CN114894167A - 一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统及方法，针对地下复杂环境的客观因素，采用卫星定位模块、惯性测量单元、磁力计、气压计、激光测距模块作为传感器模块。在洞口测量初始点，通过卫星定位模块和气压计获得初始经纬度和高度，为后续洞穴测绘轨迹推算提供基准点。后续测量过程由若干个测量点组成，每个测量点的数据包括干线数据和断面线数据，每组线数据包含距离、方位角、倾角三个信息。干线包含相邻两个测量点之间的信息，用于确定洞穴的走向；断面线包含当前测量点的断面信息，用于确定洞穴的断面形状。本发明可提升目前洞穴测量方法和测试系统的自动化程度，减少人工干预，并且具有测量精度高、速度快、操作简单、携带方便的优点。

Description

一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统及方法

技术领域

本发明涉及洞穴测绘技术领域，具体为一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统及方法。

背景技术

目前，常用的探洞设备有探地雷达、电法仪、激光扫描仪、专用相机、洞穴探测机器人、手持激光测距仪Distox等，基于上述设备的各种探洞方法都有各自的缺点和应用局限性，不能完全满足洞穴测量的需求。基于探地雷达、电法仪的物探法，只是对洞穴的位置进行勘探，无法获取洞穴的形状轮廓、整体走向和组成结构；使用手持激光测距仪Distox进行测量的方法比较简单，但是无法自动扫描测量，人为干扰因素会对测量结果产生较大的影响，并且需要借助第三方软件TopoDroid才能完成图形绘制，操作比较繁琐；而基于激光扫描仪和专用相机的三维激光扫描和摄影测量技术可以测量出洞穴的整体结构，但是扫描设备的高耗电和高成本以及后期处理的复杂性限制了其在洞穴探测方面的应用，此外这些高精度设备的体积和重量往往也较大，在地下洞穴中使用时，由于地下环境复杂等因素，易出现跌落损坏等情况，造成较大损失。

发明内容

为了提升目前洞穴测量方法和测试系统的自动化程度，并且便于在洞内操作，减少人工干预带来的影响，提高洞穴整个测绘过程的自动化水平，本发明提出一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统，该系统将传感器技术、卫星定位、信息融合、运动控制、计算机技术应用于洞穴探测中；并且考虑到高精度设备存在体积和重量较大，在地下复杂环境中一旦损坏损失较大，本发明在系统设计上，采用成本较低的激光测距仪；由于激光测距仪的测量精度不如激光扫描仪的三维激光扫描，导致在后续数据处理，建立洞穴三维场景时，难以根据激光测距仪的测量数据采用现有方法建立较为准确的洞穴三维场景，为此，本发明针对洞穴特点和激光测距仪数据特点，提出了相应的洞穴三维场景重建方法。

本发明的技术方案为：

一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统，包括两台稳定支撑装置、激光测距靶标、自动测绘设备；

所述稳定支撑装置能够在洞穴中稳定支撑激光测距靶标以及自动测绘移动设备；

所述自动测绘设备包括传感器模块、运动控制模块、微处理器、数据存储模块、人机交互模块和电源管理模块；

所述传感器模块包括卫星定位模块、惯性测量单元、磁力计、气压计、激光测距模块，用于获取洞穴干线和洞穴截面的测量信息；其中至少激光测距模块、惯性测量单元、磁力计共同安装在同一整体结构中；

所述运动控制模块包括伺服执行机构及驱动电路，能够在所述微处理器控制下，带动所述整体机构多自由度运动；

所述数据存储模块用于按照规范的标准存储传感器模块采集的数据；

所述人机交互模块用于在所述微处理器控制下实现人机交互操作；

所述电源管理模块通过电压转换电路将电源分配给不同的功能模块。

进一步的，所述洞穴自动测绘系统还包括手持客户端设备；所述自动测绘设备还包括通信模块；

所述通信模块用于在所述微处理器控制下与手持客户端设备通信，将传感器模块采集的数据传输给手持客户端设备；

所述手持客户端设备能够对接收到的传感器模块采集数据进行数据预处理，并基于数据可视化方法根据传感器模块采集数据，显示洞穴测量的二维地图。

进一步的，所述通信模块采用蓝牙和/或WiFi连接，将自动测绘设备与手持客户端设备连接，完成用户对自动测绘设备的实时监控和数据操作。

进一步的，所述洞穴自动测绘系统还包括PC端上位机，所述PC端上位机能够接受所述数据存储模块中的存储数据，或手持客户端设备内的存储数据；基于三维重构方法，生成洞穴三维测绘地图。

进一步的，所述运动控制模块采用两个垂直安装的360度舵机，实现所述整体机构多自由度运动。

进一步的，所述稳定支撑装置采用三脚架，三脚架顶端与激光测距靶标以及自动测绘设备采用快拆接口连接。

一种进行洞穴自动测绘的方法，包括以下步骤：

步骤1：将激光测距靶标和自动测绘设备分别安装在一台稳定支撑装置上；其中安装有自动测绘设备的稳定支撑装置布置在洞口位置，安装有激光测距靶标的稳定支撑装置布置在洞穴内的设定测量点，且激光测距靶标能够被自动测绘设备的激光测距模块直视；

步骤2：处于洞口位置的自动测绘设备利用卫星定位模块和气压计测得初始经纬度和高度，作为洞穴测绘轨迹推算的基准点；利用磁力计确定东北天方向，建立测量坐标系；所述测量坐标系以基准点为原点，y轴指向北，x轴指向东，z轴垂直于XOY平面；运动控制模块带动激光测距模块指向激光测距靶标，并利用惯性测量单元获得激光测距靶标位置相对基准点的方位角和俯仰角，利用激光测距模块获得激光测距靶标位置相对基准点的距离信息，从而得到激光测距靶标在测量坐标系中的坐标；

步骤3：利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向从指向激光测距靶标偏转到垂直于XOY平面方向；再以激光测距模块指向激光测距靶标时的激光测距方向在XOY平面上的投影方向为第一轴向，利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向绕所述第一轴向旋转至少一周，得到断面数据；

步骤4：保持安装有激光测距靶标的稳定支撑装置不动，将激光测距靶标拆下，安装自动测绘设备；将原先安装自动测绘设备的稳定支撑装置移动到洞穴内的下一设定测量点，并在其上安装激光测距靶标；

步骤5：运动控制模块带动激光测距模块指向激光测距靶标，并利用惯性测量单元获得激光测距靶标位置相对自动测绘设备所在测量点的方位角和俯仰角，利用激光测距模块获得激光测距靶标位置相对自动测绘设备所在测量点的距离信息，从而得到激光测距靶标在测量坐标系中的坐标；

步骤6：利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向从指向激光测距靶标偏转到垂直于XOY平面方向；再以步骤5中激光测距模块指向激光测距靶标时的激光测距方向在XOY平面上的投影方向为第二轴向，利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向绕所述第二轴向旋转至少一周，得到断面数据；然后返回步骤4，直至完成洞穴内所有设定测量点的测量工作；

步骤7：根据基准点和设定测量点的坐标数据，解算出洞穴的干线数据，包括基准点和相邻测量点，以及相邻测量点之间的距离、方位角、俯仰角数据；所述断面数据包括断面中各个断面点与测量点的距离以及转动角度数据；利用干线数据和断面数据实现洞穴测绘。

进一步的，在手持客户端设备中，根据洞穴的干线数据，能够自动绘制出洞穴的二维走向，包括XOY平面内的洞穴走向图、洞穴的高度走向图；根据洞穴的断面数据，能够自动绘制某一断面的断面图。

进一步的，在各个断面中，断面点的角度分布相同；在PC端上位机中，根据以下过程自动完成洞穴三维重建：

步骤a：对于每个断面，根据各个断面点与测量点的距离以及转动角度数据，以及测量点自身坐标，计算断面点在测量坐标系中的坐标；

步骤b：在一个断面上，取相邻两个断面点，并在相邻断面上，取角度分布相同的两个相邻断面点，共计四个断面点形成封闭区域；

步骤c：取所述封闭区域在XOY平面上的投影区域，将所述投影区域进行栅格化处理，根据所述四个断面点的X坐标和Y坐标，以及栅格尺寸，确定栅格节点的X坐标和Y坐标，利用所述四个断面点的X、Y、Z坐标，以及栅格节点的X坐标和Y坐标，插值得到栅格节点的Z坐标，根据栅格节点的X、Y、Z坐标，确定所述封闭区域的三维形状；

步骤d：对于相邻断面中的所有相邻断面点，均按照步骤b和步骤c操作，得到相邻断面之间的完整的空间形状；进而利用所有相邻断面之间的空间形状绘制出完整洞穴三维图。

有益效果

本发明提出的基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统及方法，针对地下复杂环境的客观因素，采用卫星定位模块、惯性测量单元、磁力计、气压计、激光测距模块作为传感器模块，摒弃了昂贵的专业三维激光扫描设备，有效降低了系统使用风险，且根据洞穴特点和激光测距模块采集精度，优选提出了采用断面插值的三维重构方法，同样具有较高的洞穴三维重构精度，满足洞穴测绘要求。

本发明可提升目前洞穴测量方法和测试系统的自动化程度，减少人工干预，并且具有测量精度高、速度快、操作简单、携带方便的优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1洞穴自动测绘系统移动设备工作原理图；

其中：

1为控制电路板，在上方开口漏出按键和指示灯，与外壳连接

2为电源仓，可拆卸，便于更换电池

3为舵机固定槽

4为核心控制板

5为电机驱动板，与核心控制板通过固定孔连接，整体固定在外壳上

6和9为360度舵机，采用垂直安装的方式实现两个自由度上的运动

7为固定法兰盘，用于舵机间的固定以及舵机与测量模块间的固定

8为惯性测量单元

10为激光测距模块，和8整体通过法兰盘与舵机固定安装，舵机通过3固定到控制盒上

11为螺纹孔，与三脚架连接，便于进行快速安装拆卸

图2是本发明实施例的整体结构正视图；

图3是本发明实施例的配套手机/平板电脑软件结构图；

图4是本发明实施例的配套手机/平板电脑应用程序流程图；

图5是本发明实施例的配套电脑端软件结构图；

图6是相邻断面点围成封闭区域示意图；

图7是封闭区域栅格化示意图；

图8是封闭区域栅格节点插值示意图；

图9是PC端上位机自动洞穴三维重建流程图。

具体实施方式

为了提升目前洞穴测量方法和测试系统的自动化程度，并且便于在洞内操作，减少人工干预带来的影响，提高洞穴整个测绘过程的自动化水平，本发明提出一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统，该系统利用MEMS惯性测量单元获得空间姿态角信息，利用磁力计获得方位角信息，通过气压计获得高度信息，结合激光测距，及多传感器信息融合处理方法最终获取洞穴的走向和断面形状，具有精度高、功耗低、小型便携、操作简单的优点。

本发明中的基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统，包括两台稳定支撑装置、激光测距靶标、自动测绘设备。本实施例中，稳定支撑装置即采用三脚架，能够在洞穴中稳定支撑激光测距靶标以及自动测绘移动设备，三脚架顶端与激光测距靶标以及自动测绘设备采用快拆接口连接，这样能够在保持三脚架不动情况下，快速更换激光测距靶标以及自动测绘移动设备。

如图2所示，所述自动测绘设备包括传感器模块、运动控制模块、微处理器、数据存储模块、人机交互模块和电源管理模块。

所述传感器模块包括卫星定位模块GPS、惯性测量单元、磁力计、气压计、激光测距模块，用于获取洞穴干线和洞穴截面的测量信息；其中激光测距模块、惯性测量单元、磁力计共同安装在同一整体结构中，这样当激光测距模块的测距方向变化时，能够通过惯性测量单元以及磁力计获得测距方向变化的角度信息。

所述运动控制模块包括伺服执行机构及驱动电路，能够在所述微处理器控制下，带动所述整体机构多自由度运动。本实施例中，采用两个垂直安装的360度舵机实现所述整体机构多自由度运动。

所述数据存储模块用于按照规范的标准存储传感器模块采集的数据，存储的数据用于后续进行洞穴三维构建。

所述人机交互模块用于在所述微处理器控制下，通过按键操作和图形化界面实现人机交互操作。

所述电源管理模块通过电压转换电路将电源分配给不同的功能模块。

本实施例中，所述洞穴自动测绘系统还包括手持客户端设备，如手机或平板电脑；所述自动测绘设备还包括通信模块；

所述通信模块采用蓝牙和/或WiFi连接，用于在所述微处理器控制下与手持客户端设备通信，将传感器模块采集的数据传输给手持客户端设备，并且便于用户对洞穴自动测绘系统的实时监控和数据操作。

所述手持客户端设备能够对接收到的传感器模块采集数据进行数据预处理，并基于数据可视化方法根据传感器模块采集数据，显示洞穴测量的二维地图。

图3为基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统的配套手机/平板电脑软件结构图。该软件基于Android手机/平板电脑操作系统，通过图形化界面实现用户简单快捷操作。主要功能包括菜单栏、工具栏、地图绘制、地图标注、系统设置等，主要软件接口包括数据编辑接口、地图标注接口、系统设置接口、消息提示接口、数据输出接口、软件更新接口、网络通信接口等。在测绘期间通过蓝牙/WiFi将手机或平板电脑与测绘设备连接起来，完成用户对测绘设备的实时监控和数据操作。

图4为基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统的配套手机/平板电脑应用程序流程图。软件通过外部导入或设备传输获取测量数据，并对测量数据进行数据校验和预处理，通过数据可视化算法将测量数据显示在地图编辑区中，为用户提供编辑、保存和导出功能。此外，用户在软件中保存的数据将与测绘设备进行数据同步，以避免数据冲突。

所述洞穴自动测绘系统还包括PC端上位机，所述PC端上位机能够接受所述数据存储模块中的存储数据，或手持客户端设备内的存储数据；基于三维重构方法，生成洞穴三维测绘地图。

图5为基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统的配套电脑端软件结构图。该软件基于Windows电脑操作系统，通过图形化界面实现用户简单快捷操作。主要功能包括菜单栏、工具栏、地图绘制、地图标注、系统设置等，主要软件接口包括数据编辑接口、地图标注接口、系统设置接口、消息提示接口、数据输出接口、软件更新接口、用户注册接口等。实地测绘工作完成后，用户将设备或手机/平板电脑中的测量数据导入至电脑端配套软件，软件经过数据预处理后，结合三维重构算法，完成基础的地图生成和效果渲染，之后用户通过软件提供的工具栏对地图细节标注进行编辑修改，最终生成并导出所需的测绘地图。

具体测量过程包括以下步骤：

步骤1：将激光测距靶标和自动测绘设备分别安装在一台稳定支撑装置上；其中安装有自动测绘设备的稳定支撑装置布置在洞口位置，安装有激光测距靶标的稳定支撑装置布置在洞穴内的设定测量点，且激光测距靶标能够被自动测绘设备的激光测距模块直视；

步骤2：处于洞口位置的自动测绘设备利用卫星定位模块和气压计测得初始经纬度和高度，作为洞穴测绘轨迹推算的基准点；利用磁力计确定东北天方向，建立测量坐标系；所述测量坐标系以基准点为原点，y轴指向北，x轴指向东，z轴垂直于XOY平面；运动控制模块带动激光测距模块指向激光测距靶标，并利用惯性测量单元获得激光测距靶标位置相对基准点的方位角和俯仰角，利用激光测距模块获得激光测距靶标位置相对基准点的距离信息，从而得到激光测距靶标在测量坐标系中的坐标；

步骤3：利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向从指向激光测距靶标向偏转到垂直于XOY平面方向；再以步骤2中激光测距模块指向激光测距靶标时的激光测距方向在XOY平面上的投影方向为第一轴向，利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向绕所述第一轴向旋转至少一周，得到断面数据；

步骤4：保持安装有激光测距靶标的稳定支撑装置不动，将激光测距靶标拆下，安装自动测绘设备；将原先安装自动测绘设备的稳定支撑装置移动到洞穴内的下一设定测量点，并在其上安装激光测距靶标；

步骤5：运动控制模块带动激光测距模块指向激光测距靶标，并利用惯性测量单元获得激光测距靶标位置相对自动测绘设备所在测量点的方位角和俯仰角，利用激光测距模块获得激光测距靶标位置相对自动测绘设备所在测量点的距离信息，从而得到激光测距靶标在测量坐标系中的坐标；

步骤6：利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向从指向激光测距靶标偏转到垂直于XOY平面方向；再以步骤5中激光测距模块指向激光测距靶标时的激光测距方向在XOY平面上的投影方向为第二轴向，利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向绕所述第二轴向旋转至少一周，得到断面数据；然后返回步骤4，直至完成洞穴内所有设定测量点的测量工作；

步骤7：根据基准点和设定测量点的坐标数据，解算出洞穴的干线数据，包括基准点和相邻测量点，以及相邻测量点之间的距离、方位角、俯仰角数据；所述断面数据包括断面中各个断面点与测量点的距离以及转动角度数据；利用干线数据和断面数据实现洞穴测绘。

在手持客户端设备中，根据洞穴的干线数据，能够自动绘制出洞穴的二维走向，包括XOY平面内的洞穴走向图、洞穴的高度走向图；根据洞穴的断面数据，能够自动绘制某一断面的断面图。

在各个断面中，断面点的角度分布相同；在PC端上位机中，根据以下过程自动完成洞穴三维重建：

步骤a：对于每个断面，根据各个断面点与测量点的距离以及转动角度数据，以及测量点自身坐标，计算断面点在测量坐标系中的坐标；

步骤b：在一个断面上，取相邻两个断面点，并在相邻断面上，取角度分布相同的两个相邻断面点，共计四个断面点形成封闭区域；

步骤c：取所述封闭区域在XOY平面上的投影区域，将所述投影区域进行栅格化处理，根据所述四个断面点的X坐标和Y坐标，以及栅格尺寸，确定栅格节点的X坐标和Y坐标，利用所述四个断面点的X、Y、Z坐标，以及栅格节点的X坐标和Y坐标，插值得到栅格节点的Z坐标，根据栅格节点的X、Y、Z坐标，确定所述封闭区域的三维形状；

步骤d：对于相邻断面中的所有相邻断面点，均按照步骤b和步骤c操作，得到相邻断面之间的完整的空间形状；进而利用所有相邻断面之间的空间形状绘制出完整洞穴三维图。

与目前测量方法相比，采用多传感器自动测量，消除了人为测量误差，提高了系统的自动化程度和测量精度。而且基于上述方法洞穴自动测绘软件，能够根据测量设备导出的数据文件，自动进行基础的数据处理、地形描绘和效果渲染，用户只需在此基础上增加少量细节，即可生成符合规范的测绘地图，方便快捷，减小了后期处理工作量。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统，其特征在于：包括两台稳定支撑装置、激光测距靶标、自动测绘设备；

所述稳定支撑装置能够在洞穴中稳定支撑激光测距靶标以及自动测绘移动设备；

所述自动测绘设备包括传感器模块、运动控制模块、微处理器、数据存储模块、人机交互模块和电源管理模块；

所述传感器模块包括卫星定位模块、惯性测量单元、磁力计、气压计、激光测距模块，用于获取洞穴干线和洞穴截面的测量信息；其中至少激光测距模块、惯性测量单元、磁力计共同安装在同一整体结构中；

所述运动控制模块包括伺服执行机构及驱动电路，能够在所述微处理器控制下，带动所述整体机构多自由度运动；

所述数据存储模块用于按照规范的标准存储传感器模块采集的数据；

所述人机交互模块用于在所述微处理器控制下实现人机交互操作；

所述电源管理模块通过电压转换电路将电源分配给不同的功能模块。

2.根据权利要求1所述一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统，其特征在于：所述洞穴自动测绘系统还包括手持客户端设备；所述自动测绘设备还包括通信模块；

所述通信模块用于在所述微处理器控制下与手持客户端设备通信，将传感器模块采集的数据传输给手持客户端设备；

所述手持客户端设备能够对接收到的传感器模块采集数据进行数据预处理，并基于数据可视化方法根据传感器模块采集数据，显示洞穴测量的二维地图。

3.根据权利要求2所述一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统，其特征在于：所述通信模块采用蓝牙和/或WiFi连接，将自动测绘设备与手持客户端设备连接，完成用户对自动测绘设备的实时监控和数据操作。

4.根据权利要求1所述一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统，其特征在于：所述洞穴自动测绘系统还包括PC端上位机，所述PC端上位机能够接受所述数据存储模块中的存储数据，或手持客户端设备内的存储数据；基于三维重构方法，生成洞穴三维测绘地图。

5.根据权利要求1所述一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统，其特征在于：所述运动控制模块采用两个垂直安装的360度舵机，实现所述整体机构多自由度运动。

6.根据权利要求1所述一种基于多传感器技术的洞穴自动测绘系统，其特征在于：所述稳定支撑装置采用三脚架，三脚架顶端与激光测距靶标以及自动测绘设备采用快拆接口连接。

7.利用权利要求1所述系统进行洞穴自动测绘的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将激光测距靶标和自动测绘设备分别安装在一台稳定支撑装置上；其中

安装有自动测绘设备的稳定支撑装置布置在洞口位置，安装有激光测距靶标的稳定支撑装置布置在洞穴内的设定测量点，且激光测距靶标能够被自动测绘设备的激光测距模块直视；

步骤2：处于洞口位置的自动测绘设备利用卫星定位模块和气压计测得初始经纬度和高度，作为洞穴测绘轨迹推算的基准点；利用磁力计确定东北天方向，建立测量坐标系；所述测量坐标系以基准点为原点，y轴指向北，x轴指向东，z轴垂直于XOY平面；运动控制模块带动激光测距模块指向激光测距靶标，并利用惯性测量单元获得激光测距靶标位置相对基准点的方位角和俯仰角，利用激光测距模块获得激光测距靶标位置相对基准点的距离信息，从而得到激光测距靶标在测量坐标系中的坐标；

步骤3：利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向从指向激光测距靶标偏转到垂直于XOY平面方向；再以激光测距模块指向激光测距靶标时的激光测距方向在XOY平面上的投影方向为第一轴向，利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向绕所述第一轴向旋转至少一周，得到断面数据；

步骤4：保持安装有激光测距靶标的稳定支撑装置不动，将激光测距靶标拆下，安装自动测绘设备；将原先安装自动测绘设备的稳定支撑装置移动到洞穴内的下一设定测量点，并在其上安装激光测距靶标；

步骤5：运动控制模块带动激光测距模块指向激光测距靶标，并利用惯性测量单元获得激光测距靶标位置相对自动测绘设备所在测量点的方位角和俯仰角，利用激光测距模块获得激光测距靶标位置相对自动测绘设备所在测量点的距离信息，从而得到激光测距靶标在测量坐标系中的坐标；

步骤6：利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向从指向激光测距靶标偏转到垂直于XOY平面方向；再以步骤5中激光测距模块指向激光测距靶标时的激光测距方向在XOY平面上的投影方向为第二轴向，利用运动控制模块带动激光测距模块运动，使得激光测距方向绕所述第二轴向旋转至少一周，得到断面数据；然后返回步骤4，直至完成洞穴内所有设定测量点的测量工作；

步骤7：根据基准点和设定测量点的坐标数据，解算出洞穴的干线数据，包括基准点和相邻测量点，以及相邻测量点之间的距离、方位角、俯仰角数据；所述断面数据包括断面中各个断面点与测量点的距离以及转动角度数据；利用干线数据和断面数据实现洞穴测绘。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于：在手持客户端设备中，根据洞穴的干线数据，能够自动绘制出洞穴的二维走向，包括XOY平面内的洞穴走向图、洞穴的高度走向图；根据洞穴的断面数据，能够自动绘制某一断面的断面图。

9.根据权利要求7所述方法，其特征在于：在各个断面中，断面点的角度分布相同；在PC端上位机中，根据以下过程自动完成洞穴三维重建：

步骤a：对于每个断面，根据各个断面点与测量点的距离以及转动角度数据，以及测量点自身坐标，计算断面点在测量坐标系中的坐标；

步骤b：在一个断面上，取相邻两个断面点，并在相邻断面上，取角度分布相同的两个相邻断面点，共计四个断面点形成封闭区域；

步骤c：取所述封闭区域在XOY平面上的投影区域，将所述投影区域进行栅格化处理，根据所述四个断面点的X坐标和Y坐标，以及栅格尺寸，确定栅格节点的X坐标和Y坐标，利用所述四个断面点的X、Y、Z坐标，以及栅格节点的X坐标和Y坐标，插值得到栅格节点的Z坐标，根据栅格节点的X、Y、Z坐标，确定所述封闭区域的三维形状；

步骤d：对于相邻断面中的所有相邻断面点，均按照步骤b和步骤c操作，得到相邻断面之间的完整的空间形状；进而利用所有相邻断面之间的空间形状绘制出完整洞穴三维图。

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