CN103438829B - 一种智能化激光三维信息测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能化激光三维信息测量仪，其包括扫描定位***、视频监控***、驱动***、计算机控制***以及无线发射及接收***；所述扫描定位***包括用于确定观测点位置的GPS定位***，用于测量观测点与目标点直线距离的激光测距传感***，用于测量激光测距传感***水平旋转角度的电子罗盘，以及用于测量所述激光测距传感***上下俯仰角度的倾斜传感***。本发明功能齐全，造价低廉，且自动化连续高效测量，并且能够在全天候条件下，通过远程视频监控进行瞄准和动态物体追踪，扫描完毕后还可以实时将数据发回后方工作人员，简单而高效。

Description

一种智能化激光三维信息测量仪
技术领域
本发明涉及计算机测控技术与仪器领域，特别涉及一种智能化激光三维信息测量仪。
背景技术
三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势.三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。
三维激光扫描技术是近年来出现的新技术，在国内越来越引起研究领域的关注。它是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描***可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。该技术在建筑、规划、土木工程、建筑监测、灾害评估、等领域也有了很多的应用。三维激光扫描***包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。
市场上现有的测绘用全站仪或三维激光扫描仪，有以下问题：
1、只能在静止的状态下测量静态的物体，无法在动态的平台上测动态的物体。现有的测绘用全站仪或扫描仪只能在仪器整平后，用望远镜人工瞄准物体进行静态单点测量，扫描测量的效率低下，且测量仪器主体在上下左右旋转运动的过程中没有办法进行连续高速测量，因此在进行如大型物体的精细三维扫描测量过程中，人工瞄准会耗费巨大的时间成本；且在动态物体(如空中飞行的飞机瞄准)时，人工瞄准又会出现明显滞后于运动物体，无法实时瞄准物体测量的情况；如果仪器放置在运动的船上测量运动的飞机，对于传统的三维激光扫描仪或全站仪也是无法实现的难题。
2、需要人工现场操作进行扫描仪的定位定向，且无法远程控制。由于现有的扫描仪无法进行实现扫描仪自身的实时的坐标定位和定向，需要人工通过其他辅助设备进行定位和定向，而实际工作中，常常遇到因环境危险，无法派人长时间操作仪器，或无法全天候不间断测量的情况，传统的仪器因离不开人的现场操作，所有具有一定的局限性。
因此，就需要一种自身带有高精度GPS和电子罗盘（或陀螺定向）装置，能够在全天候条件下，通过远程视频监控进行瞄准和动态物体追踪，同时通过无线控制马达运转，还可以进行高精度扫描测量的三维扫描设备，扫描完毕后还可以实时将数据发回办公室。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种功能齐全，造价低廉，且自动化连续高效测量的激光三维信息测量仪。
为实现上述目的，本发明一种智能化激光三维信息测量仪包括扫描定位***、视频监控***、驱动***、计算机控制***以及无线发射及接收***；
所述扫描定位***包括用于确定观测点位置的GPS定位***，用于测量观测点与目标点直线距离的激光测距传感***，用于测量激光测距传感***水平旋转角度的电子罗盘，以及用于测量所述激光测距传感***上下俯仰角度的倾斜传感***；
所述视频监控***用于跟踪和采集被观测的目标物图像；
所述驱动***用于驱动所述扫描定位***水平在水平方向摆动或上下俯仰转动；
所述计算机控制***通过所述视频监控***发现和锁定被测物，向所述驱动***发出指令驱动所述扫描定位***和视频监控***在水平或上下方向转动，在视频监控***跟踪被测物的同时扫描定位***对被测物轮廓各点进行扫描，并将信息反馈给计算机控制***，计算机控制***通过所述无线发射及接收***无线发出和接收信息。
进一步，所述激光测距传感***为高频激光测距传感器。
进一步，所述高频激光测距传感器所发出的光为红外光和绿光。
进一步，所述倾斜传感***为高频精密测角***。
进一步，所述视频监控***为自动调焦高清摄像机；所述计算机控制***为小型计算机或单片机。
进一步，所述激光三维信息测量仪还包括底座、安装台、支架；所述安装台可水平转动安装在底座上，支架可上下转动地安装在安装台的支座上，所述扫描定位***和视频监控***可拆卸安装在支架上。
进一步，所述驱动***包括水平旋转马达和上下旋转马达，所述水平旋转马达用于驱动所述安装台在水平方向上转动，所述上下旋转马达用于驱动所述支架上下转动。
进一步，所述支架左右两侧面镜像设置有连接轴，该两根连接轴分别通过滚珠轴承安装在所述支座上对应设置的安装孔内；所述两根连接轴的的任一根顶端安装有传动齿轮，所述上下旋转马达通过传动齿轮驱动所述支架上下俯仰转动。
进一步，所述传动齿轮为消隙齿轮。
进一步，所述计算机控制***还包括液晶屏操控***和USB接口。
进一步，所述计算机控制***的操作***为Windows操作***。
进一步，若干台所述测量仪由一台计算机***控制，若干台测量仪从不同方位且同步对被测物进行跟踪测量，所获信息由计算机***综合处理后能够即可获取被测物的三维信息。
附图说明
图1为本发明***结构框图；
图2为本发明安装结构示意图；
图3为多台测量仪协同工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
如图1所示，本发明一种智能化激光三维信息测量仪包括扫描定位***、视频监控***、驱动***、计算机控制***以及无线发射及接收***；
扫描定位***包括用于确定观测点位置的GPS定位***，用于测量观测点与目标点直线距离的激光测距传感***，用于测量激光测距传感***水平旋转角度的电子罗盘，以及用于测量激光测距传感***上下俯仰角度的倾斜传感***。
驱动***用于驱动扫描定位***水平在水平方向摆动或上下俯仰转动；
计算机控制***通过视频监控***发现和锁定被测物，向驱动***发出指令驱动扫描定位***和视频监控***在水平或上下方向转动，在视频监控***跟踪被测物的同时扫描定位***对被测物轮廓各点进行扫描，并将信息反馈给计算机控制***，计算机控制***通过无线发射及接收***无线发出和接收信息。倾斜传感***为高频精密测角仪。视频监控***为自动调焦高清摄像机；计算机控制***为小型计算机或单片机。
视频监控***用于跟踪和采集被观测的目标物图像；本实施例中视频监控***为自动调焦高清摄像机，其主要功能是在远程控制的时候，通过视频中的十字丝来瞄准被测物体，如果物体是运动的，计算机控制***则可以通过对视频图形几何形状分析，确定动态物体的中心点在视场中的位置，从远距离遥控马达进行水平和垂直旋转，瞄准被测物体进行高频扫描测量，再综合激光反射信号的强度进行坐标数据分析和校验。该***可将现场视频数据与对应的图像经计算机控制***处理和无线发射极接收***发送给后方的工作人员。
通过获取一线和两个角度的测量数值，可以很容易地计算出目标点相对于观测点的相对坐标（X＇,Y＇,Z＇），后与GPS定位***测得的坐标值（X0，Y0,Z0）相加，即可获得目标点的实际坐标值（X,Y,Z）。因此用电子罗盘（或陀螺）及高频精密测角仪和激光测距***观测被测体多点后，便可将被测体的外形和轮廓用三维坐标数据进行表达。
激光测距传感***为高频激光测距传感器。高频激光测距传感器所发出的光为红外光和绿光。传统的激光器选用红外光，但是在阳光下可视情况较差，本发明在激光器的选择上不仅保留了红外光，并且首次使用远距离可视、阳光下可视的绿光作为导向光源。使得该***具备灵敏度高、测量距离远和分辨率高的特点。
另外，GPS定位***主要是在测试初始时，建立各个测试基准点（观测点）的坐标系，为以后整理三维信息数据时，提供基准坐标系信息。在测量过程中需要建多个观测点，采用传统的放置反光棱镜的测量方式不仅增加工作量且测量会产生累计误差，而将GPS定位***与仪器本身融合不仅简化现场测量人员的工作，而且提高了测量的精度。
激光三维信息测量仪还包括底座10、安装台20、支架30；安装台20可水平转动安装在底座10上，支架30可上下转动地安装在安装台20的支座21上，扫描定位***40和视频监控***50可拆卸安装在支架30上。
驱动***60包括水平旋转马达61和上下旋转马达65，水平旋转马达61用于驱动安装台20在水平方向转动，上下旋转马达65用于驱动支架30上下转动。
支架30左右两侧面镜像设置有连接轴31，该两根连接轴31分别通过滚珠轴承33安装在支座21上对应设置的安装孔内；两根连接轴的的一根顶端安装有传动齿轮35，上下旋转马达65通过传动齿轮驱动支架30上下俯仰转动。传动齿轮35为消隙齿轮。
现有技术中连接轴为半浮动立轴结构，本发明通过采用滚珠轴承使得支架更加灵活和不易卡死。另外本发明采用了特殊的消隙齿轮，这种齿轮采用两片齿轮同心叠放，两片齿轮夹缝中，用弹簧使两片齿轮连接，当我们安装此消隙齿轮前将两个齿轮错位旋转一定角度，然后和另一个普通齿轮咬合，这样消隙齿轮的一个齿轮盘一个顺时针施加力量，另一个齿轮盘逆时针施加力量，将普通齿轮的齿紧密的夹在中间。这种消齿轮消除了齿轮传动的缝隙造成的误差，因而可以通过电机控制扫描仪精密的旋转而达到极小的误差，因此在配合激光测距传感器、电子罗盘测量时时能够达到高速精度转动，从而将观测点的的三维空间坐标精确化确定。
计算机控制***还包括液晶屏操控***80和USB接口（未示出）。
计算机控制***的操作***为Windows操作***。该***能对所测对象的轮廓线、特征线进行处理，以最少观测值描述被测体，并计算出体积、面积等值，并在屏幕上显示被测体特性。电子触屏的设计使得操作变得便捷简单，现场无需携带笔记本电脑便可以进行三维数据处理及显示，便于对测量中的不合理进行及时调整。
如图3所示，本发明还可以让若干台测量仪（被测物体后面测量仪未示出）由一台计算机***控制，若干台测量仪从不同方位且同步对被测物进行跟踪测量，所获信息由计算机***综合处理后能够即可获取被测物的三维信息，尤其是对于移动物体在所布设的若干台测量仪中间或中上空通过时，多台测量仪同步工作，可以瞬间获得该移动物体的三维信息。
本发明功能齐全，造价低廉，且自动化连续高效测量，并且能够在全天候条件下，通过远程视频监控进行瞄准和动态物体追踪，扫描完毕后还可以实时将数据发回后方工作人员，简单而高效。

Claims (9)

1.本发明一种智能化激光三维信息测量仪，其特征在于，其包括扫描定位***、视频监控***、驱动***、计算机控制***、底座、安装台、支架以及无线发射及接收***；
所述扫描定位***包括用于确定观测点位置的GPS定位***，用于测量观测点与目标点直线距离的激光测距传感***，用于测量激光测距传感***水平旋转角度的电子罗盘，以及用于测量所述激光测距传感***上下俯仰角度的倾斜传感***；
所述视频监控***用于跟踪和采集被观测的目标物图像；
所述驱动***用于驱动所述扫描定位***水平在水平方向摆动或上下俯仰转动；
所述计算机控制***通过所述视频监控***发现和锁定被测物，向所述驱动***发出指令驱动所述扫描定位***和视频监控***在水平或上下方向转动，在视频监控***跟踪被测物的同时扫描定位***对被测物轮廓各点进行扫描，并将信息反馈给计算机控制***，计算机控制***通过所述无线发射及接收***无线发出和接收信息；
所述安装台可水平转动安装在底座上，支架可上下转动地安装在安装台的支座上，所述扫描定位***和视频监控***可拆卸安装在支架上。
2.如权利要求1所述激光三维信息测量仪，其特征在于，所述激光测距传感***为高频激光测距传感器。
3.如权利要求2所述激光三维信息测量仪，其特征在于，所述高频激光测距传感器所发出的光为红外光和绿光。
4.如权利要求1所述激光三维信息测量仪，其特征在于，所述倾斜传感***为高频精密测角仪。
5.如权利要求1所述激光三维信息测量仪，其特征在于，所述视频监控***为自动调焦高清摄像机；所述计算机控制***为小型计算机或单片机。
6.如权利要求1所述激光三维信息测量仪，其特征在于，所述驱动***包括水平旋转马达和上下旋转马达，所述水平旋转马达用于驱动所述安装台在水平方向上转动，所述上下旋转马达用于驱动所述支架上下转动。
7.如权利要求1所述激光三维信息测量仪，其特征在于，所述支架左右两侧面镜像设置有连接轴，该两根连接轴分别通过滚珠轴承安装在所述支座上对应设置的安装孔内；所述两根连接轴的的任一根顶端安装有传动齿轮，所述上下旋转马达通过传动齿轮驱动所述支架上下俯仰转动。
8.如权利要求7所述激光三维信息测量仪，其特征在于，所述传动齿轮为消隙齿轮。
9.如权利要求1所述激光三维信息测量仪，其特征在于，所述计算机控制***还包括液晶屏操控***和USB接口。
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