CN201155968Y - 基于gps和激光技术的三维地形测量装置 - Google Patents

基于gps和激光技术的三维地形测量装置 Download PDF

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张漫
陈雨
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Abstract

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。

Description

基于GPS和激光技术的三维地形测量装置
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、城市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采用，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***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***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***)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，此装置采用低成本的GPS接收机来测量待测点的平面坐标，采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，本实用新型采用如下技术方案：
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，以及用于采集、处理数据的数据采集器。
所述数据采集器包括一微处理器，用于***的初始化、数据处理和对整个***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***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，用于实时显示采集的GPS信息和输入的相对高程信息。
更优选地，所述数据采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；使用数据采集器将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。
附图说明
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；
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：1.GPS接收机；2.GPS天线；3.数据采集器；4.激光接收器；5.激光发射器；6.测量杆。
具体实施方式
下面结合附图，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1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，以及数据采集器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采用苏州一光JP3作为激光信号源，其激光类型为635nm，水平精度为±5mm/50m，工作半径为150m，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***可以将激光束发散角压缩到0.1mrad之内，则在100米外激光束的光斑直径不大于2cm。室内外试验结果表明：激光发射***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采用苏州一光JP3，其高探测精度为±1mm(±0.04in)，普通探测精度为±2mm(±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采用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，城市高楼林立等，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采用了具有较高性价比的国产GPS和信标(GPSL1/300KHz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。升降机构可以采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采集器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采集器3上。
微处理器1采用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采用标准的4X4矩阵式键盘。
GPS数据的采集需要的存储容量较大，若采用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采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。
显示模块采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1mA，主控制器芯片是SED1520的图形点阵式液晶模块。接口电路采用间接控制的方式，八条数据线与并行接口电路相连，另外用微处理器的I/O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，；采用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采用常规方式接入。
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＝a-b。此时，激光机收器4会发出“哔”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测量的经纬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。

Claims (8)

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)，以及用于采集、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采集器(3)包括：
微处理器，用于***的初始化、数据处理和对整个***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***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，用于实时显示采集的GPS信息和输入的相对高程信息。
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。
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