一种车载移动激光雷达测绘系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种车载移动激光雷达测绘系统，包括控制系统和终端天线与其他拓展设备，其中控制系统包括GPS天线、惯性测量单元、中央处理器与数据存储介质以及控制面板和外界拓展接口；其中终端天线与其他拓展设备还包括多种形式的激光扫描仪、全景相机组件和其他形式的探测设备。本发明实现了对商品数据进行自动分类，本发明的车载移动激光雷达测绘系统，在硬件集成耦合与信息处理优化方面实现突破，实现了各个组成传感器与控制系统的高效整合和智能的整体控制。
【专利说明】一种车载移动激光雷达测绘系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动测绘领域，尤其涉及一种移动激光雷达测绘系统，能够实现在移动平台上获取周围的地理信息数据，并输出其三维空间数据和可视化图形。
【背景技术】
[0002]随着地理信息系统与数字城市建设的发展与推广，测绘技术的自动化与信息化的发展显得尤为重要，尤其是激光雷达技术发展的速度非常迅速。激光雷达是使用激光器作为发射光源，采用光电探测技术为手段的主动遥感设备。激光雷达测绘是激光技术与现代光电探测技术结合的先进测绘方式。
[0003]激光雷达技术凭借它的高亮度性，高方向性，高单色性和高相干性等几个特点，在移动测绘领域取得了成功的应用。然而，现今主流的激光雷达系统还是有不少不完善的地方。
[0004]1.体积庞大不便于携带和转移，对快速移动测绘功能有一定的限制。
[0005]2.制造研发成本过于昂贵。
[0006]3.测绘速度慢，很难在短时间内完成长距离、大跨度和复杂空间的一次性测绘。
【发明内容】
[0007]为了克服现有的移动测图系统体积过大，重量过重，成本过高，系统兼容性不好等上述现有技术所存在的问题，本发明旨在提供一种轻便小巧的激光雷达系统，在硬件集成耦合与信息处理优化方面实现突破，实现了各个组成传感器与控制系统的高效整合和智能的整体控制。
[0008]本发明提出了一种车载移动激光雷达测绘系统，所述系统包括控制系统(2)和终端天线与其他拓展设备(3)，其中控制系统2包括GPS天线(4)、惯性测量单元(5)、中央处理器与数据存储介质(6)以及控制面板(7)和外界拓展接口(8);其中终端天线与其他拓展设备(3)具有多种形式的激光扫描仪(9)、全景相机组件(10)和其他形式的探测设备(11)，具体地，激光扫描仪(9)、GPS天线(4)和惯性测量单元(5)通过硬件耦合的方式连接，其中，激光扫描仪(9)、GPS天线(4)通过控制系统(2)的中央控制器相连，激光扫描仪(9)、GPS天线(4)通过数据线连接。
[0009]优选地，其中所述多种形式的激光扫描仪(9)包括:激光雷达传感器，用于对激光雷达探头发射的信号被探测目标反射产生反射回波进行接收和处理。
[0010]优选地，其中所述GPS天线(4)包括:GNSS天线，用于实时收集GPS卫星所提供的通用位置与时间信息，获取记录测量仪器的实施位置信息。
[0011]优选地，其中所述惯性测量单元(5)用于实时记录测量仪器的动态姿态，包括振动、角度、移动速度、移动方向。
[0012]优选地，所述系统执行以下数据同步过程，步骤1，对时间进行同步；步骤2，进行回波与发射信号的匹配；步骤3，进行位置信息的精确校正。[0013]优选地，所述步骤2中根据回波与发射信号的匹配结果计算回波和目标点的位置。
[0014]优选地，所述步骤3中具体包括以下步骤:101在激光雷达传感器发射信号时的GPS时间点提取当时惯性测量单元(5)的姿态数据；
[0015]102提取相应回波GPS时间点的惯性测量单元(5)的姿态数据；103.进行发射波时间点的位置校正，依据发射信号时的GPS时间点的传感器姿态信息计算在目标位置D可能产生的位置误差E1 ；
[0016]104进行回波时间点的位置校正，依据回波时间点的传感器姿态信息计算在目标位置D可能产生的位置误差E2 ；
[0017]105计算最终的位置信息Dtl=D-EfE2。
[0018]本发明通过对组件的重新配置整合，特别注重了工业设计在产品制造中的重要作用，极力细化产品的制造工艺，使得本产品的体积和重量得到了高度压缩，从而大大降低了制造成本，并应用中央控制器进行实时控制对所有硬件设备进行了有效的协调配置与管理，使得整个系统得以协调工作，并具有了对多种传感器的兼容能力，大大提高了激光雷达对于不同应用领域的适应能力，使激光雷达测距系统具有在高速移动状态下采集高清数据的能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0020]图1示出了根据本发明实施例的车载移动激光雷达测绘系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下文与图示本发明原理的附图一起提供对本发明一个或者多个实施例的详细描述。结合这样的实施例描述本发明，但是本发明不限于任何实施例。在下文描述中阐述诸多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。出于示例的目的而提供这些细节，并且无这些具体细节中的一些或者所有细节也可以根据权利要求书实现本发明。
[0022]图1示出了本发明的车载移动激光雷达测绘系统的结构图。参考图1，本发明的具体实施方案如下:一种车载移动激光雷达测绘系统I包括控制系统2和终端天线与其他拓展设备3，其中控制系统2包括GPS天线4、惯性测量单元IMU (Inertial Measure Unit)
5、中央处理器与数据存储介质6以及控制面板7和外界拓展接口 8 ;其中终端天线与其他拓展设备3还包括多种形式的激光扫描仪9、全景相机组件10和其他形式的探测设备11。
[0023]其中所述GPS天线4主要包括例如GNSS天线，不限于本领域常用的GPS天线形式，所述多种形式的激光扫描仪9为激光雷达传感器或者本领域公知的其他激光扫描传感设备，用于对激光雷达探头发射的信号被探测目标反射产生反射回波进行接收和处理。
[0024]其中所述中央处理器与数据存储介质6主要为电脑控制芯片和数据存储介质例如SD卡，不限于本领域常用的其他存储介质等构成。
[0025]外界拓展接口主要包括USB接口和网络接口以及其它本领域常用的外设接口。
[0026]具体地，激光雷达传感器、GNSS天线和惯性测量单元5通过硬件耦合的方式连接起来，其中，激光雷达传感器和GNSS天线通过控制系统2的中央控制器相连，GNSS天线和惯性测量单元5通过数据线连接。其中，中央控制器执行传感器设备实时控制软件、传感器设备数据采集软件以及图像后处理软件。
[0027]本发明对激光雷达核心组件分别进行了优化，筛选目前体积最小，功能最齐全的功能组件，通过适配器有机的结合为一个整体，并通过细致的工业设计将组件集中排布于非常有限的控制系统外壳内。
[0028]在此硬件整合的基础上，本发明对激光雷达测绘的数据采集和数据同步方法进行了进一步改进，其中数据采集具体包含以下步骤:
[0029]1.激光雷达传感器的激光雷达探头发射信号，信号被探测目标反射产生反射回波，反射的回波被激光雷达传感器上的接收装置接收并记录存储。
[0030]2.GNSS天线在采集过程中实时收集GPS卫星所提供的通用位置与时间信息，获取记录测量仪器的实施位置信息。
[0031]3.惯性测量单元5实时记录测量仪器的动态姿态，包括振动、角度、移动速度、移动方向等。在整个过程中，通过中央控制器网络数据接口传输激光雷达数据和GNSS天线数据，通过惯性测量单元5的USB接口导出惯性测量单元搜集的信号和GNSS天线数据。
[0032]其中数据同步具体包括以下步骤:
[0033]1.对时间进行同步。计算激光雷达传感器发射信号的GPS标准时间与接收到激光反射波的时间差T。 [0034]2、进行回波与发射信号的匹配。激光雷达传感器发出一个发射信号，经过探测物体的反射，传感器接收到η个回波信号，通过发射信号的内置波形信息(不重复的长束列变换)，每个回波通过长束列与发射波进行匹配。
[0035]根据匹配结果计算回波和目标点的大体位置。即:D = $
[0036]其中，T为发射时间与接收时间的时间差，V是波在当时介质下的传播速度，D是激光传感器探头与探测物体的大致距离。
[0037]3、进行位置信息的精确校正。
[0038]I).在激光雷达传感器发射信号时的GPS时间点提取当时惯性测量单元5的姿态数据。
[0039]2).同时提取相应回波GPS时间点的惯性测量单元5的姿态数据，通过这两个时间点的姿态数据进行发射波时间点的位置校正。上述惯性测量单元6的姿态数据是指激光发射与接收时间的传感器姿态。
[0040]3).进行发射波时间点的位置校正。依据发射信号时的GPS时间点的传感器姿态信息计算在目标位置D可能产生的位置误差E1。
[0041]4).进行回波时间点的位置校正。依据回波时间点的传感器姿态信息计算在目标位置D可能产生的位置误差Ε2。
[0042]5).计算最终的位置信息DfD+Ei+E^
[0043]以上所述的数据采集、控制和同步可以通过在中央控制器中集成计算来实现，摆脱目前现有技术中激光雷达单纯通过硬件集成来实现移动测量平台的现状。依靠本发明提供的激光雷达测绘系统的高度集成和智能控制，使该系统具有体积小和可移动性强等特点，让移动测绘工作变得更加快速与灵活，并使得无人设备平台的搭载成为可能。[0044]以上公开的内容仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种车载移动激光雷达测绘系统，其特征在于，所述系统包括控制系统(2)和终端天线与其他拓展设备(3)，其中控制系统2包括GPS天线(4)、惯性测量单元(5)、中央处理器与数据存储介质(6)以及控制面板(7)和外界拓展接口(8);其中终端天线与其他拓展设备(3)具有多种形式的激光扫描仪(9)、全景相机组件(10)和其他形式的探测设备(11)，具体地，激光扫描仪(9)、GPS天线(4)和惯性测量单元(6)通过硬件耦合的方式连接，其中，激光扫描仪(9)、GPS天线(4)通过控制系统(2)的中央控制器相连，激光扫描仪(9)、GPS天线(4)通过数据线连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多种形式的激光扫描仪(9)包括:激光雷达传感器，用于对激光雷达探头发射的信号被探测目标反射产生反射回波进行接收和处理。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述GPS天线(4)包括:GNSS天线，用于实时收集GPS卫星所提供的通用位置与时间信息，获取记录测量仪器的实施位置信息。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述惯性测量单元(5)用于实时记录测量仪器的动态姿态，包括振动、角度、移动速度、移动方向。
5.根据权利要求1-4之一所述的系统，其中执行以下数据同步过程，步骤1，对时间进行同步；步骤2，进行回波与发射信号的匹配；步骤3，进行位置信息的精确校正。
6.根据权利要求5所述的系统，所述步骤2中根据回波与发射信号的匹配结果计算回波和目标点的位置。
7.根据权利要求5所述的系统，所述步骤3中具体包括以下步骤:101在激光雷达传感器发射信号时的GPS时间点提取当时惯性测量单元(5)的姿态数据； 102提取相应回波GPS时间点的惯性测量单元(5)的姿态数据；103.进行发射波时间点的位置校正，依据发射信号时的GPS时间点的传感器姿态信息计算在目标位置D可能产生的位置误差E1 ； 104进行回波时间点的位置校正，依据回波时间点的传感器姿态信息计算在目标位置D可能产生的位置误差E2; 105计算最终的位置信息D^D+Ei+Ey
【文档编号】G01S17/89GK103995264SQ201410153995
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】白颢 申请人:北京金景科技有限公司