一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器及方法，所述仪器包括激光雷达测量模块（1）、GNSS测量模块（2）、对中杆（3）、对中杆与手簿连接装置（4）、测量手簿（5）和水准气泡（6），所述激光雷达测量模块（1）置于仪器顶部，所述GNSS测量模块（2）上端与激光雷达测量模块（1）连接，其下端与对中杆（3）连接，所述测量手簿（5）通过对中杆与手簿连接装置（4）固定在对中杆（3）上，所述水准气泡（6）固定在GNSS测量模块（2）上。本发明专利技术解决了禁飞区无法采用机载激光雷达测量土地整理高程问题，以及常规地面三维激光扫描仪测量效率低的问题。面三维激光扫描仪测量效率低的问题。面三维激光扫描仪测量效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器及方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达
，特别是涉及一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器及方法。

技术介绍

[0002]三维激光扫描技术是近年来出现的新技术，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。由于三维激光扫描系统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。该技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域也有了很多的尝试、应用和探索。三维激光扫描系统包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。在土地整理测量应用方面，需要采集非常密集高程点计算填挖方工程量，目前通常采用机载GNSS定位结合激光雷达测量高程点，效率高且不受天气影响，但是面临禁飞区则无法使用。采用常规三维激光扫描仪，需经过架设仪器、对中、整平、测量、换站等操作，测量精度高，但是测量效率低、点位密度低、需要耗费大量人力物力。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器及方法解决了机载GNSS定位结合激光雷达测量面临禁飞区无法使用，以及常规三维激光扫描仪测量效率低、点位密度低且需消耗大量人力物力的问题。
[0004]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器，所述仪器包括激光雷达测量模块、GNSS测量模块、对中杆、对中杆与手簿连接装置、测量手簿和水准气泡，所述激光雷达测量模块置于仪器顶部，所述GNSS测量模块上端与激光雷达测量模块连接，其下端与对中杆连接，所述测量手簿通过对中杆与手簿连接装置固定在对中杆上，所述水准气泡固定在GNSS测量模块上。
[0005]上述方案的有益效果是：通过上述技术方案，提供一种基于GNSS快速测量的地面激光雷达测量仪器，解决了机载GNSS定位结合激光雷达测量面临禁飞区无法使用，以及常规三维激光扫描仪测量效率低、点位密度低且需消耗大量人力物力的问题。
[0006]进一步地，激光雷达测量模块包括测绘相机、GNSS定位单元和INS惯导系统。
[0007]上述进一步方案的有益效果是：测绘相机用于对当前站点进行拍摄记录，便于后期处理剔除打在树木、杂草上的错误高程点，GNSS定位单元用于对当前站点进行定位，INS惯导系统用于获取激光脉冲的竖直扫描角和水平扫描角。
[0008]除此之外，本专利技术还采用的技术方案为：一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量方法，应用于一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器，所述方法包括以下步骤：
S1：利用测量手簿完成项目设置、坐标系统设置和中央经线设置；S2：将对中杆与测量地面点对中，使水准气泡居中，并通过对中杆的刻度标识记录仪器高度；S3：利用GNSS测量模块根据仪器高度测量地面单点三维坐标；S4：利用GNSS测量模块和激光雷达测量模块根据仪器高度测量地面点云三维坐标。
[0009]上述方案的有益效果是：通过上述技术方案，可以利用GNSS测量模块单独测量地面点的坐标，也可以GNSS测量模块加上激光雷达测量模块测量地面点点云三维坐标。
[0010]进一步地，S3中将仪器高度输入至测量手簿中点击测量，完成地面单点三维坐标的测量。
[0011]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，根据仪器高度测量地面点单点的三维坐标。
[0012]进一步地，S4中包括以下分步骤：S4
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1：将仪器高度输入至测量手簿中点击测量，完成设站点三维坐标测量；S4
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2：利用GNSS测量模块测量激光雷达的测量模块中心点的三维坐标；S4
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3：利用激光雷达测量模块发射出脉冲激光打到地面点上，根据接收脉冲激光的部分反射光波的接收器获得地面点到激光雷达测量模块中心点的距离；S4
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4：结合仪器高度、激光扫描角度、激光雷达测量模块中心点的三维坐标，以及通过INS惯导系统获得的激光脉冲的竖直扫描角和水平扫描角，计算出每一个地面光斑的坐标，通过脉冲激光不断扫描目标物获得地面点云坐标；S4
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5：利用测绘相机完成当前站点照片拍摄，用于后期处理打在地面点上的错误高程点。
[0013]上述进一步方案的有益效果是：利用GNSS测量模块和激光雷达测量模块，测量设站点三维坐标、激光雷达测量模块中心点的三维坐标、地面点到激光雷达测量模块中心点的距离，从而获得地面点云坐标。
[0014]进一步地，S4
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3中地面点到激光雷达测量模块中心点的距离公式如下：其中，为激光光波从发射到接收时间间隔，为光速。
[0015]上述进一步方案的有益效果是：利用上式计算获得地面点到激光雷达测量模块中心点的距离，用于计算出每一个地面光斑的坐标。
[0016]进一步地，S4
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4中每一个地面光斑的坐标公式如下：其中，为激光雷达测量模块中心点的三维坐标，为地面点到激光雷达测量模块中心点的距离，为激光脉冲的竖直扫描角，为激光脉冲的水平扫描角。
[0017]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，根据激光雷达测量模块中心点的三维坐标、地面点到激光雷达测量模块中心点的距离、光脉冲的竖直扫描角和水平扫描角计算每一个地面光斑的坐标。
附图说明
[0018]图1为一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器结构图。
[0019]其中：1、激光雷达测量模块；2、GNSS测量模块；3、对中杆；4、对中杆与手簿连接装置；5、测量手簿；6、水准气泡。
[0020]图2为一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量方法流程图。
[0021]图3为地面点到激光雷达测量模块中心点的距离结构图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。
[0023]实施例1，如图1所示，一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器，所述仪器包括激光雷达测量模块1、GNSS测量模块2、对中杆3、对中杆与手簿连接装置4、测量手簿5和水准气泡6，所述激光雷达测量模块1置于仪器顶部，所述GNSS测量模块2上端与激光雷达测量模块1连接，其下端与对中杆3连接，所述测量手簿5通过对中杆与手簿连接装置4固定在对中杆3上，所述水准气泡6固定在GNSS测量模块2上，所述激光雷达测量模块1包括测绘相机、GNSS定位单元和INS惯导系统。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，将GNSS测量模块、激光雷达测量模块与对中杆依次连接好，并将GNSS测量模块与手簿通过蓝牙连接；在测量手簿中输入CORS账号和密码，完成网络本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器，其特征在于，所述仪器包括激光雷达测量模块（1）、GNSS测量模块（2）、对中杆（3）、对中杆与手簿连接装置（4）、测量手簿（5）和水准气泡（6），所述激光雷达测量模块（1）置于仪器顶部，所述GNSS测量模块（2）上端与激光雷达测量模块（1）连接，其下端与对中杆（3）连接，所述测量手簿（5）通过对中杆与手簿连接装置（4）固定在对中杆（3）上，所述水准气泡（6）固定在GNSS测量模块（2）上。2.根据权利要求1所述的基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器，其特征在于，所述激光雷达测量模块（1）包括测绘相机、GNSS定位单元和INS惯导系统。3.一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量方法，应用于如权利要求1或2所述的一种基于GNSS定位的地面激光雷达测量仪器，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：利用测量手簿完成项目设置、坐标系统设置和中央经线设置；S2：将对中杆与测量地面点对中，使水准气泡居中，并通过对中杆的刻度标识记录仪器高度；S3：利用GNSS测量模块根据仪器高度测量地面单点三维坐标；S4：利用GNSS测量模块和激光雷达测量模块根据仪器高度测量地面点云三维坐标。4.根据权利要求3所述的基于GNSS定位的地面激光雷达测量方法，其特征在于，所述S3中将仪器高度输入至测量手簿中点击测量，完成地面单点三维坐标的测量。5.根据权利要求3所述的基于GNSS定位的地面激光雷达测量方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗鑫，杨蓉，张基智，沈建力，
申请(专利权)人：四川华恒升科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：