CN113984026A

CN113984026A - 一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪与测量方法

Info

Publication number: CN113984026A
Application number: CN202111263612.6A
Authority: CN
Inventors: 李杨; 侯志强; 杨祥
Original assignee: Jiangsu XCMG Construction Machinery Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu XCMG Construction Machinery Institute Co Ltd
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2022-01-28

Abstract

本发明公开一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪与测量方法，所述全站扫描一体仪包括中央处理器、激光测距模块、电机及控制模块、操控模块、瞄准模块、供电模块、壳体、外接控制设备终端；利用全站仪的自由设站原理，实现了三维激光扫描仪的定位功能，定位后扫描得到的点云坐标系直接为隧道大地坐标系；本发明设计了一种可利用两个已知坐标控制点实现自定位功能的，集全站仪、扫描仪为一体的全站扫描一体仪，并提出了一种基于该设备的隧道测绘方法，该方法省去了标靶布置测量、点云坐标系变换等流程，操作简单，可在减少人员配置的同时缩短测绘时间。

Description

一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪与测量方法

技术领域

本发明涉及到隧道测绘技术领域，具体涉及到一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪与测量方法。

背景技术

由于中国地形复杂多样，山区面积广大，隧道建设一直是建设交通网的重要环节。根据国际隧协与地下空间协会(ITA)统计，中国的在建隧道规模已达世界在建隧道规模的50％左右，已是隧道数量最多、建设规模最大、发展速度最快的隧道大国。在隧道开挖过程中超欠挖现象难以避免，直接影响隧道的施工安全、成本、质量，增加后续施工难度，快速、准确的获取隧道的超欠挖数据是及时调整后续施工工艺的依据，是减小后续开挖过程中超欠挖的基础。目前工程中常用全站仪、断面仪来测量隧道超欠挖数据，存在测点少、代表性差、测量效率低的问题。新兴的三维激光扫描技术可以快速获取被测物体表面的高分辨率三维点云数据，目前已有在隧道测绘领域运用的报道，但是现有测绘方案普遍存在测绘程序复杂、处理流程繁琐、工序占用时间长、人员配置要求多的问题，无法满足施工现场快速测绘要求。

发明CN102798412B公开了一种基于三维激光扫描评定隧道钻爆施工质量的方法，如图9所示，包括以下步骤：首先采用隧道数据采集模块采集数据，然后采用隧道数据前处理模块对采集到的数据进行处理，根据处理结果构建隧道三维模型构建模块，采用隧道三维模型后处理模块进行后处理，最后采用隧道钻爆质量评价模块对结果进行评价，图9为该发明隧道数据采集模块涉及的点云数据采集工作流程，采集过程中同时使用到了三维激光扫描仪和全站仪。

发明CN109470207A公开了一种用于隧道的检测方法，其流程如图10所示，包括以下步骤：通过数据采集系统对隧道进行扫描，获取隧道的点云数据；然后对点云数据进行预处理，以得到预处理数据，其中包括利用全站仪配合三维激光扫描仪使用定位标靶球的方式对所述隧道进行连续扫描；对点云数据进行配准、去噪、坐标系归化、压缩以及三维重构处理；以及将采集的数据导入到软件中，后视定向完成点云定位定向，并清洗无效数据；通过隧道设计断面,计算其特征点至实测断面线的距离及方位，进行超欠挖的自动检测；对数据预处理完成后，进行点云分析，并实时显示当前里程的超欠挖数据。

发明CN107762559B公开了一种用于评价隧道超欠挖情况的方法，如图11所示，包含以下步骤：对隧道进行扫描，获取隧道的点云数据；对点云数据进行预处理，以得到预处理数据；提取预处理数据中的基本数据，并与施工设计文件中标定的数据进行对比，得到第一评价结果；根据预处理数据，计算得到隧道的超挖数据，与控制标准进行对比，得到第二评价结果；根据预处理数据，计算得到隧道的欠挖数据，与控制标准进行对比，得到第三评价结果；综合处理第一评价结果、第二评价结果以及第三评价结果，以得到最终评价结果。

发明CN110672622A公开了一种基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法，如图12所示，其中涉及到了使用全站仪、球形棱镜标靶、扫描仪、TK-PCAS软件获取隧道大地坐标系下扫描点云的方法，该方法示意图如图12所示，包括以下步骤：1.架设仪器，将扫描仪架到三脚架上，并锁定仪器，将仪器放置扫描范围的中央，对三脚架进行气泡调平，同时对全站仪进行调平并设站；2.测量坐标，在扫描仪附近2米至5米半径范围内架设两个球棱镜，球棱镜球面面对扫描仪，棱镜面对全站仪，全站仪测量两个球棱镜的坐标； 3.扫描数据，将三维激光点云数据与球棱镜标靶坐标数据导入到TK-PCAS软件，将点云从局部坐标系转换为大地坐标系。

由于常规三维激光扫描仪只能获取扫描仪局部坐标系下的点云数据，也就是说测得的扫描点云中各点的坐标值均是与扫描仪的相对值，必须将其转换到隧道使用的大地坐标系下，才能与隧道设计模型匹配，进而对比计算隧道的超欠挖结果。因此前述发明CN102798412B、CN109470207A、CN107762559B、CN110672622A，在获取隧道点云数据的过程中均在隧道内部设置不定数量的定位标靶，并借助全站仪测得这些定位标靶的大地坐标值，最后通过后处理软件将扫描点云转换到大地坐标系下。其流程可以归纳为：全站仪设站(利用隧道中的控制点定位全站仪)->在隧道中布置不定数量的定位标靶->使用全站仪测量各定位标靶的大地坐标->使用扫描仪扫描包含定位标靶的隧道轮廓点云->利用后处理软件与测得的标靶大地坐标将扫描点云坐标系转换为隧道大地坐标系->与隧道设计模型进行对比计算超欠挖数据。该流程具有如下缺点：1.测绘同时需要全站仪、定位标靶、扫描仪，仪器数量多，不便于携带；2.除架设全站仪和扫描仪外，还需在现场布置定位标靶，操作流程复杂，需求人员多，操作时间长，影响整体施工进展；3.获取的点云数据需要经过专业软件处理才能转换到大地坐标系下，且在测量定位标靶坐标和识别点云中标靶位置时均有误差引入，导致最终隧道超欠挖计算结果误差较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供本发明设计了一种可利用两个已知坐标控制点实现自定位功能的，集全站仪、扫描仪为一体的全站扫描一体仪，并提出了一种基于该设备的隧道测绘方法，该方法省去了标靶布置测量、点云坐标系变换等流程，操作简单，可在减少人员配置的同时缩短测绘时间。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一个方面，提供一种全站扫描一体仪，包括中央处理器、激光测距模块、电机及控制模块、操控模块、瞄准模块、供电模块、壳体、外接控制设备终端(包括但不限于平板电脑、手机、笔记本电脑)。

中央处理器是全站扫描一体仪的运算与控制核心，用于接收并处理操控模块上报的操控指令、激光测距模块反馈的测距信息、电机及控制模块返回的电机角度信息，同时用于向上述的这些模块下发指令和反馈信息。

激光测距模块是全站扫描一体仪的测距核心模块，位于设备中上部转动轴的中间位置，由距离计算单元、激光发射装置、激光接收装置、计时器组成。当激光照射在物体表面后，发生反射现象，部分光束会延原光路返回，被测物体到全站扫描一体仪的距离即为光速和往返时间乘积的一半。激光发射装置发射激光，计时器开始计时，当激光接收装置检测到返回的激光束后计时器停止计时，计时信息反馈给距离计算单元。距离计算单元根据光速与计时器反馈的计时信息，计算被测物体到全站扫描一体仪的距离。

电机及控制模块是全站扫描一体仪执行各动作的核心模块，由控制单元、垂直电机、编码器一、水平电机、编码器二组成，其中控制单元用于与中央处理器进行指令数据交换，将中央处理器下发的指令转换为垂直电机和水平电机的转动控制信号，同时将编码器一、编码器二采集到的电机转角信息进行处理并反馈给中央处理器。垂直电机用于驱动激光测距模块在垂直方向的转动，编码器一用于把垂直电机的转动角位移转换成电信号反馈给控制单元。水平电机用于驱动整台设备延水平方向转动，编码器二用于把水平电机的转动角位移转换成电信号反馈给控制单元。

操控模块是全站扫描一体仪与操作人员的交互模块，由操控面板、显示屏幕、WIFI操控装置、蓝牙操控装置组成。其中操控面板由旋转控制面板、旋转微调面板、信息输入面板组成，同显示屏幕一起固定在壳体的正视方向，用于接收和显示操作人员指令信息。外接控制设备终端可通过WIFI操控装置或蓝牙操控装置与全站扫描一体仪建立通讯，实现全站扫描一体仪的无线控制功能。

瞄准模块由粗瞄准装置、激光辅助装置、目镜、物镜组成。操作人员的眼睛与粗瞄准装置保持垂直，调整全站扫描一体仪的转动角度，使肉眼、粗瞄准装置、测点处于同一直线上，实现测点目标方向的大致瞄准。激光辅助装置可以发出一束与激光测距模块同轴的可见激光，激光投射在测点表面实现辅助瞄准功能。目镜和物镜起放大观测作用，操作人员可通过目镜和物镜来观测判断全站扫描一体仪是否已经精确对准测点。

供电模块由可替换锂电池、充电器组成，为全站扫描一体仪运行提供电力。

壳体由保护壳、把手、电池仓、专用连接接口、调平气泡组成，主要功能为固定和保护内部核心部件。其中把手又分为左把手和右把手，便于操作人员握持设备。

外接控制设备终端可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等形式，使用蓝牙或WIFI与全站扫描一体仪进行通讯，通过专用软件实现全站扫描仪的无线操作和测绘结果的实时显示。

本发明的另一方面，提供一种基于上述全站扫描一体仪的隧道测绘方法，包括如下步骤：

步骤1：在隧道待测区段中央位置架设三脚架，将全站扫描一体仪架设到三脚架上，旋紧中心螺旋，调节各支腿高度和角螺旋使调平气泡处于中心位置；

步骤2：打开全站扫描一体仪，选自由设站功能，通过操控面板或外接控制设备终端将隧道中两个控制点坐标信息：C₁(x₁,y₁,z₁)和C₂(x₂,y₂,z₂)录入到仪器中；

步骤3：通过控制面板按钮或外接控制设备终端控制全站扫描一体仪转动，使其先后对准隧道中两个控制点的实际位置，同时与步骤2中输入的控制点坐标C₁、C₂进行匹配，根据后方交会法(后方交会是指仅在待定点上设站，向两个已知控制点观测一个水平夹角A，从而计算待定点的坐标，称为后方交会，后方交会测量法是常用方法)，中央处理器自动解算出设备自身所处的位置坐标P₀(x₀,y₀,z₀)，进而将全站扫描一体仪使用的局部坐标系转换为大地坐标系；

步骤4：经过步骤1至步骤3完成了全站扫描一体仪的设站工作，随后可通过操控面板或外接控制设备终端发出开始扫描测量命令；

步骤5：中央处理器在接收到步骤4中的开始扫描测量命令后，向电机及控制模块下发工作指令，控制单元接收指令后控制垂直电机和水平电机转动，编码器一和编码器二将垂直电机和水平电机的转动角位移转换成电信号反馈给控制单元，控制单元再将接收到的信号上报中央处理器；

步骤6：当步骤5中的垂直电机或水平电机的转动角度发生变化时，中央处理器向激光测距模块下发指令，距离计算单元接收指令后控制激光发射装置、激光接收装置开始工作，激光发射装置发射一束激光，计时器开始计时，激光接收装置检测到返回的激光束后计时器停止计时，计时信息反馈给距离计算单元，距离计算单元再将计算出的距离信息上报中央处理器；

步骤7：中央处理器利用步骤5中上报的垂直电机和水平电机的转角位移和步骤6中上报的距离信息解算测点坐标，其计算式为：

式中，x₀、y₀、z₀为全站扫描一体仪的大地坐标，l为全站扫描一体仪到测点的距离、α为垂直电机转动角度、β为水平电机转动角度；

步骤8：循环进行步骤5至步骤7，直到扫描点覆盖隧道所有待测区段，存储步骤7计算得到的所有测点坐标，形成隧道三维激光扫描点云，同时在显示屏幕和外接控制设备终端上进行展示；

步骤9：利用步骤8得到的点云数据与隧道设计模型进行对比计算，得到隧道超欠挖结果，生成检测报告。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明将同样使用激光测距原理全站仪和三维激光扫描仪耦合到了一起，形成一种全站扫描一体仪，该设备可以单独完成全站仪和三维激光扫描仪的全部功能，也可耦合使用，利用全站仪的自由设站功能，实现三维激光扫描仪的定位功能，定位后扫描得到的点云坐标系无需转换，直接为隧道的大地坐标系；具有功能全面，便于携带，便于操作的特点；

(2)本发明基于全站扫描一体仪提出了一种隧道测绘方法，该方法省去了传统测绘模式中的定位标靶布置与测量、点云坐标系变换等流程，从而减少了误差，具有人员需求少、测绘效率高等优势。

附图说明

图1为本发明全站扫描一体仪组成模块示意图；

图2为本发明全站扫描一体仪功能模块分解图；

图3为本发明全站扫描一体仪轴侧图；

图4为本发明全站扫描一体仪正视图；

图5为本发明全站扫描一体仪俯视图；

图6为本发明外接控制设备终端示意图；

图7为本发明全站扫描一体仪设站示意图；

图8为本发明全站扫描一体仪测点坐标计算原理图；

图9为本发明现有技术一的流程图；

图10为本发明现有技术二的流程图；

图11为本发明现有技术三的流程图；

图12为本发明现有技术四的原理图；

图中：1、中央处理器；2、激光测距模块；201、距离计算单元；202、激光发射装置；203、激光接收装置；204、计时器；3、电机及控制模块；301、控制单元；302、垂直电机；303、编码器一；304、水平电机；305、编码器二；4、操控模块；401、操控面板； 401a、旋转控制面板；401b、旋转微调面板；401c、信息输入面板；402、显示屏幕；403、 WIFI操控装置；404、蓝牙操控装置；5、瞄准模块；501、粗瞄准装置；502、激光辅助装置；503、目镜；504、物镜；6、供电模块；7、壳体；701、保护壳；702、把手；702a、左把手；702b、右把手；703、电池仓；704、专用连接接口；705、调平气泡；8、外接控制设备终端。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”、 “底部”、“内”、“外”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为均基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，大地坐标系是指，大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系，目前国内常见的大地坐标系有：1954北京、1980西安、2000中国大地坐标系；扫描仪局部坐标系是指，扫描仪在工作过程中构建的坐标系。

本发明的一个方面，提供一种全站扫描一体仪，图1为其各组成模块的示意图，图2为图1中核心模块的功能分解图，图3、图4、图5分别为全站扫描一体仪的轴测图、正视图、俯视图。全站扫描一体仪包括中央处理器1、激光测距模块2、电机及控制模块3、操控模块4、瞄准模块5、供电模块6、壳体7、外接控制设备终端8(包括但不限于平板电脑、手机、笔记本电脑)。

中央处理器1是全站扫描一体仪的运算与控制核心，用于接收并处理操控模块4上报的操控指令、激光测距模块2反馈的测距信息、电机及控制模块3返回的电机角度信息，同时用于向上述的这些模块下发指令和反馈信息。

激光测距模块2是全站扫描一体仪的测距核心模块，位于设备中上部转动轴的中间位置，由距离计算单元201、激光发射装置202、激光接收装置203、计时器204组成。当激光照射在物体表面后，发生反射现象，部分光束会延原光路返回，被测物体到全站扫描一体仪的距离即为光速和往返时间乘积的一半。激光发射装置202发射激光，计时器204开始计时，当激光接收装置203检测到返回的激光束后计时器204停止计时，计时信息反馈给距离计算单元201。距离计算单元201根据光速与计时器204反馈的计时信息，计算被测物体到全站扫描一体仪的距离。

电机及控制模块3是全站扫描一体仪执行各动作的核心模块，由控制单元301、垂直电机302、编码器一303、水平电机304、编码器二305组成，其中控制单元301用于与中央处理器1进行指令数据交换，将中央处理器1下发的指令转换为垂直电机302和水平电机304的转动控制信号，同时将编码器一303、编码器二305采集到的电机转角信息进行处理并反馈给中央处理器1。垂直电机302用于驱动激光测距模块2在垂直方向的转动，编码器一303用于把垂直电机302的转动角位移转换成电信号反馈给控制单元301。水平电机304用于驱动整台设备延水平方向转动，编码器二305用于把水平电机304的转动角位移转换成电信号反馈给控制单元301。

操控模块4是全站扫描一体仪与操作人员的交互模块，由操控面板401、显示屏幕402、 WIFI操控装置403、蓝牙操控装置404组成。其中操控面板401由旋转控制面板401a、旋转微调面板401b、信息输入面板401c组成，同显示屏幕402一起固定在壳体7的正视方向，用于接收和显示操作人员指令信息。外接控制设备终端8(如图6所示)可通过WIFI 操控装置403或蓝牙操控装置404与全站扫描一体仪建立通讯，实现全站扫描一体仪的无线控制功能。

瞄准模块5由粗瞄准装置501、激光辅助装置502、目镜503、物镜504组成。操作人员的眼睛与粗瞄准装置501保持垂直，调整全站扫描一体仪的转动角度，使肉眼、粗瞄准装置501、测点处于同一直线上，实现测点目标方向的大致瞄准。激光辅助装置502可以发出一束与激光测距模块2同轴的可见激光，激光投射在测点表面实现辅助瞄准功能。目镜503和物镜504起放大观测作用，操作人员可通过目镜503和物镜504来观测判断全站扫描一体仪是否已经精确对准测点。

供电模块6由可替换锂电池、充电器组成，为全站扫描一体仪运行提供电力。

壳体7由保护壳701、把手702、电池仓703、专用连接接口704、调平气泡705组成，主要功能为固定和保护内部核心部件。其中把手702又分为左把手702a和右把手702b，便于操作人员握持设备。

外接控制设备终端8可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等形式，使用蓝牙或WIFI与全站扫描一体仪进行通讯，通过专用软件实现全站扫描仪的无线操作和测绘结果的实时显示。

所述全站扫描一体仪的其中一种结构为，壳体7的中部设有安装槽口，所述安装槽口内设有水平的转动轴，所述转动轴的两端分别与所述安装槽口的两个内侧壁转动连接，所述转动轴的中部设有瞄准模块5和激光测距模块2；左把手702a和右把手702b分别位于保护壳701的两侧，操控面板401、显示屏幕402分布与保护壳701的同一侧，专用连接接口704位于保护壳701的下侧，用于与下方的支撑结构连接，调平气泡705安装于专用连接接口704的上侧，方便观察。

步骤1：在隧道待测区段中央位置架设三脚架，将全站扫描一体仪架设到三脚架上，旋紧中心螺旋，调节各支腿高度和角螺旋使调平气泡705处于中心位置；

步骤2：打开全站扫描一体仪，选自由设站功能，通过操控面板401或外接控制设备终端8将隧道中两个控制点坐标信息：C₁(x₁,y₁,z₁)和C₂(x₂,y₂,z₂)录入到仪器中；

步骤3：通过控制面板按钮或外接控制设备终端8控制全站扫描一体仪转动，如图7所示，使其先后对准隧道中两个控制点的实际位置，同时与步骤2中输入的控制点坐标C₁、C₂进行匹配，根据后方交会法(后方交会是指仅在待定点上设站，向两个已知控制点观测一个水平夹角A，从而计算待定点的坐标，称为后方交会，后方交会测量法是常用方法)，中央处理器1自动解算出设备自身所处的位置坐标P₀(x₀,y₀,z₀)，进而将全站扫描一体仪使用的局部坐标系转换为大地坐标系；

步骤4：经过步骤1至步骤3完成了全站扫描一体仪的设站工作，随后可通过操控面板401或外接控制设备终端8发出开始扫描测量命令；

步骤5：中央处理器1在接收到步骤4中的开始扫描测量命令后，向电机及控制模块3下发工作指令，控制单元301接收指令后控制垂直电机302和水平电机304转动，编码器一303和编码器二305将垂直电机302和水平电机304的转动角位移转换成电信号反馈给控制单元301，控制单元301再将接收到的信号上报中央处理器1；

步骤6：当步骤5中的垂直电机302或水平电机304的转动角度发生变化时，中央处理器1向激光测距模块2下发指令，距离计算单元201接收指令后控制激光发射装置202、激光接收装置203开始工作，激光发射装置202发射一束激光，计时器204开始计时，激光接收装置203检测到返回的激光束后计时器204停止计时，计时信息反馈给距离计算单元201，距离计算单元201再将计算出的距离信息上报中央处理器1；

步骤7：中央处理器1利用步骤5中上报的垂直电机302和水平电机304的转角位移和步骤6中上报的距离信息解算测点坐标，测点坐标的计算原理如图8所示，其计算式为：

式中，x₀、y₀、z₀为全站扫描一体仪的大地坐标，l为全站扫描一体仪到测点的距离、α为垂直电机302转动角度、β为水平电机304转动角度；

步骤8：循环进行步骤5至步骤7，直到扫描点覆盖隧道所有待测区段，存储步骤7计算得到的所有测点坐标，形成隧道三维激光扫描点云，同时在显示屏幕402和外接控制设备终端8上进行展示；

至此，已经详细描述了本发明的各实施例。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本发明的范围由所附权利要求来限定。

以上内容是本发明的详细说明，不能认定为全站扫描一体仪及其衍生出的隧道测量方法仅限于上述说明。

本发明的全站扫描一体仪可以作为专用测绘设备架设在标准三角架上使用，也可安装在其它机械设备(如机器人、凿岩台车)上使用。

该设备可以作为全站仪或三维激光扫描仪单独使用，也可作为二者的集成体使用。

本发明的全站扫描一体仪不局限于隧道领域，还可被应用到矿山、桥梁、道路、建筑等测绘领域。

Claims

1.一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪，其特征在于，所述全站扫描一体仪包括：

激光测距模块(2)，用于测量测点到所述全站扫描一体仪之间的距离；

电机及控制模块(3)，用于调整激光测距模块(2)的水平方向以及垂直方向的角度；

瞄准模块(5)，用于将所述激光测距模块(2)精确对准测点；

操控模块(4)，用于与操作人员进行人机交互；

供电模块(6)，用于为所述全站扫描一体仪运行提供电力；

中央处理器(1)，用于处理操控指令、测距信息、电机角度信息，并且下发指令和反馈信息；并且所述中央处理器(1)自动解算出所述全站扫描一体仪自身所处的位置坐标，然后将所述全站扫描一体仪使用的局部坐标系转换为大地坐标系，使所述全站扫描一体仪扫描直接得到基于大地坐标系的隧道轮廓点云数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪，其特征在于，所述激光测距模块(2)包括距离计算单元(201)、激光发射装置(202)、激光接收装置(203)、计时器(204)，所述激光发射装置(202)用于发射一束激光到测点，所述激光接收装置(203)接收上述测点返射回的激光，所述计时器(204)用于计算该束激光的往复时间，所述距离计算单元(201)根据计时器(204)反馈的计时信息，计算测点到全站扫描一体仪的距离。

3.根据权利要求1所述的一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪，其特征在于，所述电机及控制模块(3)包括控制单元(301)、垂直电机(302)、编码器一(303)、水平电机(304)、编码器二(305)；所述垂直电机(302)用于驱动所述激光测距模块(2)在垂直方向的转动，所述编码器一(303)用于把所述垂直电机(302)的转动角位移转换成电信号反馈给所述控制单元(301)；所述水平电机(304)用于驱动整台设备的水平方向转动，所述编码器二(305)用于把所述水平电机(304)的转动角位移转换成电信号反馈给所述控制单元(301)；所述控制单元(301)用于将所述中央处理器(1)下发的指令转换为所述垂直电机(302)和所述水平电机(304)的转动控制信号，并将所述编码器一(303)与所述编码器二(305)采集到的电机转角信息进行处理并反馈给中央处理器(1)。

4.根据权利要求1所述的一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪，其特征在于，所述操控模块(4)包括操控面板(401)、显示屏幕(402)、WIFI操控装置(403)、蓝牙操控装置(404)；所述操控面板(401)包括旋转控制面板(401a)、旋转微调面板(401b)、信息输入面板(401c)；所述操控面板(401)与所述显示屏幕(402)用于接收和/或显示操作人员指令信息；所述WIFI操控装置(403)以及所述蓝牙操控装置(404)用于与外接控制设备终端(8)建立无线通讯。

5.根据权利要求1所述的一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪，其特征在于，所述瞄准模块(5)包括粗瞄准装置(501)、激光辅助装置(502)、目镜(503)、物镜(504)，所述粗瞄准装置(501)用于实现所述激光测距模块(2)与测点目标方向的大致瞄准，所述激光辅助装置(502)用于发射一道与所述激光测距模块(2)同轴的可见激光到测点，所述目镜(503)和所述物镜(504)起放大观测作用，用于使操作人员观测判断所述激光测距模块(2)是否已经精确对准测点。

6.根据权利要求1所述的一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪，其特征在于，所述供电模块(6)包括可替换锂电池、充电器。

7.根据权利要求1所述的一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪，其特征在于，所述全站扫描一体仪包括壳体(7)，所述壳体(7)包括保护壳(701)、把手(702)、电池仓(703)、专用连接接口(704)、调平气泡(705)，所述把手(702)包括左把手(702a)和右把手(702b)，所述左把手(702a)和所述右把手(702b)分别固定于所述保护壳(701)的两侧，用于操作人员握持设备。

8.根据权利要求1所述的一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪，其特征在于，所述全站扫描一体仪包括外接控制设备终端(8)，所述外接控制设备终端(8)包括手机、平板电脑、笔记本电脑。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：

步骤1：在隧道待测区段中央位置架设三脚架，将所述全站扫描一体仪架设到三脚架上，旋紧中心螺旋，调节各支腿高度和角螺旋使调平气泡(705)处于中心位置；

步骤2：打开所述全站扫描一体仪，通过操控面板(401)或外接控制设备终端(8)将隧道中两个控制点坐标信息：C₁(x₁,y₁,z₁)和C₂(x₂,y₂,z₂)录入到仪器中；

步骤3：通过控制面板按钮或外接控制设备终端(8)控制所述全站扫描一体仪转动，使所述全站扫描一体仪先后对准隧道中两个控制点的实际位置，同时与步骤2中输入的控制点坐标C₁、C₂进行匹配，所述中央处理器(1)根据后方交会法自动解算出设备自身所处的位置坐标P₀(x₀,y₀,z₀)，进而将所述全站扫描一体仪使用的局部坐标系转换为大地坐标系；

步骤4：经过步骤1至步骤3完成了全站扫描一体仪的设站工作，随后可通过操控面板(401)或外接控制设备终端(8)发出开始扫描测量命令；

步骤5：所述中央处理器1在接收到步骤4中的开始扫描测量命令后，向所述电机及控制模块(3)下发工作指令，控制单元(301)接收指令后控制垂直电机(302)和水平电机(304)转动，编码器一(303)和编码器二(305)将垂直电机(302)和水平电机(304)的转动角位移转换成电信号反馈给控制单元(301)，控制单元(301)再将接收到的信号上报中央处理器(1)；

步骤6：当步骤5中的垂直电机(302)或水平电机(304)的转动角度发生变化时，中央处理器(1)向激光测距模块(2)下发指令，距离计算单元(201)接收指令后控制激光发射装置(202)、激光接收装置(203)开始工作，激光发射装置(202)发射一束激光，计时器(204)开始计时，激光接收装置(203)检测到返回的激光束后计时器(204)停止计时，计时信息反馈给距离计算单元(201)，距离计算单元(201)再将计算出的距离信息上报中央处理器(1)；

步骤7：所述中央处理器(1)利用步骤5中上报的垂直电机(302)和水平电机(304)的转角位移和步骤6中上报的距离信息解算测点坐标；

步骤8：循环进行步骤5至步骤7，直到扫描点覆盖隧道所有待测区段，存储步骤7计算得到的所有测点坐标，形成隧道三维激光扫描点云，同时在显示屏幕(402)和外接控制设备终端(8)上进行展示；

10.根据权利要求9所述的一种基于三维激光测绘技术的全站扫描一体仪的测量方法，其特征在于，所述的步骤7中测点坐标的计算式为：

式中，x₀、y₀、z₀为全站扫描一体仪的大地坐标，l为全站扫描一体仪到测点的距离、α为垂直电机(302)转动角度、β为水平电机(304)转动角度。