一种双模移动激光雷达测量系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双模移动激光雷达测量系统及其方法，该系统包括：定位定姿模块和双模时间同步子系统，定位定姿模块与双模时间同步子系统相连；该方法包括以下步骤：S1.通过传感器采集位姿信息；S2.接收并解析GNSS数据、IMU数据和里程计数据；S3.判断是否接收到GNSS数据，当接收到GNSS数据时，发送同步控制命令进入S4；当未接收到GNSS数据时，发送模拟控制命令进入S5；S4.根据同步控制命令，接收GNSS数据、IMU数据和里程计数据，并以GNSS数据为时间源完成各传感器的时间同步，并进入GNSS/INS组合导航模式；S5.产生虚拟GNSS信号采集自身的高精度石英晶体振荡器来记录时间，同时转换成NEMA标准的时间信号和PPS信号进行各传感器时间同步，并进入IMU数据和里程计数据组合导航模式。模式。模式。

【技术实现步骤摘要】
一种双模移动激光雷达测量系统及其方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达测量
，更具体的说是涉及一种双模移动激光雷达测量系统及其方法。

技术介绍

[0002]移动激光雷达测量系统(Mobile Lidar Measurement System)由全球定位系统GNSS(Global Navigation Satellite System)、惯性导航系统INS(Inertial Navigation System)和激光雷达LiDAR(Light Detection And Ranging)等传感器共同组成。自二十世纪九十年代由美国俄亥俄州州立大学研究设计的GPSVan车载测量系统以来，由GPS/INS组合系统的移动测量系统得到迅速发展，随后有加拿大Optech科研团队随后研制出了在当时世界测绘领域首屈一指的LYNX道路移动测量系统，日本东京大学研制出VLMS车载激光系统、美国Applanix公司的Land Mark、英国3D LaserMapping公司的Street Mapper360、美国MDL公司的Dynascan、日本TOPCON公司的IP－S2、诺基亚所属公司NAVTEQ的激光采集车等商用产品。
[0003]国内在近几十年关于移动测量技术的研究正在飞速发展，有武汉大学联合武汉立得空间信息技术发展有限公司研制的基于3S集成技术的LD2000系列移动道路测量系统。山东科技大学研究了基于多传感器融合的车载三维测量系统。2011年，首都师范大学与四维远见公司共同研发了SSW移动测量系统。2013年，广州中海达公司也成功研发了车载激光雷达扫描系统iSca。2018年，北京建筑大学研究的移动测量系统并提出了全新的检校方案等。
[0004]目前移动测量系统大多是GNSS/INS组合方式通过IMU进行航位推算获取载体实时位置和姿态信息，GNSS接收机获取卫星观测数据并输入IMU，用于改正IMU定位定姿误差。当外部GNSS信号丢失时，则依靠IMU单传感器进行定位定姿估算，没有外部GNSS提供修正值时，IMU定位定姿精度将在很短的时间内由厘米级上升至亚米级甚至米级。
[0005]对于地铁、隧道等无GNSS信号的情况国内外也展开了相应研究，国外有安伯格公司研制的GRP5000隧道全息影像动态扫描系统，该系统不足之处是需要搭配Leica GPS或Leica TPS系统对手推式轨道测量小车进行定位，徕卡公司生产的SiTrack:One移动轨道扫描系统在户外铁路上使用GNSS与IMU组合实现定位，在隧道、地铁用超高精度激光里程器DMI、IMU惯导系统定位。国内有中国铁设轻型铁路移动测量系统并应用于实际工程中大大提高了测量效率，武汉大学研究的将多传感器集成于一体的移动激光扫描测量小车等。
[0006]因此，如何提供误差小的一种双模移动激光雷达测量系统及其方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种双模移动激光雷达测量系统及其方法，其目的在于解决现有技术中GNSS/INS组合导航系统容易产生的位姿误差的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种双模移动激光雷达测量系统，包括：定位定姿模块和双模时间同步子系统，所述定位定姿模块与所述双模时间同步子系统相连；
[0010]所述定位定姿模块，用于通过传感器采集位姿信息，其中位姿信息包括GNSS数据、IMU数据和里程计数据；
[0011]所述双模时间同步子系统包括：GNSS数据解析模块、IMU数据解析模块、里程计数据解析模块、GNSS数据判断模块、时间同步模块和虚拟GNSS数据产生模块；
[0012]所述GNSS数据解析模块、所述IMU数据解析模块和所述里程计数据解析模块分别对应接收并解析所述GNSS数据、所述IMU数据和所述里程计数据；
[0013]所述GNSS数据判断模块，用于判断所述GNSS数据解析模块是否接收到GNSS数据，当接收到所述GNSS数据时，发送同步控制命令至所述时间同步模块；当未接收到所述GNSS数据时，发送模拟控制命令至所述虚拟GNSS数据产生模块；
[0014]所述时间同步模块，用于根据所述同步控制命令，接收所述GNSS数据、所述IMU数据和所述里程计数据，并以所述GNSS数据为时间源完成各传感器的时间同步，并进入GNSS/INS组合导航模式；
[0015]所述虚拟GNSS数据产生模块，用于产生虚拟GNSS信号采集所述时间同步模块内的高精度石英晶体振荡器来记录时间，同时转换成NEMA标准的时间信号和PPS信号进行各传感器时间同步，并进入IMU数据和里程计数据组合导航模式。
[0016]优选的，所述定位定姿模块包括GNSS传感器、IMU惯导传感器和里程计；
[0017]所述GNSS传感器、所述IMU惯导传感器和所述里程计分别对应通过GNSS传感器同步接口、所述IMU惯导传感器同步接口和里程计同步接口与所述双模时间同步子系统进行通讯。
[0018]优选的，所述GNSS传感器采用BD系统为核心的接收机，兼容GPS和Glonass。
[0019]优选的，所述IMU惯导传感器采用光纤陀螺仪，包括3轴角速度和3轴加速度6个自由度。
[0020]优选的，所述里程计采用轮式传感器，并将轮式传感器的核心增量式光电编码器安装在车辆轮毂内，车辆行驶时编码器与车轮同轴转动，测量车轮的角速度来推算车辆的行驶速度和距离。
[0021]优选的，还包括数据采集模块和空间配准模块；所述数据采集模块和所述空间配准模块分别均与所述时间同步模块和所述虚拟GNSS数据产生模块均相连；
[0022]所述数据采集模块，用于通过传感器采集三维点云数据；
[0023]所述空间配准模块，用于在同步后的时间基准下进行点云的空间配准。
[0024]优选的，所述数据采集模块为便携式三维激光雷达扫描仪。
[0025]一种双模移动激光雷达测量方法，包括以下步骤：
[0026]S1.通过传感器采集位姿信息，其中位姿信息包括GNSS数据、IMU数据和里程计数据；
[0027]S2.接收并解析所述GNSS数据、所述IMU数据和所述里程计数据；
[0028]S3.判断是否接收到GNSS数据，当接收到所述GNSS数据时，发送同步控制命令进入S4；当未接收到所述GNSS数据时，发送模拟控制命令进入S5；
[0029]S4.根据所述同步控制命令，接收所述GNSS数据、所述IMU数据和所述里程计数据，
并以所述GNSS数据为时间源完成各传感器的时间同步，并进入GNSS/INS组合导航模式；
[0030]S5.产生虚拟GNSS信号来记录时间，同时转换成NEMA标准的时间信号和PPS信号进行各传感器时间同步，并进入IMU数据和里程计数据组合导航模式。
[0031]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种双模移动测量系统及其方法，其目的在于解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双模移动激光雷达测量系统，其特征在于，包括：定位定姿模块和双模时间同步子系统，所述定位定姿模块与所述双模时间同步子系统相连；所述定位定姿模块，用于通过传感器采集位姿信息，其中位姿信息包括GNSS数据、IMU数据和里程计数据；所述双模时间同步子系统包括：GNSS数据解析模块、IMU数据解析模块、里程计数据解析模块、GNSS数据判断模块、时间同步模块和虚拟GNSS数据产生模块；所述GNSS数据解析模块、所述IMU数据解析模块和所述里程计数据解析模块分别对应接收并解析所述GNSS数据、所述IMU数据和所述里程计数据；所述GNSS数据判断模块，用于判断所述GNSS数据解析模块是否接收到GNSS数据，当接收到所述GNSS数据时，发送同步控制命令至所述时间同步模块；当未接收到所述GNSS数据时，发送模拟控制命令至所述虚拟GNSS数据产生模块；所述时间同步模块，用于根据所述同步控制命令，接收所述GNSS数据、所述IMU数据和所述里程计数据，并以所述GNSS数据为时间源完成各传感器的时间同步，并进入GNSS/INS组合导航模式；所述虚拟GNSS数据产生模块，用于产生虚拟GNSS信号采集所述时间同步模块内的高精度石英晶体振荡器来记录时间，同时转换成NEMA标准的时间信号和PPS信号进行各传感器时间同步，并进入IMU数据和里程计数据组合导航模式。2.根据权利要求1所述的一种双模移动激光雷达测量系统，其特征在于，所述定位定姿模块包括GNSS传感器、IMU惯导传感器和里程计；所述GNSS传感器、所述IMU惯导传感器和所述里程计分别对应通过GNSS传感器同步接口、所述IMU惯导传感器同步接口和里程计同步接口与所述双模时间同步子系统进行通讯。3.根据权利要求1所述的一种双模移动激光雷达测量系统，其特征在于，所述GNSS传感器采...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈才，郭可才，
申请(专利权)人：北京申信达成科技有限公司，
类型：发明
国别省市：