CN111089226B - 三维激光扫描仪承载升降系统及其最佳倾斜角度的调整方法 - Google Patents

三维激光扫描仪承载升降系统及其最佳倾斜角度的调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维激光扫描仪承载升降系统及其最佳倾斜角度的调整方法，系统包括移动车结构和三维激光扫描仪承载升降结构，移动车结构包括底座，底座设置有移动轮和稳定轮组件。三维激光扫描仪承载升降结构包括气动升降杆，气动升降杆的下端固定在底座的中央，气动升降杆的顶部设置有平台，平台上固定连接有自动整平基座，自动整平基座上连接有三维激光扫描仪，自动整平基座能调节三维激光扫描仪的倾斜角度。该系统通过手动压气筒压缩空气，即可将三维激光扫描仪提升至预定高度，组装简单，易于搬站，便于多站测量。三维激光扫描仪的镜头倾斜测量收集点云数据，解决了因扫描线被遮挡而引起的数据采集效率低和精确度不高的问题。

Description

三维激光扫描仪承载升降系统及其最佳倾斜角度的调整方法
技术领域
本发明涉及三维激光扫描仪搭载技术领域，具体涉及一种三维激光扫描仪承载升降系统及其最佳倾斜角度的调整方法。
背景技术
传统的三维激光扫描仪承载方式有三脚架架设法、室内定轨搭载法、桥式起重机搭载法等。利用传统的三维激光扫描仪承载方式进行测量时，是运用后视定向法类似于架设全站仪的测量模式，要对中整平仪器和标靶，再量取仪器高和标靶中心高。会引入对中和量高的人为误差。桥式起重机搭载系统的小车在运行过程中，由于轨道瑕疵难免有动姿态变化，如果发生而不能获得变化情况的数据将对后期点云拼接处理等造成很大的影响。其次小车运动极其不规律，而且轨迹也不平滑。而且桥式起重机设备过于巨大，笨重，且不能进行搬站，拆卸，组装，扫站方式较单一，不能进行多行多列式扫描。
发明内容
针对现有的三脚架架设法会引入的对中和量高的人为误差，以及室内定轨搭载法、桥式起重机搭载法等设备过于巨大，笨重，且不能进行搬站，拆卸，组装，扫站方式较单一，不能进行多行多列式扫描的问题，本发明的第一目的是提供了一种三维激光扫描仪承载升降系统。
本发明采用以下的技术方案：
一种三维激光扫描仪承载升降系统，包括移动车结构和三维激光扫描仪承载升降结构，所述移动车结构包括底座，底座的左右两侧均设置有移动轮，底座的前侧和后侧均设置有稳定轮组件；
所述三维激光扫描仪承载升降结构包括气动升降杆，气动升降杆的下端固定在底座的中央，气动升降杆的顶部设置有平台，平台上固定连接有自动整平基座，自动整平基座上连接有三维激光扫描仪，自动整平基座能调节三维激光扫描仪的倾斜角度。
优选地，底座的前侧设置有一个稳定轮组件，底座的后侧倾斜的设置有两个稳定轮组件；
所述稳定轮组件包括固定块，固定块上连接有一个固定杆，固定杆的端部设置有稳定轮。
优选地，所述底座的上后部设置有手推组件，手推组件包括两个固定在底座上的手推杆，手推杆的上部向后弯曲形成把手，两个手推杆之间通过连接杆固定连接。
优选地，所述气动升降杆连接有手动压气筒，手动压气筒能向气动升降杆内压入空气，使得气动升降杆伸展。
优选地，所述气动升降杆包括多个伸缩节管，每个伸缩节管上设置有一个安全阀，安全阀打开，对应的伸缩节管放气，伸缩节管回落。
优选地，所述平台与自动整平基座螺纹固定连接。
优选地，所述自动整平基座上设置有基座螺旋按钮，调节基座螺旋按钮对自动整平基座倾斜角度进行调节，从而对三维激光扫描仪的倾斜角度进行调节。
本发明的第二目的是提供了一种三维激光扫描仪承载升降系统中扫描仪最佳倾斜角度的调整方法。
一种三维激光扫描仪承载升降系统中扫描仪最佳倾斜角度的调整方法，利用以上所述的一种三维激光扫描仪承载升降系统，还包括摄像机、卷尺和实验台，在实验台上设置有标靶球，标靶球的球心通过吊线连接有吊坠，吊线和吊坠位于实验台的下方；
调整方法包括以下步骤：
步骤1：摄像机设置在三维激光扫描仪的下方，三维激光扫描仪的镜头的中心与摄像机的镜头的中心在同一垂线上，摄像机的镜头的中心与吊坠的最下端在同一直线上；
步骤2：根据实验台和标靶球，预先得出扫描仪的升降高度，从而得出三维激光扫描仪的镜头的中心与摄像机的镜头的中心的垂直距离l；
步骤3：用卷尺量取，标靶球的球心至吊坠的最下端的距离b；
设摄像机的镜头的中心与标靶球的球心的垂直距离为n；
步骤4：摄像机拍摄标靶球十字丝图像，通过matlab得出标靶球十字丝的像素坐标(px,py)，设定摄像机的焦距为f，x是标靶球十字丝在摄像机感光元件上的成像到一侧边缘的距离，x＝Pixelsize*px，Pixelsize是摄像头感光元件上单个像素感光单元的尺寸，通过摄像机感光元件手册来确定其数值；
步骤5：根据相似三角形可以得出，n＝fl/x；
从而得出
Figure BDA0002309840920000021
其中，α为三维激光扫描仪最佳倾斜角度。
本发明具有的有益效果是：
三维激光扫描仪承载升降系统，通过手动压气筒压缩空气，即可将扫描仪提升至预定高度，组装简单，在现场几分钟便可组装完成并把扫描仪升至预定高度，质量轻盈，易于搬站，便于多站测量。可使三维激光扫描仪的镜头倾斜测量收集点云数据，解决了因扫描线被遮挡而引起的数据采集效率低和精确度不高的问题。
1、三维激光扫描仪的架设高度大大提高，有效保证了三维激光扫描仪设备既有测程的化发挥，减少平坦地形情况下频繁架设扫描仪的次数，从而提高数据采集效率；
2、三维激光扫描仪高度的自动变换，为数据采集提供料更恰当的视角，用户不再苦于因三维激光扫描仪信号与被测目标之间存在较小夹角而带来的点云数据误差大，影像信息变形量大等问题，从而提高数据采集质量；
3、三维激光扫描仪架设站点快速随车移动，且免除因转换站点而产生的频繁安装拆卸等问题，从而有效提高数据采集效率；
4、三维激光扫描仪与GNSS、标靶反射目标以及相关附近的灵活结合应用，为点云数据内业的准确快速拼接提供有力保障，从而提高工作效率，确保数据精度；
5、系统组件做工精细，稳固耐用。
附图说明
图1为三维激光扫描仪承载升降系统的示意图。
图2为进行三维激光扫描仪最佳倾斜角度调整过程的示意图。
图3为三维激光扫描仪最佳倾斜角度计算原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
实施例1
结合图1，一种三维激光扫描仪承载升降系统，包括移动车结构和三维激光扫描仪承载升降结构。
其中，移动车结构包括底座1，底座的形状为正五边形的形状，也可以是其它形状。
底座1的左右两侧均设置有移动轮2，底座的前侧和后侧均设置有稳定轮组件。
具体的，底座的前侧设置有一个稳定轮组件，底座的后侧倾斜的设置有两个稳定轮组件。
稳定轮组件包括固定块3，固定块上连接有一个固定杆4，固定杆的端部设置有稳定轮5。
稳定轮与移动轮配合，增加了移动车结构的稳定性。
底座1的上后部设置有手推组件，手推组件包括两个固定在底座上的手推杆6，手推杆的上部向后弯曲形成把手7，两个手推杆之间通过连接杆8固定连接。
手握把手可以推动移动车结构移动，从而带动整个系统移动，便于系统的移动测量。
扫描仪承载升降结构包括气动升降杆9，气动升降杆的下端固定在底座1的中央，气动升降杆的顶部设置有平台10，平台上固定连接有自动整平基座11，自动整平基座上连接有三维激光扫描仪12，自动整平基座能调节三维激光扫描仪的倾斜角度。
气动升降杆连接有手动压气筒13，手动压气筒13固定在连接杆8上。
手动压气筒能向气动升降杆内压入空气，使得气动升降杆伸展。
气动升降杆包括多个伸缩节管14，每个伸缩节管上设置有一个安全阀15，安全阀打开，对应的伸缩节管放气，伸缩节管回落。
平台10与自动整平基座11螺纹固定连接。
自动整平基座的型号为德赖富斯AD-12，自动整平基座上设置有基座螺旋按钮，调节基座螺旋按钮对自动整平基座倾斜角度进行调节，从而对三维激光扫描仪的倾斜角度进行调节。
该三维激光扫描仪承载升降系统通过手动压气筒压缩空气，即可将扫描仪提升至预定高度，组装简单，在现场几分钟便可组装完成并把扫描仪升至预定高度，质量轻盈，易于搬站，便于多站测量。
自动整平基座能调节三维激光扫描仪的倾斜角度。可使三维激光扫描仪的镜头倾斜测量收集点云数据，从而避免了扫描线因遮挡而造成的数据收集影响和精度影响。
实施例2
结合图1至图3，一种三维激光扫描仪承载升降系统中扫描仪最佳倾斜角度的调整方法，利用实施例1所述的一种三维激光扫描仪承载升降系统。
还包括摄像机16、卷尺和实验台17，在实验台上设置有标靶球18，标靶球的球心通过吊线19连接有吊坠20，吊线和吊坠位于实验台的下方。
调整方法包括以下步骤：
步骤1：摄像机设置在三维激光扫描仪的下方，三维激光扫描仪的镜头的中心与摄像机的镜头的中心在同一垂线上，摄像机的镜头的中心与吊坠的最下端在同一直线上。
步骤2：根据实验台和标靶球，预先得出扫描仪的升降高度，从而得出三维激光扫描仪的镜头的中心与摄像机的镜头的中心的垂直距离l。
步骤3：用卷尺量取，标靶球的球心至吊坠的最下端的距离b；
设摄像机的镜头的中心与标靶球的球心的垂直距离为n。
步骤4：摄像机拍摄标靶球十字丝图像，通过matlab得出标靶球十字丝的像素坐标(px,py)，设定摄像机的焦距为f，x是标靶球十字丝在摄像机感光元件上的成像到一侧边缘的距离，x＝Pixelsize*px，Pixelsize是摄像头感光元件上单个像素感光单元的尺寸，通过摄像机感光元件手册来确定其数值。
步骤5：根据相似三角形可以得出，n＝fl/x；
从而得出
Figure BDA0002309840920000041
其中，α为三维激光扫描仪最佳倾斜角度。
图3中标注了l、n、b、x、f和α的位置。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种三维激光扫描仪承载升降系统的最佳倾斜角度的调整方法，其特征在于，包括三维激光扫描仪承载升降系统，系统包括移动车结构和三维激光扫描仪承载升降结构，所述移动车结构包括底座，底座的左右两侧均设置有移动轮，底座的前侧和后侧均设置有稳定轮组件；
所述三维激光扫描仪承载升降结构包括气动升降杆，气动升降杆的下端固定在底座的中央，气动升降杆的顶部设置有平台，平台上固定连接有自动整平基座，自动整平基座上连接有三维激光扫描仪，自动整平基座能调节三维激光扫描仪的倾斜角度；
底座的前侧设置有一个稳定轮组件，底座的后侧倾斜的设置有两个稳定轮组件；
所述稳定轮组件包括固定块，固定块上连接有一个固定杆，固定杆的端部设置有稳定轮；
所述底座的上后部设置有手推组件，手推组件包括两个固定在底座上的手推杆，手推杆的上部向后弯曲形成把手，两个手推杆之间通过连接杆固定连接；
所述气动升降杆连接有手动压气筒，手动压气筒能向气动升降杆内压入空气，使得气动升降杆伸展；
所述气动升降杆包括多个伸缩节管，每个伸缩节管上设置有一个安全阀，安全阀打开，对应的伸缩节管放气，伸缩节管回落；
所述平台与自动整平基座螺纹固定连接；
所述自动整平基座上设置有基座螺旋按钮，调节基座螺旋按钮对自动整平基座倾斜角度进行调节，从而对三维激光扫描仪的倾斜角度进行调节；
还包括摄像机、卷尺和实验台，在实验台上设置有标靶球，标靶球的球心通过吊线连接有吊坠，吊线和吊坠位于实验台的下方；
调整方法包括以下步骤：
步骤1：摄像机设置在三维激光扫描仪的下方，三维激光扫描仪的镜头的中心与摄像机的镜头的中心在同一垂线上，摄像机的镜头的中心与吊坠的最下端在同一直线上；
步骤2：根据实验台和标靶球，预先得出三维激光扫描仪的升降高度，从而得出三维激光扫描仪的镜头的中心与摄像机的镜头的中心的垂直距离l；
步骤3：用卷尺量取，标靶球的球心至吊坠的最下端的距离b；
设摄像机的镜头的中心与标靶球的球心的垂直距离为n；
步骤4：摄像机拍摄标靶球十字丝图像，通过matlab得出标靶球十字丝的像素坐标(px,py)，设定摄像机的焦距为f，x是标靶球十字丝在摄像机感光元件上的成像到一侧边缘的距离，x＝Pixelsize*px，Pixelsize是摄像头感光元件上单个像素感光单元的尺寸，通过摄像机感光元件手册来确定其数值；
步骤5：根据相似三角形可以得出，n＝fl/x；
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