基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置及操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置及操作方法，所述装置包括支撑架、边缘计算单元、云台、三维激光扫描设备、惯性测量单元和GPS模块；三维激光扫描设备设置于云台上，三维激光扫描装置的旋转轴与云台的转轴呈垂直关系；惯性测量单元和GPS模块固定设置于三维激光扫描设备上；惯性测量单元和GPS模块之间为组合导航关系，用于获取云台的姿态信息并反馈至边缘计算单元；边缘计算单元基于姿态信息和三维激光扫描设备获取的三维点云图，利用预设的点云数据拼接算法生成全方位点云图并输出。本发明专利技术提供的技术方案，可在不同位姿的点云数据之间形成联系，能够实现对于设备的360

【技术实现步骤摘要】
基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置及操作方法


[0001]本专利技术属于水土保持在线检测
，特别涉及一种基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置及操作方法。

技术介绍

[0002]传统的水土流失监测大多依赖人工，最主要的方法为测钎法，该方法是向地表有规律插入若干刻有刻度的细钎，并在细钎中做好标记，通过记录土层高度的变化，测量计算土壤侵蚀量；以上传统方法耗时长，成本高，人力资源浪费，监测周期长、时效性差，不能适应水土保持监测对信息化、自动化、智能化的需求，无法形成对水土保持情况的有效监管。
[0003]鉴于上述传统方法的缺陷，提出了基于三维激光扫描设备的测钎装置，其借助于技术成熟的三维激光扫描装置，将设备附近的地面等信息都以点云的形式加以呈现；然而，单纯使用三维激光扫描装置只能解决一个朝向的点云信息采集，无法实现对于设备周边全方位360
°
的监测。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置及操作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的技术方案，可在不同位姿的点云数据之间形成联系，能够实现对于设备的360
°
全方位监测。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提供的一种基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置，包括：支撑架、边缘计算单元、云台、三维激光扫描设备、惯性测量单元和GPS模块；
[0007]所述边缘计算单元和所述云台均固定设置于所述支撑架上；
[0008]所述三维激光扫描设备设置于所述云台上，所述三维激光扫描装置的旋转轴与所述云台的转轴呈垂直关系；
[0009]所述惯性测量单元和所述GPS模块固定设置于所述三维激光扫描设备上；
[0010]其中，所述惯性测量单元和所述GPS模块之间为组合导航关系，用于获取云台的姿态信息并反馈至所述边缘计算单元；所述边缘计算单元基于所述姿态信息和所述三维激光扫描设备获取的三维点云图，利用预设的点云数据拼接算法生成全方位点云图并输出。
[0011]本专利技术的进一步改进在于，还包括：
[0012]电源管理模块，用于向所述三维激光扫描设备、云台、GPS模块、惯性测量单元以及边缘计算单元供电。
[0013]本专利技术的进一步改进在，所述预设的点云数据拼接算法步骤包括：
[0014]通过旋转矩阵、四元数或旋转矢量的方法，将不同云台朝向情况下的点云数据转换到支撑架坐标系下并拼接，形成全方位点云数据。
[0015]本专利技术的进一步改进在，所述支撑架包括基座和设置有基座上的杆体；
[0016]所述支撑架坐标系具体为杆体坐标系。
[0017]本专利技术的进一步改进在，所述惯性测量单元采用高精度MEMS加计与陀螺。
[0018]本专利技术提供的一种基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置的操作方法，包括以下步骤：
[0019]通过三维激光扫描设备获取不同实体的三维点云图像；其中，通过云台控制三维激光扫描设备的朝向；通过GPS模块与惯性测量单元反馈云台的姿态信息；
[0020]通过边缘计算单元同步三维激光扫描设备、云台、GPS模块以及惯性测量单元之间的数据同步关系，并通过预设的点云数据拼接算法完成所有方向上的点云数据拼接，生成全方位点云图。
[0021]本专利技术的进一步改进在，所述通过三维激光扫描设备获取不同实体的三维点云图像的过程中，
[0022]三维激光扫描设备在云台静止的情况下进行数据采集。
[0023]本专利技术的进一步改进在，所述预设的点云数据拼接算法步骤包括：
[0024]通过旋转矩阵、四元数或旋转矢量的方法，将不同云台朝向情况下的点云数据转换到支撑架坐标系下并拼接，形成全方位点云数据。
[0025]本专利技术的进一步改进在，所述将不同云台朝向情况下的点云数据转换到支撑架坐标系下时，通过获得的姿态信息，将三维激光扫描设备在不同位姿下获取的点云数据换算到支撑架坐标系下。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术提出的装置中，设置有云台，云台的旋转轴垂直于三维激光扫描装置的转轴，从整体上构成二维运动机构，利用云台可调整三维激光扫描装置的朝向；此外，为了将不同位姿状态下的点云信息进行整合与拼接，引入了IMU(惯性测量单元)与GPS(全球定位系统)组合，可准确给出三维激光扫描装置的当前位姿，从而在不同位姿之间的点云数据之间形成联系，形成对于设备的360
°
全方位监测。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是本专利技术实施例提供的一种基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置的结构示意图；
[0030]图2是本专利技术实施例中，各部件的关联关系示意图；
[0031]图3是本专利技术实施例提供的一种基于三维激光扫描与惯性测量单元的点云拼接方法的流程示意图；
[0032]图中，1、云台；2、三维激光扫描设备；3、惯性测量单元；4、GPS模块；5、边缘计算单元；6、杆体；7、电源管理模块；8、基座。
具体实施方式
[0033]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的
附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0034]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0035]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0036]请参阅图1，本专利技术实施例提供的一种基于三维激光扫描与惯性测量单元的点云拼接装置，包括：云台1、三维激光扫描设备2、IMU(惯性测量单元3)、GPS模块4、边缘计算单元5、杆体6、电源管理模块7和基座8；
[0037]其中，三维激光扫描装置与惯性测量单元3、GPS模块4采用刚性连接，安装在同一个云台1上，保证相对位置不变；三维激光扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置，其特征在于，包括：支撑架、边缘计算单元(5)、云台(1)、三维激光扫描设备(2)、惯性测量单元(3)和GPS模块(4)；所述边缘计算单元(5)和所述云台(1)均固定设置于所述支撑架上；所述三维激光扫描设备(2)设置于所述云台(1)上，所述三维激光扫描装置的旋转轴与所述云台(1)的转轴呈垂直关系；所述惯性测量单元(3)和所述GPS模块(4)固定设置于所述三维激光扫描设备(2)上；其中，所述惯性测量单元(3)和所述GPS模块(4)之间为组合导航关系，用于获取云台(1)的姿态信息并反馈至所述边缘计算单元(5)；所述边缘计算单元(5)用于根据所述姿态信息和所述三维激光扫描设备(2)获取的三维点云图，利用预设的点云数据拼接算法生成全方位点云图并输出。2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置，其特征在于，还包括：电源管理模块(7)，用于向所述三维激光扫描设备(2)、云台(1)、GPS模块(4)、惯性测量单元(3)以及边缘计算单元(5)供电。3.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置，其特征在于，所述预设的点云数据拼接算法步骤包括：通过旋转矩阵、四元数或旋转矢量的方法，将不同云台(1)朝向情况下的点云数据转换到支撑架坐标系下并拼接，形成全方位点云数据。4.根据权利要求3所述的一种基于三维激光扫描与惯性测量的点云拼接装置，其特征在于，所述支撑架包括基座(8)和设置有基座(8)上的杆体(6)；所述支撑架坐标系具体为杆体(6)坐标系。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷磊，吴健，孙强，王乃永，李睿，郑树海，吴经锋，师一卿，杨大渭，魏淼，魏刚，白晓春，王良，万昊，张令佳，刘中书，高宇，王辰曦，潘晓彤，景龑，郭安祥，郭宁宁，
申请(专利权)人：国网西安环保技术中心有限公司，
类型：发明
国别省市：