲介質6主要為電腦控制芯片和數據存儲介質例如SD卡，不限于本領域常用的其他存儲介質等構成。
[0025]外界拓展接口主要包括USB接口和網絡接口以及其它本領域常用的外設接口。
[0026]具體地，激光雷達傳感器、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，激光雷達傳感器和GNSS天線通過控制系統2的中央控制器相連，GNSS天線和慣性測量單元5通過數據線連接。其中，中央控制器執行傳感器設備實時控制軟件、傳感器設備數據采集軟件以及圖像后處理軟件。
[0027]本發明對激光雷達核心組件分別進行了優化，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合為一個整體，并通過細致的工業設計將組件集中排布于非常有限的控制系統外殼內。
[0028]在此硬件整合的基礎上，本發明對激光雷達測繪的數據采集和數據同步方法進行了進一步改進，其中數據采集具體包含以下步驟:
[0029]1.激光雷達傳感器的激光雷達探頭發射信號，信號被探測目標反射產生反射回波，反射的回波被激光雷達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姿態，包括振動、角度、移動速度、移動方向等。在整個過程中，通過中央控制器網絡數據接口傳輸激光雷達數據和GNSS天線數據，通過慣性測量單元5的USB接口導出慣性測量單元搜集的信號和GNSS天線數據。
[0032]其中數據同步具體包括以下步驟:
[0033]1.對時間進行同步。計算激光雷達傳感器發射信號的GPS標準時間與接收到激光反射波的時間差T。 [0034]2、進行回波與發射信號的匹配。激光雷達傳感器發出一個發射信號，經過探測物體的反射，傳感器接收到η個回波信號，通過發射信號的內置波形信息(不重復的長束列變換)，每個回波通過長束列與發射波進行匹配。
[0035]根據匹配結果計算回波和目標點的大體位置。即:D = $
[0036]其中，T為發射時間與接收時間的時間差，V是波在當時介質下的傳播速度，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).在激光雷達傳感器發射信號時的GPS時間點提取當時慣性測量單元5的姿態數據。
[0039]2).同時提取相應回波GPS時間點的慣性測量單元5的姿態數據，通過這兩個時間點的姿態數據進行發射波時間點的位置校正。上述慣性測量單元6的姿態數據是指激光發射與接收時間的傳感器姿態。
[0040]3).進行發射波時間點的位置校正。依據發射信號時的GPS時間點的傳感器姿態信息計算在目標位置D可能產生的位置誤差E1。
[0041]4).進行回波時間點的位置校正。依據回波時間點的傳感器姿態信息計算在目標位置D可能產生的位置誤差Ε2。
[0042]5).計算最終的位置信息DfD+Ei+E^
[0043]以上所述的數據采集、控制和同步可以通過在中央控制器中集成計算來實現，擺脫目前現有技術中激光雷達單純通過硬件集成來實現移動測量平臺的現狀。依靠本發明提供的激光雷達測繪系統的高度集成和智能控制，使該系統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，并使得無人設備平臺的搭載成為可能。[0044]以上公開的內容僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種車載移動激光雷達測繪系統，其特征在于，所述系統包括控制系統(2)和終端天線與其他拓展設備(3)，其中控制系統2包括GPS天線(4)、慣性測量單元(5)、中央處理器與數據存儲介質(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(2)的中央控制器相連，激光掃描儀(9)、GPS天線(4)通過數據線連接。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述多種形式的激光掃描儀(9)包括:激光雷達傳感器，用于對激光雷達探頭發射的信號被探測目標反射產生反射回波進行接收和處理。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述GPS天線(4)包括:GNSS天線，用于實時收集GPS衛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.根據權利要求1所述的系統，其中所述慣性測量單元(5)用于實時記錄測量儀器的動態姿態，包括振動、角度、移動速度、移動方向。
5.根據權利要求1-4之一所述的系統，其中執行以下數據同步過程，步驟1，對時間進行同步；步驟2，進行回波與發射信號的匹配；步驟3，進行位置信息的精確校正。
6.根據權利要求5所述的系統，所述步驟2中根據回波與發射信號的匹配結果計算回波和目標點的位置。
7.根據權利要求5所述的系統，所述步驟3中具體包括以下步驟:101在激光雷達傳感器發射信號時的GPS時間點提取當時慣性測量單元(5)的姿態數據； 102提取相應回波GPS時間點的慣性測量單元(5)的姿態數據；103.進行發射波時間點的位置校正，依據發射信號時的GPS時間點的傳感器姿態信息計算在目標位置D可能產生的位置誤差E1 ； 104進行回波時間點的位置校正，依據回波時間點的傳感器姿態信息計算在目標位置D可能產生的位置誤差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 優先權日:2014年4月17日
【發明者】白顥 申請人:北京金景科技有限公司