CN102508257A - 一种车载移动测图装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载移动测图装置，包括：运载平台系统、驱动系统、惯性导航系统、三维数据采集系统、通信系统以及上位机，利用三维数据采集系统获取场景表面的极半径信息，运用运载平台系统搭载整个装置；通过驱动系统控制装置在场景中运动；用惯性导航系统获取装置空间六自由度的位姿参数；运用通信系统将惯性导航系统获取的装置位姿参数及三维数据采集系统采集的场景极半径信息实时的传送到上位机；上位机软件通过处理场景的极半径与装置的空间六自由度位姿参数信息重建出场景的三维点云图像。本发明克服了传统测量方法表现出的数据生产周期长、数据生产成本高及人员不能到达的地方很难获得有效数据等缺点，实现了室内室外的快速准确测图，在城市规划、事故现场重构、考古等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种车载移动测图装置

技术领域

本发明涉及非接触测量技术，具体地涉及一种车载移动测图装置，在城市规划、事故现场重构、考古等领域具有广阔的应用前景。

背景技术

目前已有的车载移动测图系统，都是利用GPS、CCD、INS、激光或航位推算系统等先进的传感器搭建，通过运载体的高速行进，快速采集地物的空间数据和属性数据。由于系统采用了GPS定位技术，因此系统只能适合空旷环境的测图，不适于室内、隧道、城市等环境的测图。因此，迫切需要一种车载移动测图装置，满足无法接受GPS信号场景的测图工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题：解决了其它测绘系统因隧道、桥梁、城市峡谷、树木遮挡等导致GNSS失锁的问题，提出了利用倾角传感器和编码器作为惯性测量单元获取位姿参数，解决了利用多传感器采集信息时出现的各传感器数据在时间和空间的不同步问题，以及应用激光传感器采集空间距离数据构建车载移动测图系统的新方法，为实现无GPS/IMU和先验地图辅助的6D同步定位与地图创建提供良好的技术支撑。

本发明的技术方案为：一种车载移动测图装置，该装置包括：运载平台系统、驱动系统、惯性导航系统、三维数据采集系统、通信系统和上位机；其中：

运载平台系统运载整个装置在场景空间中运动；运载平台系统包括运载平台、左前轮、右前轮、左后轮和右后轮；运载平台系统通过驱动系统中的左前轮驱动电机驱动左前轮，驱动系统中的右前轮驱动电机驱动右前轮以实现平台运动；惯性导航系统中的左编码器与左前轮连接，记录左前轮转过的角度，惯性导航系统中的右编码器与右前轮连接，记录右前轮转过的角度；

驱动系统控制运载平台系统的运动速度及运动方向；驱动系统包括左电机驱动器、右电机驱动器、左前轮驱动电机和右前轮驱动电机；

惯性导航系统，可实时获取装置的空间六自由度位姿参数；惯性导航系统包括左编码器、右编码器、左编码器计数器、右编码器计数器、倾角仪和A/D采集卡；倾角仪获取运载平台的俯仰角与横滚角，通过A/D采集卡将运载平台的俯仰角与横滚角的模拟信号转换成数字信号传到通信系统中的串口服务器；左编码器以及右编码器将采集到的驱动轮转动角度信息通过左编码器计数器以及右编码器计数器传给串口服务器；最终串口服务器将俯仰角与横滚角以及驱动轮转动角度信息的数据，即位姿数据，传给上位机，上位机的上位机软件通过解算所述的位姿数据得到运载平台相对运载平台初始位置的位姿信息；

三维数据采集系统，包括激光测距仪和舵机；舵机在通信系统中的单片机的控制下，带动激光测距仪做俯仰运动，实现场景的三维数据采集，将采集到的场景极半径信息通过通信系统中的串口服务器回传给上位机；

通信系统，包括串口服务器和单片机；上位机通过串口服务器将控制命令传给单片机，单片机通过左电机驱动器驱动左前轮驱动电机控制左前轮运动，通过右电机驱动器驱动右前轮驱动电机控制右前轮运动；通过舵机控制二维激光测距仪做俯仰运动以实现三维数据采集；

上位机的上位机软件通过向单片机发送命令控制运载平台及舵机的运动；上位机软件通过开辟多线程方式实现平台位姿参数信息与激光三维数据信息的时间融合；串口服务器将三维数据采集系统的采集的极半径信息，倾角仪和左右两个编码器的平台位姿信息传送到上位机，上位机软件对获取数据进行系统校正，将各坐标系的数据运用坐标归一法转换到统一的世界坐标系下，并将结果以点云的形式显示。

所述的激光测距仪为二维激光传感器。二维激光传感器主要完成面扫描测量。该激光传感器自然表面下的采样量程不小于80m。测量精度不大于10cm，面扫描时的角分辨率不大于1°，具有RS232/422/485接口的基于脉冲反射时差法的激光传感器。较高的采样频率可减少单次激光扫描时间，激光传感器的测量精度越高，车载移动测图系统装置的扫描精度就越高，更加接近场景的真三维图像，且控制接口简单。

所述的左前轮驱动电机为步距角不大于1.2°，静态相电流不小于6A，重量不大于3kg，配置减速器后保持转矩不小于35N.m的三相步进电机，步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性；改变脉冲的顺序可以方便的改变转动的方向。

所述的右前轮驱动电机为步距角不大于1.2°，静态相电流不小于6A，重量不大于3kg，配置减速器后保持转矩不小于35N.m的三相步进电机，步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性；改变脉冲的顺序可以方便的改变转动的方向。

所述的左前轮电机驱动器为额定电压70V以内，最大输出驱动电流为6V/相，具有脉冲信号输入、方向信号输入和脱机信号输入三种端口的直流电机驱动器。可对输入信号光电隔离，可适应共阳、共阴、单/双脉冲多种模式，具有脱机保持功能，以及节能的自动半电流锁定功能。

所述的右前轮电机驱动器为额定电压70V以内，最大输出驱动电流为6V/相，具有脉冲信号输入、方向信号输入和脱机信号输入三种端口的直流电机驱动器。可对输入信号光电隔离，可适应共阳、共阴、单/双脉冲多种模式，具有脱机保持功能，以及节能的自动半电流锁定功能。

所述的舵机为最大扭矩2.4N.m占空比0.9ms～2.1ms，脉冲频率50Hz～300Hz的数字舵机，脉冲频率达300Hz的舵机使得马达在同一时间收到更多的激励信号，并转动的更快；高频率的脉冲也使数字舵机的无反应区变小，反应更快，加速和减速反应更迅速柔和。

所述的左编码器为响应频率0～100Hz，输出波形为方波，分辨率刻线不小于500的增量式光栅编码器，编码器输出的信号是方波脉冲，有A、B两相，可实现运载平台的前进和后退记录。当A相的信号脉冲超前B相90°时，表示运载平台前进，脉冲计数增加；当B相的信号脉冲超前A相90°时，表示运载平台后退，脉冲计数减小。

所述的右编码器为响应频率0～100Hz，输出波形为方波，分辨率刻线不小于500的增量式光栅编码器，编码器输出的信号是方波脉冲，有A、B两相，可实现运载平台的前进和后退记录。当A相的信号脉冲超前B相90°时，表示运载平台前进，脉冲计数增加；当B相的信号脉冲超前A相90°时，表示运载平台后退，脉冲计数减小。

所述的左编码器计数器为记录编码器所产生的脉冲个数，波特率1200～19200bps，具有RS232/422/485接口的脉冲计数器。

所述的右编码器计数器为记录编码器所产生的脉冲个数，波特率1200～19200bps，具有RS232/422/485接口的脉冲计数器。

所述的倾角仪为双轴之间完全独立和隔离，测量范围不小于±30°，±15V直流供电，输出的直流电压不小于±5V，输出数据频率不小于40Hz，精度不小于2rad/s，零点漂移不大于0.02V的双轴倾角传感器。

所述的A/D采集卡为分辨率不小于12位，将倾角仪采集的角度模拟信号转换成上位机可处理的二进制信号，通信接口为RS232/422/485的模数转换器。

所述的串口服务器为供电电压12～48V，输出为RJ45型网卡接口、支持10兆和100兆自适应的网络连接速度，具有至少八个RS-232/422/485接口的数据传输装置。

所述的上位机为至少具有网口，系统内存大于2GB，显卡内存大于256M，支持Windows XP操作系统的工控机。

所述通信及上位机单元中的控制软件实现过程如下：

1)三维数据采集系统与通信系统初始化：系统上电后，舵机复位到系统所设置的基准位置，串口服务器自启动并与上位机连接成功。

2)惯性导航系统与上位机初始化：左右脉冲计数器脉冲计数复位为0；设置各串口参数，设置激光测距仪的扫描方式、扫描角度、角分辨率及扫描精度；设置舵机的俯仰角度、旋转速度及旋转步长。

3)启动开始扫描按钮：以平台初始位置为世界坐标的零点，通过控制电机转向控制运载平台的运动方向。上位机软件通过开辟多线程的方式实现装置采集的极半径信息与位姿数据信息的时间融合。三维数据采集系统和惯性导航系统实时将场景极半径信息及平台位姿信息通过串口服务器回传给上位机进行下一步的数据处理。

4)解算数据：上位机对采集的坐标数据运用坐标归一算法处理，即将激光极坐标系，激光直角坐标系，支架坐标系，运载平台坐标系归一到由平台初始位置确定的世界坐标系下，实现所采集数据的空间融合。建立激光极坐标系，激光直角坐标系o_l-x_ly_lz_l，支架坐标系o_f-x_fy_fz_f，平台坐标系o_v-x_vy_vz_v，世界坐标系o_w-x_wy_wz_w，各直角坐标系均符合笛卡尔右手准则。根据坐标系的相关转化关系解算出场景中一点在世界坐标系中的坐标信息：

$\left[\begin{array}{c}{x}_w\\ y_w\\ z_w\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{R}_w& T_w\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{R}_v& T_v\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{R}_f& T_f\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{d}_i\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\\ 0\\ d_i\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ 1\end{array}\right]$

其中，d_i是点在激光极坐标系中的极半径，θ是点在激光极坐标系中的极角。R_f为激光直角坐标系到支架坐标系的旋转矩阵，T_f为激光直角坐标系到支架坐标系的平移向量。R_v为支架坐标系到运载平台坐标系的旋转矩阵，T_v为支架坐标系到运载平台坐标系的平移向量。R_w为运载平台坐标系到世界坐标系的旋转矩阵，T_w为运载平台坐标系到世界坐标系的平移向量。

5)将上述经坐标归一算法处理过的数据进行精简、降噪处理后予以实时显示。

本发明与现有技术相比的优点在于：

克服了传统测量方法表现出的数据生产周期长、数据生产成本高的缺陷，及人员不能到达的地方很难获得有效数据等缺点；

普通车载测图系统利用GPS进行定位，在城市道路测量常会发生失锁现象，因此只能应用在比较开阔的地带，且开发成本较高。本装置实现了同时满足室内室外快速准确测量的车载移动测图装置。

附图说明

图1为本发明车载移动测图装置的系统结构图；

图2为本发明系统装置的装置标定坐标系；

图3为本发明车载移动测图装置的工作流程图；

图4为实际场景的影像图；

图5为本发明处理后的三维点云模型图；

其中，图1，1-运载平台系统；2-驱动系统；3-惯性导航系统；4-三维数据采集系统；5-通信系统；6-上位机；7-左电机驱动器；8-左前轮驱动电机；9-左编码器；10-左编码器计数器；11-倾角仪；12-A/D采集卡；13-二维激光测距仪；14-舵机15-串口服务器；16-单片机；17-右电机驱动器；18-右前轮驱动电机；19-右编码器；20-右编码计数器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示一种车载移动测图装置，该装置包括：运载平台系统1、驱动系统2、惯性导航系统3、三维数据采集系统4、通信系统5和上位机6。其中：

运载平台系统1运载整个装置在场景空间中运动；运载平台系统1包括运载平台、左前轮、右前轮、左后轮和右后轮；运载平台系统1通过驱动系统2中的左前轮驱动电机8驱动左前轮，驱动系统2中的右前轮驱动电机18驱动右前轮以实现平台运动；惯性导航系统3中的左编码器9与左前轮连接，记录左前轮转过的角度，惯性导航系统3中的右编码器19与右前轮连接，记录右前轮转过的角度；

驱动系统2控制平台的运动速度及运动方向。驱动系统2包括左电机驱动器7、右电机驱动器17、左前轮驱动电机8和右前轮驱动电机18；单片机16通过向左电机驱动器7发送命令控制左电机8的转动，向右电机驱动器17发送命令控制右电机18的转动；

惯性导航系统3，可实时获取装置的空间六自由度位姿参数。惯性导航系统3包括左编码器9、右编码器19、左编码器计数器10、右编码器计数器20、倾角仪11和A/D采集卡12；倾角仪11获取运载平台的俯仰角与横滚角，通过A/D采集卡12将运载平台的俯仰角与横滚角的模拟信号转换成数字信号传到通信系统5中的串口服务器15；左编码器9以及右编码器19将采集到的驱动轮转动角度信息通过左编码器计数器10以及右编码器计数器20传给串口服务器15；最终串口服务器15将俯仰角与横滚角以及驱动轮转动角度信息的数据，即位姿数据，传给上位机6，上位机6的上位机软件通过解算所述的位姿数据得到运载平台相对运载平台初始位置的位姿信息；

三维数据采集系统4，包括二维激光测距仪13和舵机14；舵机14在单片机16的控制下，带动二维激光测距仪13做俯仰运动，实现场景的三维数据采集，将采集到的场景极半径信息通过串口服务器回传给上位机6；

通信系统5，包括串口服务器15和单片机16；上位机6通过串口服务器15将控制命令传给单片机16，单片机16通过左电机驱动器7驱动左前轮驱动电机8控制左前轮运动，通过右电机驱动器17驱动右前轮驱动电机18控制右前轮运动。通过舵机14控制二维激光测距仪13做俯仰运动以实现三维数据采集。倾角仪11采集的平台俯仰角及横滚角、左右两个编码器采集的驱动轮转动角、二维激光测距仪13采集的场景极半径信息均通过串口服务器15回传给上位机6；

上位机6的上位机软件通过向单片机16发送命令控制平台及舵机14的运动。上位机软件通过开辟多线程方式实现平台位姿参数信息与激光三维数据信息的时间融合。串口服务器15将三维数据采集系统4的采集的极半径信息，倾角仪11和编码器的平台位姿信息传送到上位机6，上位机软件对获取数据进行系统校正，将各坐标系的数据运用坐标归一法转换到统一的世界坐标系下。并将结果以点云的形式显示。

所述的激光测距仪13为二维激光传感器。二维激光传感器主要完成面扫描测量。该激光传感器自然表面下的采样量程不小于80m。测量精度不小于10cm，面扫描时的角分辨率不小于1°，具有RS232/422/485接口的基于脉冲反射时差法的激光传感器。

左前轮驱动电机8选用步距角不大于1.2°，静态相电流不小于6A，重量不大于3kg，配置减速器后保持转矩不小于35N.m的三相步进电机。

右前轮驱动电机18选用步距角不大于1.2°，静态相电流不小于6A，重量不大于3kg，配置减速器后保持转矩不小于35N.m的三相步进电机。

左前轮电机驱动器7选用额定电压70V以内，最大输出驱动电流为6V/相，具有脉冲信号输入、方向信号输入和脱机信号输入三种端口的直流电机驱动器。

右前轮电机驱动器17选用额定电压70V以内，最大输出驱动电流为6V/相，具有脉冲信号输入、方向信号输入和脱机信号输入三种端口的直流电机驱动器。

舵机14选用最大扭矩2.4N.m占空比0.9ms～2.1ms，脉冲频率50Hz～300Hz的数字舵机。

左编码器9选用响应频率0～100Hz，输出波形为方波，分辨率刻线不小于500的增量式光栅编码器编码器。

右编码器19选用响应频率0～100Hz，输出波形为方波，分辨率刻线不小于500的增量式光栅编码器。

左编码器计数器10选用记录编码器所产生的脉冲个数，波特率1200～19200bps，具有RS232/422/485接口的脉冲计数器。

右编码器计数器20选用记录编码器所产生的脉冲个数，波特率1200～19200bps，具有RS232/422/485接口的脉冲计数器。

倾角仪11选用双轴之间完全独立和隔离，测量范围不小于±30°，±15V直流供电，输出的直流电压不小于±5V，输出数据频率不小于40Hz，精度不小于2rad/s，零点漂移不大于0.02V的双轴倾角传感器。

A/D采集卡12选用分辨率不小于12位，将倾角仪采集的角度模拟信号转换成上位机(6)可处理的二进制信号，通信接口为RS232/422/485的模数转换器。

串口服务器15选用供电电压12～48V，输出为RJ45型网卡接口、支持10兆和100兆自适应的网络连接速度，具有至少八个RS-232/422/485接口的数据传输装置。

上位机6选用至少具有网口，系统内存大于2GB，显卡内存大于256M，支持Windows XP操作系统的工控机。

通信系统5及上位机6中的控制软件实现过程如下：

1)三维数据采集系统4与通信系统5初始化：系统上电后，舵机14复位到系统所设置的基准位置，串口服务器15自启动并与上位机6连接成功。

2)惯性导航系统3与上位机6初始化：左右脉冲计数器脉冲计数复位为0；设置各串口参数，设置激光测距仪13的扫描方式、扫描角度、角分辨率及扫描精度；设置舵机14的俯仰角度、旋转速度及旋转步长。

3)启动开始扫描按钮：将平台初始位置设为世界坐标系的原点，通过控制电机转向控制运载平台的运动方向。舵机14带动激光测距仪13做俯仰运动以获取三维的场景信息。上位机软件通过开辟多线程保证采集的平台位姿参数及场景极半径信息的时间融合。三维数据采集系统4和惯性导航系统3实时将场景极半径信息及平台位姿信息通过串口服务器15回传给上位机6进行下一步的数据处理。

4)解算数据：上位机6对采集的坐标数据运用坐标归一算法处理，即将激光极坐标系，激光直角坐标系，支架坐标系，运载平台坐标系归一到由平台初始位置确定的世界坐标系下，实现所采集数据的空间融合。具体过程如图2所示，建立激光极坐标系，激光直角坐标系o_l-x_ly_lz_l，支架坐标系o_f-x_fy_fz_f，平台坐标系o_v-x_xy_vz_v，世界坐标系o_w-x_wy_wz_w，各直角坐标系均符合笛卡尔右手准则。根据坐标系的相关转化关系解算出场景中一点在世界坐标系中的坐标信息：

$\left[\begin{array}{c}{x}_w\\ y_w\\ z_w\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{R}_w& T_w\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{R}_v& T_v\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{R}_f& T_f\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{d}_i\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\\ 0\\ d_i\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ 1\end{array}\right]$

其中，d_i是点在激光极坐标系中的极半径，θ是点在激光极坐标系中的极角。R_f为激光直角坐标系到支架坐标系的旋转矩阵，T_f为激光直角坐标系到支架坐标系的平移向量。R_v为支架坐标系到运载平台坐标系的旋转矩阵，T_v为支架坐标系到运载平台坐标系的平移向量。R_w为运载平台坐标系到世界坐标系的旋转矩阵，T_w为运载平台坐标系到世界坐标系的平移向量。

5)将上述经坐标归一算法处理过的数据进行精简、降噪处理后予以实时显示，并将扫描结果实时存储在txt或obj文件中。

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (16)

1.一种车载移动测图装置，其特征在于：该装置包括：运载平台系统(1)、驱动系统(2)、惯性导航系统(3)、三维数据采集系统(4)、通信系统(5)和上位机(6)；其中：

运载平台系统(1)运载整个装置在场景空间中运动；运载平台系统(1)包括运载平台、左前轮、右前轮、左后轮和右后轮；运载平台系统(1)通过驱动系统(2)中的左前轮驱动电机(8)驱动左前轮，驱动系统(2)中的右前轮驱动电机(18)驱动右前轮以实现平台运动；惯性导航系统(3)中的左编码器(9)与左前轮连接，记录左前轮转过的角度，惯性导航系统(3)中的右编码器(19)与右前轮连接，记录右前轮转过的角度；

驱动系统(2)控制运载平台系统(1)的运动速度及运动方向；驱动系统(2)包括左电机驱动器(7)、右电机驱动器(17)、左前轮驱动电机(8)和右前轮驱动电机(18)；

惯性导航系统(3)，可实时获取装置的空间六自由度位姿参数；惯性导航系统(3)包括左编码器(9)、右编码器(19)、左编码器计数器(10)、右编码器计数器(20)、倾角仪(11)和A/D采集卡(12)；倾角仪(11)获取运载平台的俯仰角与横滚角，通过A/D采集卡(12)将运载平台的俯仰角与横滚角的模拟信号转换成数字信号传到通信系统(5)中的串口服务器(15)；左编码器(9)以及右编码器(19)将采集到的驱动轮转动角度信息通过左编码器计数器(10)以及右编码器计数器(20)传给串口服务器(15)；最终串口服务器(15)将俯仰角与横滚角以及驱动轮转动角度信息的数据，即位姿数据，传给上位机(6)，上位机(6)通过解算所述的位姿数据得到运载平台相对运载平台初始位置的位姿信息；

三维数据采集系统(4)，包括激光测距仪和舵机(14)；舵机(14)在通信系统(5)中的单片机(16)的控制下，带动激光测距仪做俯仰运动，实现场景的三维数据采集，将采集到的场景极半径信息通过通信系统(5)中的串口服务器(15)回传给上位机(6)；

通信系统(5)，包括串口服务器(15)和单片机(16)；上位机(6)通过串口服务器(15)将控制命令传给单片机(16)，单片机(16)通过左电机驱动器(7)驱动左前轮驱动电机(8)控制左前轮运动，通过右电机驱动器(17)驱动右前轮驱动电机(18)控制右前轮运动；通过舵机(14)控制激光测距仪做俯仰运动以实现三维数据采集；

上位机(6)的上位机软件通过向单片机(16)发送命令控制运载平台及舵机(14)的运动；上位机软件通过开辟多线程方式实现平台位姿参数信息与激光三维数据信息的时间融合；串口服务器(15)将三维数据采集系统(4)的采集的极半径信息，倾角仪(11)和左右两个编码器的平台位姿信息传送到上位机(6)，上位机软件对获取数据进行系统校正，将各坐标系的数据运用坐标归一法转换到统一的世界坐标系下，并将结果以点云的形式显示。

2.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的激光测距仪为二维激光传感器(13)；二维激光传感器主要完成面扫描测量；该二维激光传感器自然表面下的采样量程不小于80m；测量精度不小于10cm，面扫描时的角分辨率不小于1°，并且为具有RS232/422/485接口的基于脉冲反射时差法的二维激光传感器。

3.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的左前轮驱动电机(8)为步距角不大于1.2°，静态相电流不小于6A，重量不大于3kg，配置减速器后保持转矩不小于35N.m的三相步进电机。

4.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的右前轮驱动电机(18)为步距角不大于1.2°，静态相电流不小于6A，重量不大于3kg，配置减速器后保持转矩不小于35N.m的三相步进电机。

5.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的左前轮电机驱动器(7)为额定电压70V以内，最大输出驱动电流为6V/相，具有脉冲信号输入、方向信号输入和脱机信号输入三种端口的直流电机驱动器。

6.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的右前轮电机驱动器(17)为额定电压70V以内，最大输出驱动电流为6V/相，具有脉冲信号输入、方向信号输入和脱机信号输入三种端口的直流电机驱动器。

7.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的舵机(14)为最大扭矩2.4N.m，占空比0.9ms～2.1ms，脉冲频率50Hz～300Hz的数字舵机。

8.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的左编码器(9)为响应频率0～100Hz，输出波形为方波，分辨率刻线不小于500的增量式光栅编码器。

9.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的右编码器(19)为响应频率0～100Hz，输出波形为方波，分辨率刻线不小于500的增量式光栅编码器。

10.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的左编码器计数器(10)为记录编码器所产生的脉冲个数，波特率1200～19200bps，具有RS232/422/485接口的脉冲计数器。

11.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的右编码器计数器(20)为记录编码器所产生的脉冲个数，波特率1200～19200bps，具有RS232/422/485接口的脉冲计数器。

12.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的倾角仪(11)为双轴之间完全独立和隔离，测量范围不小于±30°，±15V直流供电，输出的直流电压不小于±5V，输出数据频率不小于40Hz，精度不小于2rad/s，零点漂移不大于0.02V的双轴倾角传感器。

13.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的A/D采集卡(12)为分辨率不小于12位，将倾角仪采集的角度模拟信号转换成上位机(6)可处理的二进制信号，通信接口为RS232/422/485的模数转换器。

14.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述的串口服务器(15)为供电电压12～48V，输出为RJ45型网卡接口、支持10兆和100兆自适应的网络连接速度，具有至少八个RS-232/422/485接口的数据传输装置。

15.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述上位机(6)的为至少具有网口，系统内存大于2GB，显卡内存大于256M，支持Windows XP操作系统的工控机。

16.根据权利要求1所述的一种车载移动测图装置，其特征在于：所述通信系统(5)及所述上位机(6)中的控制软件实现过程如下：

1)三维数据采集系统(4)与通信系统(5)初始化：系统上电后，舵机(14)复位到系统所设置的基准位置，串口服务器(15)自启动并与上位机(6)连接成功；

2)惯性导航系统(3)与上位机(6)初始化：左右脉冲计数器脉冲计数复位为0；设置各串口参数，设置激光测距仪(13)的扫描方式、扫描角度、角分辨率及扫描精度；设置舵机(14)的俯仰角度、旋转速度及旋转步长；

3)启动开始扫描按钮：将平台初始位置设为世界坐标系的原点，通过控制电机转向控制运载平台的运动方向；舵机(14)带动激光测距仪(13)做俯仰运动以获取三维的场景信息。上位机软件通过开辟多线程保证采集的平台位姿参数及场景极半径信息的时间融合；三维数据采集系统(4)和惯性导航系统(3)实时将场景极半径信息及平台位姿信息通过串口服务器(15)回传给上位机(6)进行下一步的数据处理；

4)解算数据：上位机(6)对采集的坐标数据运用坐标归一算法处理，即将激光极坐标系，激光直角坐标系，支架坐标系，平台坐标系归一到由运载平台初始位置确定的世界坐标系下，实现所采集数据的空间融合；建立激光极坐标系，激光直角坐标系o_l-x_ly_lz_l，支架坐标系o_f-x_fy_fz_f，平台坐标系o_v-x_vy_vz_v，世界坐标系o_w-x_wy_wz_w，各直角坐标系均符合笛卡尔右手准则；根据坐标系的相关转化关系解算出场景中一点在世界坐标系中的坐标信息：

$\left[\begin{array}{c}{x}_w\\ y_w\\ z_w\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{R}_w& T_w\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{R}_v& T_v\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{R}_f& T_f\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{d}_i\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\\ 0\\ d_i\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ 1\end{array}\right]$

其中，d_i是点在激光极坐标系中的极半径，θ是点在激光极坐标系中的极角；R_f为激光直角坐标系到支架坐标系的旋转矩阵，T_f为激光直角坐标系到支架坐标系的平移向量；R_v为支架坐标系到运载平台坐标系的旋转矩阵，T_v为支架坐标系到运载平台坐标系的平移向量；R_w为运载平台坐标系到世界坐标系的旋转矩阵，T_w为运载平台坐标系到世界坐标系的平移向量；

5)将上述经坐标归一算法处理过的数据进行精简、降噪处理后予以实时显示。

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