CN208172246U - 激光雷达测量装置、运载设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光测量领域，提供了一种激光雷达测量装置和运载设备，其中的激光雷达测量装置包括：旋转机构，旋转机构包括旋转侧和固定侧，旋转侧能够相对固定侧沿自身轴线旋转。激光扫描仪，连接于旋转机构的旋转侧并能够随旋转侧旋转。惯性测量仪。支架，支架包括固定板，固定板设置于惯性测量仪和旋转机构之间，并用于连接惯性测量仪和旋转机构的固定侧。激光雷达测量装置还包括内部设置有GNNS接收机和控制器的控制盒，控制盒也安装在支架上。GNNS接收机、旋转机构、激光扫描仪、惯性测量仪都和控制器通信连接。本实用新型能够更好地满足激光雷达测量领域的多样化需求。

Description

激光雷达测量装置、运载设备

技术领域

本实用新型涉及激光测量领域，特别涉及一种激光雷达测量装置，以及安装有这一激光雷达测量装置的运载设备。

背景技术

自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来，利用像片制作像片平面图的技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade使用了摄影测量的立体观测技术，使得从二维像片获取地面三维数据成为可能。一百年以来，立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术，是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。

随着科学技术的发展、计算机及高新技术的广泛应用，数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来，并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。

激光扫描方法不仅是军事中获取三维地理信息的主要途径，而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景。

目前，广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据，机载LiDAR技术正好满足这个需求，因而它成为各种测量应用中深受欢迎的新技术。

LiDAR——Light Detection And Ranging，即激光探测与测量。LiDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描角度，从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向，就可以准确地计算出每一个地面光斑的坐标(X，Y，Z)。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言，一个频率为每秒一万次脉冲的系统，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。

如此一来，由激光器发射出的脉冲激光，打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，一部分光波会反射到激光雷达的接收器上，根据激光测距原理计算，就得到从激光雷达到目标点的距离，脉冲激光不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像。

通过激光雷达所测得的数据为数字表面模型(Digital SurfaceModel,DSM)的离散点表示，数据中含有空间三维信息和激光强度信息。应用分类(Classification)技术在这些原始数字表面模型中移除建筑物、人造物以及覆盖植物等测点，即可获得数字高程模型(Digital ElevationModel,DEM)，并同时得到覆盖物的高度。

现有技术的激光雷达测量装置通常将激光扫描组件上的各个器件分开固定设置，导致其应用场景受限，拆装十分不便。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种激光雷达测量装置，包括：

旋转机构，旋转机构包括旋转侧和固定侧，旋转侧能够相对固定侧沿自身轴线旋转。

激光扫描仪，连接于旋转机构的旋转侧并能够随旋转侧旋转。

惯性测量仪。

支架，支架包括固定板，固定板设置于惯性测量仪和旋转机构之间，并用于连接惯性测量仪和旋转机构的固定侧。

激光雷达测量装置还包括内部设置有GNNS接收机和控制器的控制盒，控制盒也安装在支架上。

GNNS接收机、旋转机构、激光扫描仪、惯性测量仪都和控制器通信连接。

可选地，支架还包括：

底板和连接件。

连接件的一端连接于底板，另一端与固定板相连接，以使得惯性测量仪位于底板和固定板之间。

可选地，连接件包括至少4条连接柱。

可选地，底板抵持在惯性测量仪的背朝激光扫描仪的一面上，以使得惯性测量仪被压迫固定在底板和固定板之间的空间内。

可选地，激光扫描仪上形成有连接部。

支架还包括：

侧部壳体，侧部壳体的一边连接底板，另一边上设置有轴承架。

转盘，通过连接部与激光扫描仪连接，转盘通过轴承与轴承架连接。

可选地，还包括：

机载底座，用于将激光雷达测量装置安装在飞行器上。

机载底座与侧部壳体上远离激光雷达测量装置的一个面通过减震垫相连接。

可选地，底板的背向于惯性测量仪的一面上还设置有用于安装摄像机的相机支架。

可选地，控制盒安装在底板上。

可选地，控制盒安装在侧部壳体上。

本实用新型还提供了一种运载设备，可选地，运载设备上设置上述的激光雷达测量装置。

相对于现有技术而言，本实用新型通过将激光扫描仪和惯性测量仪借助支架连接在一起，并将控制盒也安装在支架上，使得激光雷达测量装置得以小型化和模块化。本实用新型的激光雷达测量装置可以被安装在任意的运载体上，具备拆装方便的特点。扩大了其可应用的场景范围。另外，在本实施方式中，由于激光扫描仪、惯性测量仪和GNNS接收机都是分立设置的，因此可以模块化地更换任意的器件，更能够满足当前LiDAR技术的多样化需求。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式的激光雷达测量装置的立体示意图；

图2是本实用新型第一实施方式的激光雷达测量装置的剖面示意图；

图3是本实用新型第一实施方式的激光雷达测量装置的机载底座示意图；

图4是本实用新型第二实施方式的激光雷达测量装置在靠近惯性测量仪一侧的立体示意图；

图5是本实用新型第二实施方式的激光雷达测量装置在靠近激光扫描仪一侧的立体示意图。

附图标记说明：

1、旋转机构；

2、激光扫描仪；21、连接部；

3、惯性测量仪；

4、支架；41、固定板；42、连接件；43、底板；44、侧部壳体；441、轴承架；45、转盘；46、机载底座；47、减震垫；

5、控制盒；

6、GNNS接收机；

7、车载底座；71、安装槽；72、框体；

8、摄像机；81、相机支架。

具体实施方式

实施方式一

本实用新型的第一实施方式提供了一种激光雷达测量装置，参见图1和图2所示，包括：

旋转机构1，旋转机构1包括旋转侧和固定侧，旋转侧能够相对固定侧沿自身轴线旋转。

激光扫描仪2，连接于旋转机构1的旋转侧并能够随旋转侧旋转。

惯性测量仪3。

支架4，支架4包括固定板41，固定板41设置于惯性测量仪3和旋转机构1之间，并用于连接惯性测量仪3和旋转机构1的固定侧。

激光雷达测量装置还包括内部设置有GNNS接收机6和控制器的控制盒5，控制盒5也安装在支架4上。

GNNS接收机6、旋转机构1、激光扫描仪2、惯性测量仪3都和控制器通信连接。

本实施方式所指的激光扫描仪2，可以是脉冲激光扫描仪，其可以包括激光发射器、接收器、时间间隔测量装置、传动装置和微型计算芯片，其可用于测定激光雷达信号发射的参照点到地面激光脚点间距和反射激光强度信息。当然，也可以采用其他种类的激光扫描仪2。

本实施方式所指的旋转机构1可以包括电机和连接在电机轴上的盘状物。将电机相对固定之后，盘状物即可相对于电机旋转。

本实施方式所指的惯性测量仪3可用于检测和测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度(DoF)运动，是解决导航、定向和运动载体控制的重要部件。具体而言，其可以包括加速度传感器，并用于实时测量激光雷达测量装置相对于地面运动的加速度，从而将数据传输回控制器。

本实施方式借助旋转机构1将激光扫描仪2和惯性测量仪3连接在一起。通过GNNS接收机6和惯性测量仪3所反馈的信息，本实施方式的控制器可以控制激光扫描仪2的旋转角度，并控制激光扫描仪2与惯性测量仪3形成对应的角度。

相对于现有技术而言，本实用新型的实施方式通过将激光扫描仪2和惯性测量仪3借助支架4连接在一起，并将控制盒5也安装在支架4上，使得激光雷达测量装置得以小型化和模块化。本实施方式的激光雷达测量装置可以被安装在任意的运载体上，具备拆装方便的特点。扩大了其可应用的场景范围。另外，在本实施方式中，由于激光扫描仪2、惯性测量仪3和GNNS接收机6都是分立设置的，因此可以模块化地更换任意的器件，更能够满足当前LiDAR技术的多样化需求。

其中，可选地，在本实施方式中，支架4还包括：

底板43和连接件42。

连接件42的一端连接于底板43，另一端与固定板41相连接，以使得惯性测量仪3位于底板43和固定板41之间。

所设置的底板43可以提供更稳定的连接接口，将惯性测量仪3装入底板43和固定板41之间，能够为其提供更为有效的物理防护。

可选地，参见图1所示，连接件42包括至少4条连接柱。采用4条连接柱可以有效地形成坚固的连接。当然，连接件42也可以采用壁状构件或其他可行的形状的构件。

可选地，控制盒5安装在底板43上。

相对于现有技术而言，将控制盒5固定在底板43上时，可以更好地节约空间，使得激光雷达测量装置得以模块化和小型化。

值得一提的时，本实施方式的激光雷达测量装置特别适合安装在车载底座7上，因此本实施方式还提供了一种车载底座7：

参见图3所示，车载底座7包括阵列地形成有若干个安装槽71的框体72。激光雷达测量装置的底板43可以嵌入到框体72内。

将框体72固定在汽车上时，通过底板43可以将激光雷达测量装置稳稳地安装在车载底座7上，而且拆装十分方便。

具体来说，底板43可以通过螺接、铆接、扣接等方式固定在框体72内，其中又以螺接的方式最为稳固，是为首选。

实施方式二

本实用新型的第一实施方式所提及的激光雷达测量装置，在车载状态下具备良好的稳定性。但是在安装在无人机等小型飞行器上时，由于能够提供固定连接关系的只有底板43，固定难度相对较大，而且第一实施方式所提及激光雷达测量装置的本体的长度过长，一般的小型飞行器难以提供足够的挂载空间。

有鉴于此，本实用新型的第二实施方式提供了一种激光雷达测量装置，第二实施方式与第一实施方式的有所不同，其主要不同之处在于，在本实用新型的第一实施方式中，控制盒5安装在底板43上；而在本实用新型的第二实施方式中，参见图4所示，底板43抵持在惯性测量仪3的背朝激光扫描仪2的一面上，以使得惯性测量仪3被压迫固定在底板43和固定板41之间的空间内。控制盒5则被安装在支架4的其它部位。

参见图5所示，激光扫描仪2上形成有连接部21。

支架4还包括：

侧部壳体44，侧部壳体44的一边连接底板43，另一边上设置有轴承架441。

转盘45，通过连接部21与激光扫描仪2连接，转盘45通过轴承与轴承架441连接。

如此以来，当旋转机构1带动激光扫描仪2旋转时，由于转盘45连接在连接部21上，因此会跟随其旋转。而所设置的轴承即可使得转盘45得以被稳定固定在侧部壳体44上。

通过轴承架441和底板43两个部位的连接，能够使得激光扫描仪2这一旋转主体的两端都能够被牢牢固定，同时还能够开放其用于扫描的侧壁以供使用，特别适合机载的小型化的挂载场景。为了增加侧部壳体44的强度并减轻重量，可以在侧部壳体44上设置加强筋。并且，为了对激光扫描仪2形成更稳妥的保护，可以令侧部壳体44以三面包围激光扫描仪2的方式来设置。

因此进一步来说，可选地，参见图4、图5所示，支架4还可以包括：

机载底座46，用于将激光雷达测量装置安装在飞行器上。

机载底座46与侧部壳体44上远离激光雷达测量装置的一个面通过减震垫47相连接。

本实施方式所指的减震垫47，可以是设置有多根减震弹簧的减震梁结构，或者板结构。只要能够起到足够的缓冲和减震作用即可。

与此同时，可选地，可以将控制盒5安装在侧部壳体44上。

通过将控制盒5设置在侧部壳体44上，可以显著地压缩激光雷达测量装置的整体高度，进而更好地满足机载状态下的挂载要求。

可选地，底板43的背向于惯性测量仪3的一面上还设置有用于安装摄像机8的相机支架81。通过增加设置的相机支架81，将摄像机8也进一步地集成在激光雷达测量装置上。

实施方式三

本实用新型的第三实施方式提供了一种运载设备，运载设备上设置有实施方式一或二中提及的激光雷达测量装置。

本实施方式所指的运载设备，可以是汽车、船舶、飞行器等各种交通工具设备，也可以是无人机、无人车等无人驾驶设备。

相对于现有技术而言，本实用新型的实施方式通过将激光扫描仪2和惯性测量仪3借助支架4连接在一起，并将控制盒5也安装在支架4上，使得激光雷达测量装置得以小型化和模块化。本实施方式的激光雷达测量装置可以被安装在任意的运载体上，具备拆装方便的特点。扩大了其可应用的场景范围。另外，在本实施方式中，由于激光扫描仪2、惯性测量仪3和GNNS接收机6都是分立设置的，因此可以模块化地更换任意的器件，更能够满足当前LiDAR技术的多样化需求。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种激光雷达测量装置，其特征在于，包括：

旋转机构，所述旋转机构包括旋转侧和固定侧，所述旋转侧能够相对所述固定侧沿自身轴线旋转；

激光扫描仪，连接于所述旋转机构的旋转侧并能够随所述旋转侧旋转；

惯性测量仪；

支架，所述支架包括固定板，所述固定板设置于所述惯性测量仪和所述旋转机构之间，并用于连接所述惯性测量仪和所述旋转机构的固定侧；

所述激光雷达测量装置还包括内部设置有GNNS接收机和控制器的控制盒，所述控制盒也安装在所述支架上；

所述GNNS接收机、旋转机构、激光扫描仪、惯性测量仪都和所述控制器通信连接。

2.根据权利要求1所述的激光雷达测量装置，其特征在于，所述支架还包括：

底板和连接件；

所述连接件的一端连接于所述底板，另一端与所述固定板相连接，以使得所述惯性测量仪位于所述底板和所述固定板之间。

3.根据权利要求2所述的激光雷达测量装置，其特征在于，所述连接件包括至少4条连接柱。

4.根据权利要求2所述的激光雷达测量装置，其特征在于，所述底板抵持在所述惯性测量仪的背朝所述激光扫描仪的一面上，以使得所述惯性测量仪被压迫固定在所述底板和所述固定板之间的空间内。

5.根据权利要求2所述的激光雷达测量装置，其特征在于，所述激光扫描仪上形成有连接部；

所述支架还包括：

侧部壳体，所述侧部壳体的一边连接所述底板，另一边上设置有轴承架；

转盘，通过所述连接部与所述激光扫描仪连接，所述转盘通过轴承与所述轴承架连接。

6.根据权利要求5所述的激光雷达测量装置，其特征在于，还包括：

机载底座，用于将所述激光雷达测量装置安装在飞行器上；

所述机载底座与所述侧部壳体上远离所述激光雷达测量装置的一个面通过减震垫相连接。

7.根据权利要求2所述的激光雷达测量装置，其特征在于，所述底板的背向于所述惯性测量仪的一面上还设置有用于安装摄像机的相机支架。

8.根据权利要求2、3、5、6或7所述的激光雷达测量装置，其特征在于，所述控制盒安装在所述底板上。

9.根据权利要求5或6所述的激光雷达测量装置，其特征在于，所述控制盒安装在所述侧部壳体上。

10.一种运载设备，其特征在于，所述运载设备上设置有权利要求1至9中任意一项所述的激光雷达测量装置。