CN106558211B - 一种信号一体化采集装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种信号一体化采集装置和方法，该装置包括：点云数据采集模块，用于采集被测目标的点云数据；全景数据采集模块，用于采集被测目标的全景数据；无线电信号采集模块，用于采集被测目标的无线电信号；通信模块，用于将采集的数据发送至控制模块进行处理，并接收所述控制模块的控制指令，以控制各所述采集模块的操作；外盒，用于容纳所述点云数据采集模块、全景数据采集模块、无线电信号采集模块和通信模块。该装置的数据的耦合度高，整体外观友好。

Description

一种信号一体化采集装置和方法

技术领域

本发明实施例涉及地理信息测绘技术，尤其涉及一种信号一体化采集装置和方法。

背景技术

为提升用户体验，消除用户在交互方面受限问题，实现地图三维全景化的技术备受关注。

三维全景的构建，需要采集物体的点云数据和全景数据，并配合无线电信号数据确定物体的空间坐标。现有技术中获取上述数据的方法是：将点云数据采集装置放置在一个可移动的平台上，例如小推车，采用人工或半机械的方式，驱动推车按照固定线路进行采集，采集到点云数据后，通过相机采集全景数据，再使用无线电接收系统采集无线电信号。

这种方法效率低，数据采集系统复杂，点云数据与全景数据耦合度低，采集工作繁琐复杂，需要的操作人员多，且对采集人员的专业技能要求高。

发明内容

本发明提供一种信号一体化采集装置和方法，以实现三维全景构建所需数据采集的便捷性。

一方面，本发明实施例提供了一种信号一体化采集装置，所述装置包括：

点云数据采集模块，用于采集被测目标的点云数据；

全景数据采集模块，用于采集被测目标的全景数据；

无线电信号采集模块，用于采集被测目标的无线电信号；

通信模块，用于将采集的数据发送至控制模块进行处理，并接收所述控制模块的控制指令，以控制各所述采集模块的操作；

外盒，用于容纳所述点云数据采集模块、全景数据采集模块、无线电信号采集模块和通信模块。

另一方面，本发明实施例还提供了一种信号一体化采集方法，基于本发明实施例所提供的信号一体化采集装置来执行，所述方法包括：

所述控制模块接收所述装置中通信模块发送的各所述采集模块采集的数据；

所述控制模块根据采集数据的处理结果产生控制指令；

所述控制模块将所述控制指令发送至所述装置的通信模块，以将所述控制指令传输给各所述采集模块进行控制。

本发明实施例提供的信号一体化采集装置和方法,实现了点云数据、全景数据和无线电信号的一体化采集，上述三种数据的耦合高，优势互补，提高了整体数据的质量，且三种数据能够同时采集，边界易操作。

附图说明

图1A是本发明实施例一提供的信号一体化采集装置的结构示意图；

图1B是本发明实施例一所提供的信号一体化采集装置的外盒形状示意图；

图2是本发明实施例二提供的信号一体化采集方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1A是本发明实施例一提供的信号一体化采集装置的结构示意图。参见图1A，该信号一体化采集装置的具体结构如下：

点云数据采集模块110，用于采集被测目标的点云数据；

全景数据采集模块120，用于采集被测目标的全景数据；

无线电信号采集模块130，用于采集被测目标的无线电信号；

通信模块140，用于将采集的数据发送至控制模块进行处理，并接收所述控制模块的控制指令，以控制各所述采集模块的操作；外盒150，用于容纳所述点云数据采集模块、全景数据采集模块、无线电信号采集模块和通信模块。

上述装置可以与控制模块交互来实现数据采集，控制模块用于接收通信模块传输的数据，对所述数据进行处理，并根据处理结果发出控制指令。

本发明实施例中的信号一体化采集装置实现的是对被测目标点云数据、全景数据和室内无线电信号的一体化采集，是将分别用于采集上述三种数据的设备整合到一起，设置在外盒中，而构成的一体化采集装置。

为方便作业人员操作，外盒优选使用的是柔性材料，采用便携式背包设计，且根据内部硬件设备的放置位置，适应性的设计为吉他盒型，如图1B所示。此外，为固定并更好的保护内部硬件设备，外盒内部采用硬塑料和泡沫材料，硬塑料用来形成壳体，用以容纳内部硬件设备，并对内部设备起到保护作用；泡沫材料用来填充壳体内硬件设备间的空隙，以使内部硬件设备不会因信号一体化采集装置位置或角度的变化而在壳体内晃动，实现了内部设备更好的固定。

在上述方案基础上，优选的，所述点云数据采集模块110包括：

雷达探测器111，设置在所述装置的顶部，用于发射电磁波对被测目标进行扫描；

雷达接收机112，设置在所述装置的内部，用于接收所述电磁波的回波。

点云是通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合，点云数据包含了所述点集合中点的三维坐标和反射强度信息，通过软件拟合即可实现从点云数据到三维模型转换的过程。点云数据采集时，雷达探测器发射电磁波对被测目标进行扫描，电磁波遇到被测目标表面时发生反射现象，反射的电磁波点会携带被测目标的方位、距离等信息，使用雷达接收机对反射的电磁波进行接收，便可以实现对电磁波点的方位、距离等信息的识别和记录，进而得到被测目标的点云数据。为避免遮挡，雷达探测器设置在信号一体化采集装置的顶部。

进一步的，所述全景数据采集模块120包括至少两个全景相机，在水平面内对称分布设置。

全景数据采集要实现对被测目标360度的全面影像采集，为简化操作过程，本发明实施例使用全景相机，由于使用一个全景相机进行影像采集时，可能会出现全景照片拼接处存在瑕疵的情况，因此优选的，使用至少两个全景相机进行全景拍摄，同时为使多个全景相机拍摄出的照片可以拼接在一起，所述至少两个全景相机在水平面内分布设置。均匀分布设置的相机方便无死角的拍摄全景图像。

进一步的，所述无线电信号采集模块130包括一台或多台手机；

所述多台手机的朝向和倾斜角相同，分布设置在竖直平面内；

所述多台手机的无线电信号采集能力不同，用于同时采集无线电信号。

地面物体的定位常使用全球定位系统(Global Positioning System，GPS)，GPS在室外工作非常好，但是在室内环境下，由于受到多种环境因素的影响，GPS无法覆盖到这些室内的环境，使GPS不再适用于室内环境。本发明实施例使用无线电信号采集的方式实现室内定位，具体定位过程如下：无线电信号采集设备，优选为手机，在开启无线保真(WirelessFidelity，WIFI)的情况下，扫描并收集周围的无线访问节点(Access Point，AP)信号，每一个AP都有一个全球唯一的物理(Media Access Control，MAC)地址，所以可以通过AP信号进一步获取到AP发出来的MAC地址，并将所述MAC地址和手机接收到的无线电信号发送到服务器，服务器检索出每一个AP的地理位置,并结合无线电信号的强弱程度，计算出手机的地理位置并返回到手机。优选的，本发明实施例使用一台或多台手机接收无线电信号，采用多台手机时，多台手机优选是朝向和倾斜角相同，设置在竖直平面内，例如可设置在背包的背部，这样获取的信号关联度最强。

各手机的无线电信号采集能力不同，用于分别采集无线电信号，以便确定无线电信号的频率和强度，并识别确定无线电信号的分布图。例如，采用不同型号的手机，各手机对信号的接收能力、解析能力均不同，因此，在相同的无线电信号环境中，可以识别出不同的信号分布状态。这样便于以各信号分布状态相互校正，得到准确的关于无线电信号分布频率和强度的示意图。

陀螺仪160，用于确定所述装置的运动状态，并通过所述通信模块将所述运动状态提供至所述控制模块，或用于根据所述运动状态纠正所述点云数据和全景数据。

陀螺仪是一种敏感元件，可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便其所在的装置能够保持某一固定状态或按一定的轨迹运动。本发明实施例中的陀螺仪用于确定信号一体化采集装置所处状态，如平行移动或转弯，并将该状态信息提供至控制模块，以便控制模块控制点云数据、全景数据和无线电信号的采集过程，或根据所述的状态信息纠正点云数据和全景数据。

其中，信号一体化采集装置处于平行移动状态时，说明装置可能在同一平面内运动，适宜采集点云数据，则开启点云数据采集模块。

信号一体化采集装置处于转弯状态时，转弯的角度可用于实时纠正点云数据和全景数据中的角度，其中，纠正点云数据和全景数据是指根据陀螺仪调整点云数据采集模块和全景数据采集模块，以使点云数据和全景数据相对应。

示例性的，所述装置还包括：

卫星定位系统170，用于确定时间信息，以对各所述采集模块进行时间同步。

为使采集到的点云数据、全景数据和无线电信号的耦合度高，上述三种数据对应的数据采集模块的时间应同步，本发明实施例使用卫星定位系统对各所述采集模块进行时间同步。

另外，信号一体化采集装置设置了配合激光点云的遮光板窗口、全景相机的镜头窗口、GPS天线窗口、无线电信号接收窗口，使得装置外形更加友好。且装置具有合理的硬件设备布局，内部从上到下依次放置了激光点云雷达探测器、陀螺仪、GPS、激光点云雷达接收机、控制模块、全景相机和电源，使各个设备可以在有限的空间内高效的工作，其中，电源设计上使用了一体化供电解决方案，使用一台电池给多个不同电压的设备供电；控制模块包含于控制模块。

本发明实施例提供的信号一体化采集装置，将点云数据采集设备、全景数据采集设备和无线电采集设备整合到一起，实现了点云数据、全景数据和无线电信号的一体化采集，使上述三种数据的耦合高，优势互补，提高了整体数据的质量，且采用便携式背包设计，整体外观友好。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的信号一体化采集方法的流程示意图。该方法可以由信号一体化采集装置来执行，适用于室内三维空间形态、影像及空间中无线电信号的数据采集。

参见图2，该方法具体包括如下：

S210、所述控制模块接收所述装置中通信模块发送的各所述采集模块采集的数据；

点云数据采集模块、全景数据采集模块和无线电信号采集模块分别对点云数据、全景数据和无线电信号进行采集，并将采集到的上述三种数据传输给通信模块，通信模块再将采集到的数据发送至控制模块进行处理。其中，控制模块设置于信号一体化采集装置中，与信号一体化采集装置中的其他各模块相连，作为整个采集装置的主控设备。

S220、所述控制模块根据采集数据的处理结果产生控制指令；

控制模块接收到由通信模块上传的点云数据，并对其进行分析处理，根据处理结果产生控制指令，对全景数据采集模块和无线电信号采集模块进行控制。

示例性的，所述控制模块根据采集数据的处理结果产生控制指令包括：

如果所述控制模块根据点云数据判断被测目标所在空间为封闭空间，则产生全景数据采集模块和/或无线电信号采集模块的开启控制指令。

信号一体化采集装置首先开启点云数据采集装置，对被测物体的点云数据进行采集，并将采集到的点云数据传给通信模块，通信模块接收所述点云数据，输出给控制模块，控制模块接收点云数据并根据点云数据进行三维拟合，如果拟合出的三维空间为封闭空间，则产生全景数据采集模块和/或无线电信号采集模块开启的控制指令，控制指令的操作对象是哪个模块可根据测试需要进行设置。

S230、所述控制模块将所述控制指令发送至所述装置的通信模块，以将所述控制指令传输给各所述采集模块进行控制。

控制模块产生控制指令后，将控制指令传输给通信模块，通信模块对指令内容进行翻译找到指令的受体模块，并将控制指令发给该模块，该模块即根据指令内容完成对应操作。例如，控制模块发出全景数据采集模块的开启指令，通信模块接收该指令，并进行翻译，找到指令的受体模块为全景采集模块，将该指令传输给全景采集模块，全景采集模块收到控制指令，并根据控制指令的内容做出开启动作。

本发明实施例提供的信号一体化采集方法，通过控制模块使点云数据、全景数据和无线电信号的采集过程相互配合，实现了一体化采集，进而实现数据的高度耦合及整体数据精度的提高。

本实施例提供的信号一体化采集方法可以对信号采集过程作多方面的优化。

第一方面，点云数据、全景数据和无线电信号的耦合度越高，后续制备三维全景的过程越简单，制备出的三维全景的画面质量越好，这也是本发明设计信号一体化采集装置的目的之一。若点云数据采集模块、全景数据采集模块和无线电信号采集模块的时间不统一，会导致三个模块采集到的数据对应关系出现错误，进而使三维全景的构建复杂程度增加，精密度降低。

为避免上述问题的出现，优选的，所述信号一体化采集方法，包括：

所述控制模块接收所述卫星定位系统确定的时间信息，并将所述时间信息发送至点云数据采集模块、全景数据采集模块和无线电信号采集模块，作为数据采集的时间。

卫星定位系统是根据卫星确定时间的，在实现GPS定位时，定位装置这种基于卫星的时间调整，可提高GPS的定位精度。本实施例使用该方法实现点云数据采集模块、全景数据采集模块和无线电信号采集模块时间的同步，提高各数据间的耦合度。

第二方面，室内每个点的实际位置信息是通过无线电信号的采集确定的，三维全景的形态是根据点云数据进行拟合的，室内每个点的实际位置信息应该与三维全景中对应点的位置信息相同，所以采集无线电信号时的移动轨迹应与采集点云数据时信号一体化采集装置的轨迹相同。

为实现上述目标，优选的，所述信号一体化采集方法，还包括：

所述控制模块根据所述点云数据确定所述装置的移动轨迹；

所述控制模块基于所述移动轨迹，对采集的所述无线电信号进行记录和识别。

不同位置处采集到的点云数据拟合出的三维模型不同，因此根据采集到的点云数据可得到信号一体化采集装置的移动轨迹，并基于该轨迹对采集到的无线电信号进行记录和识别，以保证点云数据和无线电信号的对应关系正确。

第三方面，控制模块设置在信号一体化采集装置的内部，不便直接人为控制。

为解决上述问题，优选的，所述信号一体化采集方法，还包括：

所述控制模块将所述数据的处理结果发送至移动终端，并接收所述移动终端返回的控制指示，根据所述控制指示产生所述控制指令。

控制模块通过电磁波实现与移动终端的无线连接，将对采集到的点云数据三维拟合结果发送至移动终端，移动终端根据该结果判断是否为室内环境，并将判断结果在移动终端进行显示，作业人员根据显示情况，操作移动终端发出对应的控制指示，控制模块接收该控制指示，并根据控制指示产生对应的控制指令。例如，移动终端判断为室内环境，则会在显示屏上显示“室内”，作业人员点击移动终端上的“开启全景数据采集模块”的按钮，移动终端即会发出开启全景数据采集模块的控制指示，控制模块接收该指示后，产生开启全景数据采集模块的控制指令。

其中移动终端可为智能手机、平板电脑、笔记本电脑等能实现无线连接的电子设备。

本发明实施例提供的信号一体化采集方法，通过卫星定位系统实现了点云数据采集、全景数据采集和无线电信号采集时间的同步，提高了整体数据的精度；基于点云数据采集时装置的移动轨迹，记录和识别无线电信号，实现了点云数据与全景数据的高度耦合；使用移动终端通过无线连接方式与控制模块连接，实现了对装置的无线控制。

上述任意实施例所提供的方法可由本发明实施例中提供的信号一体化采集装置执行，具备装置相应的有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种信号一体化采集装置，其特征在于，包括：

点云数据采集模块，用于采集被测目标的点云数据；

全景数据采集模块，用于采集被测目标的全景数据；

无线电信号采集模块，用于采集被测目标的无线电信号；

通信模块，用于将采集的数据发送至控制模块进行处理，并接收所述控制模块的控制指令，以控制各所述采集模块的操作；

外盒，用于容纳所述点云数据采集模块、全景数据采集模块、无线电信号采集模块、和通信模块。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述点云数据采集模块包括雷达探测器和雷达接收机；

所述雷达探测器设置在所述装置的顶部，用于发射电磁波对被测目标进行扫描；

所述雷达接收机设置在所述装置的内部，用于接收所述电磁波的回波。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述全景数据采集模块包括至少两个全景相机，在水平面内对称分布设置。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述无线电信号采集模块包括一台或多台手机；

所述多台手机的朝向和倾斜角相同，分布设置在竖直平面内；

所述多台手机的无线电信号采集能力不同，用于同时采集无线电信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括陀螺仪，用于确定所述装置的运动状态，并通过所述通信模块将所述运动状态提供至所述控制模块，或用于根据所述运动状态纠正所述点云数据和全景数据。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括卫星定位系统，用于确定时间信息，以对各所述采集模块进行时间同步。

7.一种信号一体化采集方法，其特征在于，基于权利要求1-6任一所述的信号一体化采集装置来执行，所述方法包括：

所述控制模块接收所述装置中通信模块发送的各所述采集模块采集的数据；

所述控制模块根据采集数据的处理结果产生控制指令；

所述控制模块将所述控制指令发送至所述装置的通信模块，以将所述控制指令传输给各所述采集模块进行控制。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制模块根据采集数据的处理结果产生控制指令包括：

如果所述控制模块根据点云数据判断被测目标所在空间为封闭空间，则产生全景数据采集模块和/或无线电信号采集模块的开启控制指令。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制模块接收卫星定位系统确定的时间信息，并将所述时间信息发送至点云数据采集模块、全景数据采集模块和无线电信号采集模块，作为数据采集的时间。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制模块根据所述点云数据确定所述装置的移动轨迹；

所述控制模块基于所述移动轨迹，对采集的所述无线电信号进行记录和识别。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制模块将所述数据的处理结果发送至移动终端，并接收所述移动终端返回的控制指示，根据所述控制指示产生所述控制指令。