CN108008410A - 一种机载式激光雷达三维测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机载式激光雷达三维测量设备，包括至少两个主骨架、激光扫描仪、惯性测量装置、计算机、导航装置和拍摄装置，在结构上能够实现轻便化，而且可以避免被碰撞损坏，而将激光扫描仪和拍摄装置设置在两端，可以避免相互之间影响作业；集成度高，保证三维测量设备整体结构美观，且方便将其搭载于微型、小型飞行器上，具有应用灵活、三维测量精度高、获取输电线路空间位置信息的优势，可用于输电线路的三维点云的获取、为输电线路的三维模型提供基础数据，以及进一步的净空排查、杆塔倾斜排查等。
Description
技术领域
本发明涉及三维测量设备技术领域，尤其涉及一种机载式激光雷达三维测量设备。
背景技术
激光雷达(LiDAR)系统是一种融激光测距、全球定位系统、惯性导航系统技术和高分辨率数码影像技术于一身的用于快速获取地面及地面目标三维高空间分辨率的主动式观测系统。在近十年内，机载激光雷达技术作为一种精确、快速获取地表三维信息的方法在世界发达国家已经被普遍接受，在地形监测、环境监测、三维城市建模等诸多领域有广阔的发展前景和应用需求。
电力行业电网运营维护管理部门需要对架空输电线路进行周期性的电力线路巡检及时掌握线路运行状况及周围环境的变化，发现危及线路安全的隐患及线路设备缺陷，提出具体检修意见，以便及时消除缺陷、预防事故发生，或将故障限制在最小范围，从而保证输配电线路安全和电力系统稳定。如电力线走廊中如果电力线与树木、建筑等地物的距离在《电力设施保护条例》中所规定的安全距离范围之内，则很有可能造成重大的后果和危害，如导线对树木、建筑等放电，从而引起开关跳闸造成大面积停电。如果不及时掌握输电线的状况并消除危险隐患，会给电力部门带来更严重的威胁。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种机载式激光雷达三维测量设备，能够精准获取架空输电线路的空间信息数据，而且可通过这些遥感数据进行输电线路的缺陷识别。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种机载式激光雷达三维测量设备，包括：
至少两个主骨架，所述主骨架间隔且平行的排列设置，所述主骨架包括第一端、第二端以及形成于所述第一端和所述第二端之间的收容腔；
激光扫描仪，设置在所述主骨架的一端，并于所述第一端相连接；
惯性测量装置，设置在所述收容腔内；
计算机，设置在所述收容腔内，所述计算机包括电路板；
导航装置，设置在所述收容腔内，并位于所述电路板上；
拍摄装置，设置在所述主骨架的另一端，并于所述第二端相连接。
进一步，还包括散热片，设置在所述收容腔内，并紧邻所述计算机。
进一步，所述散热片夹设于所述计算机和所述激光扫描仪之间。
进一步，所述惯性测量装置夹设于所述散热片和所述主骨架之间。
进一步，还包括固定板，与所述主骨架相连接，所述惯性测量装置通过所述固定板与所述主骨架固定连接。
进一步，所述惯性测量装置与所述固定板之间通过至少两个定位销进行固定连接。
进一步，还包括骨架连接块，所述骨架连接块分别与所述第二端相锁定。
进一步，还包括相机连接板，设置于所述第二端，所述拍摄装置通过所述相机连接板与所述第二端相连接。
进一步，还包括电源模块，设置于所述收容腔内并紧邻所述主骨架。
进一步，还包括主壳体，所述主壳体配合所述主骨架设置，并与所述激光扫描仪配合形成主腔体，所述主腔体用于容纳所述激光扫描仪、所述惯性测量装置、所述计算机和所述导航装置。
本发明的有益效果为：在当前电网线路长度巨大的情况下得到线路巡检结果时间还是比较长，因此电力线路巡检急需一种既能够提高巡检效率，又能够实现巡检结果自动化输出、探测杆塔倾斜的技术手段，而机载式激光雷达三维测量设备正好可以解决这个问题；
该机载式激光雷达三维测量设备，通过将激光扫描仪、惯性测量装置、计算机、导航装置和拍摄装置进行微型集成，利用主骨架进行收容连接，在结构上能够实现轻便化，而且主骨架将惯性测量装置、计算机和导航装置等精确装置进行保护收容，可以避免被碰撞损坏，而将激光扫描仪和拍摄装置设置在两端，可以避免相互之间影响作业，本申请能够较大范围地进行扫描和拍摄，避免被惯性测量装置、计算机和导航装置等自身结构妨碍。本申请集成度高，保证三维测量设备整体结构美观，且方便将其搭载于微型、小型飞行器上，具有应用灵活、三维测量精度高、获取植被以下地形、自主导航、变高飞行等优势，可用于丘陵、山区的高精度三维地形测绘。
附图说明
图1为一种机载式激光雷达三维测量设备的结构示意图之一；
图2为一种机载式激光雷达三维测量设备的结构示意图之二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本实施例的所述机载式激光雷达三维测量设备包括但不限于激光扫描仪1、主骨架2、惯性测量装置4、计算机5、导航装置6和拍摄装置7。
需要说明的是，本实施例的激光雷达三维测量设备可以通过小型飞行器、中型飞行器进行搭载，优选地，本实施例的机载式激光雷达三维测量设备为重量在7千克以下的小型级别，本申请可以利用小型飞行器以进行特殊区域的移动扫描测量。
其中，本实施例包括至少两个主骨架2，所述主骨架2之间平衡排列设置，所述主骨架2包括第一端、第二端以及形成于第一端和第二端之间的收容腔。所述主骨架2上形成有至少一增强骨位，用于增加其结构强度。
激光扫描仪1设置在至少两个所述主骨架2的所述第一端，并与所述第一端相连接。其中，激光扫描仪1与主骨架2之间可以通过螺纹螺柱的方式固定连接，也可以进一步通过焊接的方式紧固。在工作时，所述激光扫描仪1可以通过发射和接收激光脉冲获取地面物体垂直方向坐标信息，并记录被扫描物体垂直方向空间坐标信息，需要说明的是，本实施例采用有效测量距离500米、测量精度为厘米级的激光扫描仪1，其记录扫描到的坐标信息可以存储到计算机5中。
惯性测量装置4，设置在所述主骨架2的所述收容腔内。本实施例的惯性测量装置4可以利用陀螺仪或加速度计等惯性敏感元件，用于实时测量飞行器相对于地面运动的加速度、获取飞行器的瞬时姿态参数，以确定飞行器的位置和地球重力场参数等。在工作时，所述惯性测量装置4记录飞行器飞行状态并存储到计算机5中。
计算机5，设置在所述主骨架2的所述收容腔内，所述计算机5包括电路板。在本实施例中，计算机5与激光扫描仪1、惯性测量装置4之间进行电气连接，并处理激光扫描仪1、惯性测量装置4上传的参数、信息。
导航装置6，设置在所述主骨架2的所述收容腔内，并位于所述计算机5的所述电路板上。在工作时，导航装置6可获取自身的实时位置信息，并上传到计算机5中。
拍摄装置7，设置于所述主骨架2的所述第二端并与所述第二端相连接。本实施例的拍摄装置7可以采用高清数码相机，其可获取地面物体的高清影像，并提供实物相片进行参照。
在其中一具体实施方式中，本实施方式的计算机5可以为嵌入式计算机，所述导航装置6可以采用全球卫星定位系统，所述拍摄装置7可以采用高分辨率数码相机。
举例而言，所述高分辨率数码相机的镜头可以由连接在所述主骨架2的所述第二端的固定板上的两个半圆形支架固定，所述两个半圆形支架在限位板下方通过螺栓固定，确保相机工作时相机焦距是固定不变的。所述的高分辨率数码相机可以为常见民用数码相机，在机载航飞时通过定时/定距曝光的方式获取地形地物的真彩色影像，所述的高分辨率数码相机采用定焦方式。
其中，所述的激光扫描仪1在机载航飞时可以通过主动发射激光并接受反射回光的方式获取地形地物的三维坐标信息，所述的激光扫描仪1可全天时获取地形地物三维坐标，不受太阳光照射影响。
所述的惯性测量装置4在航飞时测量微型激光雷达三维测绘装置各个时刻的姿态角。
所述的嵌入式计算机中的全球卫星定位系统用于在机载航飞时测量微型激光雷达三维测绘装置在各个时刻的空间坐标，所述全球卫星定位系统测量数据与所述惯性测量装置4测量数据相互融合，修正各自在长时间运行后的累积误差。
所述的嵌入式计算机中的全球卫星定位系统可以只接收一种卫星导航定位信号如GPS、北斗，也可以接收多种卫星导航定位信号。
本申请的该设备总重量在3kg～6.5kg之间，选择不同的激光扫描仪1、高分辨率数码相机及惯性测量装置4，所述的机载微型激光雷达三维测量装置重量不同。
值得注意的是，本实施例的机载式激光雷达三维测量设备，其激光雷达的参数设置可以采用“一键设置”的功能方式，使得激光雷达的使用简单、快捷、可靠，操作人员不需要专业培训即可使用，方便推广使用、提高市场竞争力。
本实施例的机载式激光雷达三维测量设备，通过将激光扫描仪1、惯性测量装置4、计算机5、导航装置6和拍摄装置7进行微型集成，利用主骨架2进行收容连接，在结构上能够实现轻便化，而且主骨架2将惯性测量装置4、计算机5和导航装置6等精确装置进行保护收容，可以避免被碰撞损坏，而将激光扫描仪1和拍摄装置7设置在两端，可以避免相互之间影响作业，而且能够较大范围地进行扫描和拍摄，避免被惯性测量装置4、计算机5和导航装置6等自身结构妨碍。本申请集成度高，保证三维测量设备整体结构美观，且方便将其搭载于微型、小型飞行器上，具有应用灵活、三维测量精度高、获取植被以下地形、自主导航、变高飞行等优势，可用于丘陵、山区的高精度三维地形测绘。
上述介绍了本申请机载式激光雷达三维测量设备的整体架构，在具体结构中，所述机载式激光雷达三维测量设备还可以包括散热片8，设置在所述主骨架2的所述收容腔内，并紧邻所述计算机5设置。在本实施例中，散热片8的材质可以是铜或铝合金，可以利用铜的良好导热性，或利用铝合金价格低廉、重量轻的优点，当然，也可以采用在铝合金散热片8的底座上嵌入铜板等。
在优选的实施例中，所述散热片8可以夹设于所述计算机5和所述激光扫描仪1之间。通过此种方式，可以避免所述激光扫描仪1和所述计算机5之间的温度互相传递和互相影响。进一步而言，所述惯性测量装置4夹设于所述散热片8和所述主骨架2之间。
需要说明的是，所述机载式激光雷达三维测量设备还可以包括固定板3，与所述主骨架2连接设置，所述惯性测量装置4通过所述固定板3与所述主骨架2固定连接。通过此种方式，可以进一步稳固所述惯性测量装置4，防止松动。
具体而言，所述惯性测量装置4与所述固定板3之间通过至少两个定位销进行固定连接。
为进一步稳固主骨架2搭建的骨架结构，所述机载式激光雷达三维测量设备还可以包括骨架连接块21，所述骨架连接块21分别与两个所述主骨架2的所述第二端相连接锁定。
同理，所述机载式激光雷达三维测量设备还可以包括相机连接板9，设置于两个所述主骨架2的所述第二端，所述拍摄装置7通过所述相机连接板9实现与所述主骨架2的所述第二端相连接。
在其他实施例中，所述机载式激光雷达三维测量设备还可以包括电源模块10，设置于所述主骨架2的所述收容腔内并紧邻所述主骨架2。其中，可以在电源模块10邻近的位置另外设置散热片、散热风扇等，在此不作限定。
通过上述多个实施例，可以明显提高激光雷达三维测量设备的结构强度。
请进一步参阅图2，在本实施例中，所述机载式激光雷达三维测量设备还可以包括主壳体，所述主壳体配合所述主骨架2设置，并与所述激光扫描仪1配合形成主腔体，所述主腔体用于容纳所述激光扫描仪1、所述惯性测量装置4、所述计算机5和所述导航装置6。
具体而言，所述主壳体可以由左侧外壳11、顶部外壳12、右侧外壳13、后侧外壳14和底部外壳15相互组合形成，并通过密封技术进行密封，避免对设于其中的所述激光扫描仪1、所述惯性测量装置4、所述计算机5和所述导航装置6造成干扰和影响。
从上述多个实施例不能看出，本申请机载式激光雷达三维测量设备集成激光扫描仪1、惯性测量装置4、拍摄装置7、计算机5、导航装置6于一体，以飞行器作搭载平台，实现移动扫描测量。本申请的机载式激光雷达三维测量设备结构精美、质量轻、工作时移动方便、野外操作便捷、测量精度高、航线控制准确等优点，尤其适合复杂山区地形地物高精度测量，比如输电线路巡检、索道建设断面测量等，也适合小区域快速测量。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种机载式激光雷达三维测量设备，其特征在于，包括：
至少两个主骨架，所述主骨架间隔且平行的排列设置，所述主骨架包括第一端、第二端以及形成于所述第一端和所述第二端之间的收容腔；
激光扫描仪，设置在所述主骨架的一端，并于所述第一端相连接；
惯性测量装置，设置在所述收容腔内；
计算机，设置在所述收容腔内，所述计算机包括电路板；
导航装置，设置在所述收容腔内，并位于所述电路板上；
拍摄装置，设置在所述主骨架的另一端，并于所述第二端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种机载式激光雷达三维测量设备，其特征在于：还包括散热片，设置在所述收容腔内，并紧邻所述计算机。
3.根据权利要求2所述的一种机载式激光雷达三维测量设备，其特征在于：所述散热片夹设于所述计算机和所述激光扫描仪之间。
4.根据权利要求3所述的一种机载式激光雷达三维测量设备，其特征在于：所述惯性测量装置夹设于所述散热片和所述主骨架之间。
5.根据权利要求1或4所述的一种机载式激光雷达三维测量设备，其特征在于：还包括固定板，与所述主骨架相连接，所述惯性测量装置通过所述固定板与所述主骨架固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种机载式激光雷达三维测量设备，其特征在于：所述惯性测量装置与所述固定板之间通过至少两个定位销进行固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种机载式激光雷达三维测量设备，其特征在于：还包括骨架连接块，所述骨架连接块分别与所述第二端相锁定。
8.根据权利要求1所述的一种机载式激光雷达三维测量设备，其特征在于：还包括相机连接板，设置于所述第二端，所述拍摄装置通过所述相机连接板与所述第二端相连接。
9.根据权利要求1所述的一种机载式激光雷达三维测量设备，其特征在于：还包括电源模块，设置于所述收容腔内并紧邻所述主骨架。
10.根据权利要求1所述的一种机载式激光雷达三维测量设备，其特征在于：还包括主壳体，所述主壳体配合所述主骨架设置，并与所述激光扫描仪配合形成主腔体，所述主腔体用于容纳所述激光扫描仪、所述惯性测量装置、所述计算机和所述导航装置。
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