专利名称：基于gps和激光技术的三维地形测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种地形测量装置，尤其是一种基于GPS和激 光技术的三维地形测量装置。
背景技术：
当前我国土地资源状况不容乐观，特别是耕地资源。 一方面是经 济发展、城巿扩展占用大量的耕地，另一方面是各种自然灾害和工业 污染造成大量的耕地损失。我们正面临着生活与建设、保护与发展的 矛盾冲突。要维持动态平衡，必须实行开源与节流并举，因而各种措 施已经实施或即将釆用，土地整理是其中的一个重要措施。农用地整 理中一方面要开源，另一方面要通过一系列措施提高土地利用率，实 现土地的再开发来达到节流的目的。土地开发整理活动本身是一个复杂的系统工程，客观上需要多种 工程技术手段的支持。国家投资土地开发整理项目运作已有几年时 间，实践证明，还缺少一套系统的技术方法手段的支持，由此所带来 的问题已越来越突显出来。当前土地开发整理中存在的技术上的问 题，已形成影响土地开发整理事业进一步发展的瓶颈，迫切需要解决。 目前主要存在以下几个问题 一是土地平整土方量计算不规范，难以 核实；二是现有三维地形信息测量设备存在效率低、价格高，不利于全面推广等问题。为获取土地整理项目区较高精度的三维地形信息，从而进一步计 算工程土方量、编制项目规划方案，常用的三维地形测量设备，如经纬仪、全站仪等，工作效率较低；低精度的GPS( Global Position System全球定位系统)接收机测量待测点的平面坐标时精度能够满足要求， 但测量高程坐标时误差太大；高精度的GPS接收机成本又非常高，因此研制开发一套高效率、低成本的农用地整理三维地形测量装置， 此装置釆用低成本的GPS接收机来测量待测点的平面坐标，釆用激 光装置测量高程坐标，为农用地整理中的土方量计算提供快速有效地 形信息。
实用新型内容
(一) 要解决的技术问题
本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种农用
地整理的高效率、低成本的基于GPS和激光技术的三维地形测量装 置。
(二) 技术方案
为实现上述目的，本实用新型釆用如下技术方案
本实用新型所述的基于GPS和激光技术的三维地形测量装置， 包括测量杆、安装在测量杆上的用于测量待测点的平面坐标的GPS 接收机和GPS天线，其中还包括用于测量待测点的相对高程数据的 激光接收器和激光发射器，以及用于釆集、处理数据的数据釆集器。
所述数据釆集器包括一微处理器，用于系统的初始化、数据处理 和对整个系统的监控；
键盘，用于输入高程数据，即测量杆的读数；
GPS接收电路，用于接收GPS数据；
串行接口电路，与微处理器相连接，经过转换电路后与GPS接收 电路的串口相连接；
电源，与微处理器、GPS接收电路、存储设备、显示模块、串行 接口电路、电压转换电路和串行接口电路相连接，为系统中各部分电 路与模块提供稳定的工作电压。
优选地，所述数据采集器还包括一显示模块，该模块通过并行接 口电路，与微处理器相连接，用于实时显示釆集的GPS信息和输入的 相对高程信息。更优选地，所述数据釆集器还包括一存储设备，与微处理器相连 接，用于存储测量点GPS数据和相对高程数据。
所述存储模块是U盘文件读写模块。
所述激光接收器固定在测量杆上，所述激光发射器通过三脚架设 置在高程已知点上。
所述测量杆是升降杆。
所述测量杆上安装有升降机构，所述GPS接收机安装在该升降 机构上。 (三)有益效果
本实用新型所述的基于GPS和激光技术的三维地形测量装置的 优点和积极效果是本实用新型中，测量待测点A点的三维坐标时， 首先将GPS接收机和激光接收器固定在测量杆上，并将测量杆放置 在A点，将激光发射器固定在三角架上后放置在B点，B点的高程是 已知的，通过调节测量杆的高度来接收激光信号，再根据测量杆的 读数便可计算A点的相对高程；A点的平面坐标由GPS接收机提供； 使用数据釆集器将A点的三维坐标进行存储和显示；通过这种GPS与 激光相结合的方法来测量地表三维数据。也就是，使用GPS接收机 获取测量点的平面坐标信息，使用激光设备获取测量点的相对高程 信息，并且能够实时显示釆集的数据，便于用户实时了解自身所处 位置，还可以将釆集的数据存储在大容量的存储设备中，供用户对 数据进行后续分析、处理使用。所以本实用新型仅使用精度较低的 GPS接收机即可，因此具有成本低，效率高的特点。
图1为本实用新型的基于GPS和激光技术的三维地形测量装置
的最佳实施例的结构示意图2为本实用新型中的一个最佳数据采集器实施例的电路框图。 其中l.GPS接收机；2.GPS天线；3.数据釆集器；4.激光接收器；5.激光发射器；6.测量杆。
具体实施方式
以下结合附图，进一步详细说明本实用新型所述的基于GPS和 激光技术的三维地形测量装置的具体实施方式
，但不用来限制本实 用新型的保护范围。如图l所示，本实用新型的基于GPS和激光技术的三维地形测 量装置包括测量杆6、安装在测量杆6上的用于测量待测点的平面 坐标的GPS接收机1和GPS天线2，用于测量待测点的相对高程数 据的激光接收器4和激光发射器5，以及数据釆集器3。其中GPS天 线2安装在测量杆6的顶端。其中激光接收器4固定在测量杆6上， 所述激光发射器5通过三脚架设置在高程已知点上。激光发射器5釆用苏州 一光JP3作为激光信号源，其激光类型为 635nm，水平精度为士5mm/50m,工作半径为150 m,工作电压为 DC4.8-6V，扫描速度为0-600转/分钟。通过室内测试，JP3激光发 射器出射光斑直径为8mm，利用光学准直压缩系统可以将激光東发 散角压缩到O.lmrad之内，则在100米外激光東的光斑直径不大于 2cm。室内外试验结果表明激光发射系统可以正常扫出一个较大半 径、精度较高的水平面，可以用作基准平面。激光接收器4釆用苏州一光JP3,其高探测精度为士lmm(士0.04in)， 普通探测精度为士2mm(士0.08in),显示方式为双面液晶显示、蜂鸣器， 工作电压为DC9V碱性电池，可通过声音提示操作者找到激光发射器 扫出的基准平面。激光接收器4内置两片2cm的硅光电池。GPS接收器1釆用NovAtel SUPERSTAR II作为GPS接收模块。 此接收模块具有12通道的码相位与载波相位跟踪功能，可输出最高 达5Hz的PVT(位置、速度、时间)解算数据和高达10Hz原始观测 数据，可输出可调的、精度为50ns(典型值)的1PPS信号。其次，此模块还可在苛刻的条件，如树叶遮挡，城巿高楼林立等，下提供很 高的可靠性和优异的性能。而且体积小、低功耗，易于集成。GPS天线2釆用了具有较高性价比的国产GPS和信标(GPS Ll/300KHz频段)二合一天线ZYAMG-B002。测量杆6可以是普通机械式升降杆。也可以是不能升降的杆， 这时，可以通过独立的升降机构将GPS接收器1安装到测量杆6，使 GPS接收器1相对于测量杆6可以升降。升降机构可以釆用现有的导 轨滑块机构或液压机构或气压机构或电动机构等多种结构形式。如图2所示，本实用新型中的数据采集器3，包括一微处理器、 一显示模块、 一存储模块和一键盘，高程数据通过键盘人工输入数据 釆集器3。存储模块是U盘文件读写模块。GPS接收机1通过串行接 口连接在数据釆集器3上。微处理器1釆用PHILIPS LPC2100系列32位ARM微控制器， 型号为LPC2132。此处理器支持Thumb ( 16位)/ARM ( 32位)双 指令集，能很好地兼容8位/16位器件；大多数数据操作都在寄存器 中完成，指令执行速度更快；指令长度固定；寻址方式灵活简单，执 行效率高；具有体积小、功耗低、成本低、性能高等特点。 键盘2釆用标准的4X4矩阵式键盘。GPS数据的釆集需要的存储容量较大，若釆用RAM或EEPROM, 会受到寻址空间、功耗和体积等因素的限制，而且价格也较高。因此， 本实施例中的存储设备釆用南京沁恒电子公司CH375U盘文件读写 模块，可定时将数据存储到U盘中。显示模块釆用北京青云创新公司LCM12864ZK中文字库图形液 晶显示模块，工作电压5V，最大工作电流lmA，主控制器芯片是 SED1520的图形点阵式液晶模块。接口电路釆用间接控制的方式，八 条数据线与并行接口电路相连，另外用微处理器的1/0 口来控制其读 写和使能。电源将提供大部分芯片正常工作所需的5V电压，；釆用12V-5V 的电源芯片LT1764A。
电压转换电路芯片采用National Semiconductor低压差电压调节 器LM117-3.3。电压转换电路可将微处理器的TTL电平转化为GPS 接收电路的RS232电平。
串口电路和并行接口电路釆用常规方式接入。
参照图1,其中A点为高程待测点，B点为高程已知点，a为激
光接收器距离地表高度，b为激光发射器距离地表高度，hAB为A点
和B点的相对高差。本实施例的工作过程为在高程已知点B点固 定激光发射器5，调整至水平后打开使其扫出一个水平基准的激光平 面，该平面距离B点的高度为b。测量者携带此激光发射器5在待测 地中行走，并在标记好的特征点处停顿测量。测量步骤为手动升降 测量杆6，找到一个高度，该处距离地表A点距离为a，使得激光接 收器4的正中点刚好在基准激光平面上。hAB为A点和B点的相对高 差，即hAB，b。此时，激光机收器4会发出"P毕"的声音。操作人读 出此时测量杆6的数值，即a值，并将其键入到附在测量杆6上的数 据采集器3中。同时将由GPS接收机1测量的经绛度值和操作者键 入的高度值保存在数据采集器3的USB存储设备中。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应 当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离 本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利 要求范围当中。
权利要求1. 一种基于GPS和激光技术的三维地形测量装置，包括测量杆 (6)、安装在测量杆(6)上的用于测量待测点的平面坐标的GPS接收机(1)和GPS天线(2)，其特征在于还包括用于测量待测点的相 对高程数据的激光接收器(4)和激光发射器(5)，以及用于釆集、 处理数据的数据采集器(3)。
2. 根据权利要求1所述的基于GPS和激光技术的三维地形测量 装置，其特征在于所述数据釆集器(3)包括微处理器，用于系统的初始化、数据处理和对整个系统的监控； 键盘，用于输入高程数据，即测量杆的读数； GPS接收电路，用于接收GPS数据；串行接口电路，与微处理器相连接，经过转换电路后与GPS接收 电路的串口相连接；电源，与微处理器、GPS接收电路、存储设备、显示模块、串行 接口电路、电压转换电路和串行接口电路相连接，为系统中各部分电 路与模块提供稳定的工作电压。
3. 根据权利要求2所述的基于GPS和激光技术的三维地形测量装置，其特征在于还包括一显示模块，该模块通过并行接口电路，与微处理器相连接，用于实时显示釆集的GPS信息和输入的相对高程信 白^、 o
4. 根据权利要求2或3所述的基于GPS和激光技术的三维地形 测量装置，其特征在于还包括一存储设备，与微处理器相连接，用于 存储测量点GPS数据和相对高程数据。
5. 根据权利要求4所述的基于GPS和激光技术的三维地形测量 装置，其特征在于所述存储模块是U盘文件读写模块。
6. 根据权利要求5所述的基于GPS和激光技术的三维地形测量装 置，其特征在于所述激光接收器(4)固定在测量杆(6)上，所述激光发射器(5)通过三脚架设置在高程已知点上。
7. 根据权利要求6所述的基于GPS和激光技术的三维地形测量装 置，其特征在于所述测量杆(6)是升降杆。
8. 根据权利要求6所述的基于GPS和激光技术的三维地形测量装 置，其特征在于所述测量杆(6)上安装有升降机构，所述GPS接收 机(1)安装在该升降机构上。
专利摘要本实用新型提供了一种基于GPS和激光技术的三维地形测量装置，包括测量杆、安装在测量杆上的用于测量待测点的平面坐标的GPS接收机和GPS天线，其中还包括用于测量待测点的相对高程数据的激光接收器和激光发射器，以及用于采集、显示、存储数据的数据采集器。使用GPS接收机获取测量点的平面坐标信息，使用激光设备获取测量点的相对高程信息，并且能够实时显示采集的数据，便于用户实时了解自身所处位置，还可以将采集的数据存储在大容量的存储设备中，供用户对数据进行后续分析、处理使用。所以本实用新型仅使用精度较低的GPS接收机即可，因此具有成本低，效率高的特点。
文档编号G01B11/02GK201155968SQ20082007903
公开日2008年11月26日 申请日期2008年2月28日 优先权日2008年2月28日
发明者刚 刘, 漫 张, 汪懋华, 贾文涛, 雨 陈 申请人:中国农业大学