轻小型三维激光扫描测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种轻小型三维激光扫描测量系统及方法，包括GPS定位系统、惯性导航系统INS、激光扫描仪、数码相机、串口和数据采集计算机；所述GPS定位系统包括相互电连接的GPS天线和GPS接收机；所述GPS接收机、所述惯性导航系统INS和所述激光扫描仪均通过所述串口与所述数据采集计算机连接；所述GPS接收机还分别与所述数码相机和所述INS连接。具有成本低、便携性好的优点，尤其适用于对面积在50平方公里左右的小片区、厂区、村庄、城镇等小区域进行数据采集。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地理信息数据采集
，具体涉及一种。
技术介绍
目前，地理信息数据采集已从传统的二维数据采集转向了对三维空间的数据采集，并且随着相关数据采集技术与手段的快速发展，人们对三维空间信息服务的要求越来越高，即要求拥有不同尺度、不同时间下的三维空间信息，同时在精度与逼真性方面也要求达到一定效果。三维激光扫描技术是最新发展起来的地理信息数据采集技术，可以大量的直接获取目标的真实三维数据，其采集的点云数据可以直接用于被测目标的三维建模，突破了传统单点测量的弊端，以其精度高、速度快、自动化程度高等特点，成为目前地理信息数据采集研究的主要关注点之一。在地理信息数据采集方面，三维激光扫描仪包括固定式与移动式两种；其中，移动式三维激光扫描仪包括地面移动平台与空中移动平台两类。现有的移动式三维激光扫描仪主要针对大范围、大场景需求的数据采集进行设计的，具有成本高和便携性差的不足，因此，无法高效的对小片区、厂区、村庄、城镇等小区域进行有效的数据采集。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种，具有成本低、便携性好的优点，尤其适用于对面积在50平方公里左右的小片区、厂区、村庄、城镇等小区域进行数据采集。本专利技术采用的技术方案如下:本专利技术提供一种轻小型三维激光扫描测量系统，包括GPS定位系统、惯性导航系统INS、激光扫描仪、数码相机、串口和数据采集计算机；所述GPS定位系统包括相互电连接的GPS天线和GPS接收机；所述GPS接收机、所述惯性导航系统INS和所述激光扫描仪均通过所述串口与所述数据采集计算机连接；所述GPS接收机还分别与所述数码相机和所述INS连接。优选的，所述GPS接收机设置IPPS信号线输出接口 ；所述IPPS信号线输出接口分别连接到所述INS的同步信号接口以及所述数据相机的触发器；和/或还包括供电电源；所述供电电源的输出端通过电源开关分别向所述GPS接收机、所述INS和所述激光扫描仪供电；所述数码相机内置有供电模块，通过所述供电模块向所述数码相机供电。优选的，所述供电电源为锂电池；所述供电模块为锂电池。优选的，所述数据采集计算机为平板触摸式工业控制计算机；和/或所述数码相机为CCD数码相机；还包括箱体；所述GPS接收机、所述INS和所述激光扫描仪集成安装在所述箱体的内部；所述GPS天线和所述数码相机安装在所述箱体的外部。本专利技术提供一种应用上述轻小型三维激光扫描测量系统的三维激光扫描测量方法，包括以下步骤:SI，设置所述GPS定位系统对GPS数据的采集参数、所述INS对INS数据的采集参数和所述激光扫描仪对激光数据的采集参数；S2，所述轻小型三维激光扫描测量系统设置两种数据接收模式，第一种模式:根据GPS位置开始接收和停止接收数据；第二种模式，未设置根据GPS位置开始接收和停止接收数据；按设置的所述采集参数，所述数据采集计算机控制所述GPS定位系统、所述INS和所述激光扫描仪进行数据采集；其中，所述GPS定位系统采集载体的GPS数据；当所述GPS定位系统采集载体的GPS数据时，触发所述数码相机采集目标物体的纹理数据；所述INS采集载体的INS数据；所述激光扫描仪对目标物体进行扫描，采集所述目标物体的激光数据；如果设置为第一种模式，则需要预先设置起始GPS坐标和搜索距离，当到达所述起始GPS坐标时，所述数据采集计算机开始接收并保存所述GPS数据、所述INS数据和所述激光数据；当超过所述搜索距离时，停止接收所述GPS数据、所述INS数据和所述激光数据；如果设置为第一种模式，则直接接收所述GPS数据、所述INS数据和所述激光数据；S3，所述数据采集计算机对接收到的所述GPS数据、所述INS数据和所述激光数据进行数据后处理，生成所述被测目标的点云数据；S4，所述数据采集计算机结合所述被测目标的点云数据以及所述纹理数据，生成带有纹理信息的被测目标的三维模型。优选的，SI中，所述GPS定位系统的采集参数包括:GPS数据的存储路径、GPS停止位、GPS检校位、GPS数据位和GPS数据采集频率；所述INS的采集参数包括:INS数据的保存格式和存储路径、INS数据的采集频率；所述激光扫描仪的采集参数包括扫描模式、扫描角度、扫描时长、扫描得到的数据的保存格式和存储路径；其中，所述扫描模式包括连续数据采集模式和固定时间长数据采集模式；其中，所述连续数据采集模式为连续采集被测目标的激光数据，直到采集结束；所述固定时间长数据采集模式为:首先设置激光扫描的时间长度，然后按照所设置的时间长度采集被测目标的激光数据，当达到所设置的时间长度时，终止采集被测目标的激光数据； 优选的，S2中，所述GPS数据包括载体地理坐标信息、载体地速信息以及载体方位信息；所述INS数据包括载体姿态信息、载体位置信息和载体加速度信息。优选的，S2中，所述数据采集计算机控制所述GPS定位系统、所述INS和所述激光扫描仪进行数据采集包括:在所述数据采集计算机控制下，所述GPS定位系统向所述INS每秒输出IPPS信号，用于同步所述GPS数据和所述INS数据；同时，所述GPS定位系统向所述数码相机每秒输出IPPS信号，用于触发所述数码相机自动采集目标物体的纹理数据，并且，所述数码相机将采集的所述目标物体的纹理数据存储在自身内置的存储卡内；和/或所述数据采集计算机控制所述GPS定位系统、所述INS和所述激光扫描仪进行数据采集还包括:所述数据采集计算机采用多线程技术控制所述GPS定位系统、所述INS和所述激光扫描仪同时进行数据采集。优选的，S2中，所述数据采集计算机接收所述GPS数据、所述INS数据和所述激光数据具体为:所述数据采集计算机记录接收到的每一个所述激光数据的接收时间点；所述数据采集计算机记录所述INS数据的最初开始接收时间点，所述最初开始接收时间点用于确定与所述GPS数据的同步时间点。优选的，S3具体包括以下步骤:S31，解析所述GPS数据，获得解析后的GPS数据；将所述解析后的GPS数据通过GPS卡尔曼子滤波器并换算至INS中心后，输出经滤波处理后的GPS数据；其中，所述解析后的GPS数据包括载体的时间数据、经度数据、纬度数据、地速数据、地面航向数据；所述滤波处理后的GPS数据包括时间数据、经度数据、纬度数据、地速数据、地面航向数据；解析所述INS数据，获得解析后的INS数据；所述解析后的INS数据包括载体的航向角数据、俯仰角数据、横滚角数据以及载体的坐标数据、速度数据、航向数据；S32，对所述滤波处理后的GPS数据和所述解析后的INS数据进行数据同步，使所述滤波处理后的GPS数据与所述解析后的INS数据一一对应；S33，对同步的所述滤波处理后的GPS数据和所述解析后的INS数据采用卡尔曼滤波进行融合，输出经融合后的被测目标的位置姿态数据；其中，所述位置姿态数据包括位置数据、姿态数据、速度数据、方位角数据；S34，将所述位置姿态数据换算至激光扫描仪中心后，采用时间插值的方法融合所述激光数据与所述位置姿态数据，生成点云数据。本专利技术的有益效果如下:本专利技术以重量轻、体积小、成本低的硬件系统集成了，采用数据采集与控制系统设置系统工作参数以及实时接收与保存数据，通过数据后处理生成点云数据以及带有纹理的被测目标三维模型。本专利技术提供的轻小型三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻小型三维激光扫描测量系统，其特征在于，包括GPS定位系统、惯性导航系统INS、激光扫描仪、数码相机、串口和数据采集计算机；所述GPS定位系统包括相互电连接的GPS天线和GPS接收机；所述GPS接收机、所述惯性导航系统INS和所述激光扫描仪均通过所述串口与所述数据采集计算机连接；所述GPS接收机还分别与所述数码相机和所述INS连接。

【技术特征摘要】
1.一种轻小型三维激光扫描测量系统，其特征在于，包括GPS定位系统、惯性导航系统INS、激光扫描仪、数码相机、串口和数据采集计算机；所述GPS定位系统包括相互电连接的GPS天线和GPS接收机；所述GPS接收机、所述惯性导航系统INS和所述激光扫描仪均通过所述串口与所述数据采集计算机连接；所述GPS接收机还分别与所述数码相机和所述INS连接。2.根据权利要求1所述的轻小型三维激光扫描测量系统，其特征在于，所述GPS接收机设置IPPS信号线输出接口 ；所述IPPS信号线输出接口分别连接到所述INS的同步信号接口以及所述数据相机的触发器；和/或 还包括供电电源；所述供电电源的输出端通过电源开关分别向所述GPS接收机、所述INS和所述激光扫描仪供电；所述数码相机内置有供电模块，通过所述供电模块向所述数码相机供电。3.根据权利要求2所述的轻小型三维激光扫描测量系统，其特征在于，所述供电电源为锂电池；所述供电模块为锂电池。4.根据权利要求1所述的轻小型三维激光扫描测量系统，其特征在于，所述数据采集计算机为平板触摸式工业控制计算机；和/或所述数码相机为CCD数码相机； 还包括箱体；所述GPS接收机、所述INS和所述激光扫描仪集成安装在所述箱体的内部；所述GPS天线和所述数码相机安装在所述箱体的外部。5.—种应用权利要求1-4任一项所述轻小型三维激光扫描测量系统的三维激光扫描测量方法，其特征在于，包括以下步骤: SI，设置所述GPS定位系统对GPS数据的采集参数、所述INS对INS数据的采集参数和所述激光扫描仪对激光数据的采集参数； S2，所述轻小型 三维激光扫描测量系统设置两种数据接收模式，第一种模式:根据GPS位置开始接收和停止接收数据；第二种模式，未设置根据GPS位置开始接收和停止接收数据； 按设置的所述采集参数，所述数据采集计算机控制所述GPS定位系统、所述INS和所述激光扫描仪进行数据采集；其中，所述GPS定位系统采集载体的GPS数据；当所述GPS定位系统采集载体的GPS数据时，触发所述数码相机采集目标物体的纹理数据；所述INS采集载体的INS数据；所述激光扫描仪对目标物体进行扫描，采集所述目标物体的激光数据； 如果设置为第一种模式，则需要预先设置起始GPS坐标和搜索距离，当到达所述起始GPS坐标时，所述数据采集计算机开始接收并保存所述GPS数据、所述INS数据和所述激光数据；当超过所述搜索距离时，停止接收所述GPS数据、所述INS数据和所述激光数据；如果设置为第一种模式，则直接接收所述GPS数据、所述INS数据和所述激光数据； S3，所述数据采集计算机对接收到的所述GPS数据、所述INS数据和所述激光数据进行数据后处理，生成所述被测目标的点云数据； S4，所述数据采集计算机结合所述被测目标的点云数据以及所述纹理数据，生成带有纹理信息的被测目标的三维模型。6.根据权利要求5所述的三维激光扫描测量方法，其特征在于，SI中，所述GPS定位系统的采集参数包括=GPS数据的存储路径、GPS停止位、GPS检校位、GPS数据位和GPS数据米集频率；所述INS的采集参数包括:INS数...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑新奇，孙义博，贾宗仁，王鹤饶，艾刚，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：