CN209841030U - 一种机载激光点云和倾斜影像采集装置及建模平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机载激光点云和倾斜影像采集装置及建模平台，包括筒体、采集组件、稳定平台组件、定位定姿组件和飞行控制组件，采集组件包括设于筒体内的倾斜相机传感器和激光雷达传感器，稳定平台组件包括陀螺稳定平台，用于稳定筒体的姿态，且使筒体保持垂直向下状态；定位定姿组件用于控制陀螺稳定平台运动。本实用新型集倾斜相机传感器和激光雷达传感器于筒体内，筒体内还配置有定位定姿组件，实现一次飞行同时获取目标地物的倾斜影像和激光点云数据，倾斜相机传感器和激光雷达传感器共用相同的定位定姿组件，保证了点云数据和倾斜影像数据的高度吻合，提高数据获取精度的同时，缩短了项目执行的周期，从而降低了数据获取的成本。

Description

一种机载激光点云和倾斜影像采集装置及建模平台

技术领域

本实用新型属于航空摄影技术领域，特别是涉及一种机载激光点云和倾斜影像采集装置及建模平台。

背景技术

航空摄影对地成像是获取地面目标信息的重要方法，广泛应用于智慧城市和三维城市自动建模中。其利用紫外、可见光、红外和微波等多种探测手段，获取地物信息并进行加工处理，以实现定性、定位或定量描述目标地物。现有技术中是需要航摄飞机在同一摄区飞行两遍分别获取倾斜航空摄影点云数据和影像数据，分别获取点云数据和影像数据的模式导致航摄成本高、获取数据周期长及数据吻合度难的问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种机载激光点云和倾斜影像采集装置及建模平台，集倾斜相机传感器和激光雷达传感器于一体，实现一次飞行同时获取倾斜影像和激光点云数据，共用一套定位定姿组件，保证了点云数据和倾斜影像数据的高度吻合。

一种机载激光点云和倾斜影像采集装置，包括筒体，还包括：

采集组件，包括设于所述筒体的内部下端的倾斜相机传感器和激光雷达传感器，用于同时获取地物的倾斜影像数据和点云数据；

稳定平台组件，包括陀螺稳定平台，所述陀螺稳定平台的轴线与所述筒体的轴线平行，所述陀螺稳定平台套设在所述筒体的外部，用于稳定所述筒体的姿态，且使所述筒体保持垂直向下状态；

定位定姿组件，设于所述筒体内部，用于测得所述采集组件的实时位置和姿态数据，所述定位定姿组件与所述陀螺稳定平台通讯连接，用于控制所述陀螺稳定平台运动来调整并稳定所述筒体的姿态。

以上技术方案优选的，所述筒体的底部设有第一安装托架，所述第一安装托架的中部设有一个所述激光雷达传感器，所述激光雷达传感器的激光发射头垂直向下设置。

以上技术方案优选的，所述倾斜相机传感器包括五个相机镜头，五个所述相机镜头设于所述第一安装托架上，且位于边缘位置，其中一个所述相机镜头垂直向下设置，其余四个所述相机镜头均与竖直面呈45°夹角，且向四个不同方向倾斜。

以上技术方案优选的，所述筒体内所述采集组件的上方设有第二安装托架，所述定位定姿组件设于所述第二安装托架上。

以上技术方案优选的，所述稳定平台组件还包括2个升降支架，所述升降支架上设有外螺纹，所述升降支架的下端与所述陀螺稳定平台的上表面固定连接，所述筒体的外表面设有凸缘，所述凸缘上相应设有2个安装孔，所述升降支架的另一端穿过所述安装孔，所述升降支架上位于所述安装孔的上下两侧分别螺纹连接有锁紧螺母。

以上技术方案优选的，所述筒体的外表面对称设有两个把手，所述把手位于所述凸缘上方。

本实用新型提出的一种机载激光点云和倾斜影像建模平台，包括如前述的机载激光点云和倾斜影像采集装置与飞行控制组件，所述飞行控制组件包括飞行控制器、数据存储器和飞行导航仪，所述飞行控制器分别与所述采集组件通讯连接，用于控制所述倾斜相机传感器曝光，所述数据存储器与所述采集组件通讯连接，用于记录所述倾斜相机传感器和所述激光雷达传感器获取的原始影像数据和激光点云数据；所述数据存储器与所述定位定姿组件通讯连接，用于记录所述定位定姿组件中所述三轴陀螺稳定平台的原始数据和实时解算数据，用于后期解算所述采集组件的位置和姿态；所述飞行导航仪与所述飞行控制器通讯连接，用于提供导航数据。

以上技术方案优选的，所述定位定姿组件包括GPS 全球定位系统和IMU 姿态测量系统。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型提供的一种机载激光点云和倾斜影像采集装置及其建模平台，集倾斜相机传感器和激光雷达传感器于筒体内，筒体内还配置有定位定姿组件，实现一次飞行同时获取目标地物的倾斜影像和激光点云数据，倾斜相机传感器和激光雷达传感器共用相同的定位定姿组件，保证了点云数据和倾斜影像数据的高度吻合，提高数据获取精度的同时，缩短了项目执行的周期，从而降低了数据获取的成本。

附图说明

图1是本实用新型一实施例所提供的采集装置的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例所提供的筒体的结构示意图；

图3是图2的仰视图；

图4是本实用新型一实施例所提供的建模平台的系统示意图。

其中：1、采集组件；2、定位定姿组件；3、稳定平台组件；4、升降支架；5、倾斜相机传感器；6、激光雷达传感器；7、筒体；71、第一安装托架；711、水平面；712、安装斜面；72、第二安装托架；73、凸缘；74、把手；8、锁紧螺母；9、陀螺稳定平台。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是通讯连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了解决现有技术中倾斜航空摄影点云和影像数据分别获取导致的成本高、获取周期长、数据吻合度难的问题。本实施例一方面提出一种机载激光点云和倾斜影像采集装置，如图1所示，包括筒体7、采集组件1、定位定姿组件2、稳定平台组件3，其中采集组件1包括设于筒体7的内部下端的倾斜相机传感器5和激光雷达传感器6，用于同时获取地物的倾斜影像数据和激光点云数据；稳定平台组件3包括陀螺稳定平台9，用于稳定筒体7的姿态，且使筒体7保持垂直向下状态，陀螺稳定平台9的轴线与筒体7的轴线平行，陀螺稳定平台9套设在筒体7的外部，且筒体7的下端伸出陀螺稳定平台9；定位定姿组件2设于筒体7内部，定位定姿组件2设置在采集组件1附近，与采集组件1共同集成在筒体7内部，用于测得采集组件1的实时位置和姿态数据，获取点云及影像数据的位置和姿态信息；定位定姿组件2与陀螺稳定平台9通讯连接，用于控制陀螺稳定平台9运动来调整并稳定筒体7的姿态。

本实施例提供的一种机载激光点云和倾斜影像采集装置，集倾斜相机传感器5和激光雷达传感器6于筒体7内，筒体7内还配置有定位定姿组件2，实现一次飞行同时获取目标地物的倾斜影像和激光点云数据，倾斜相机传感器5和激光雷达传感器6共用相同的定位定姿组件2，保证了点云数据和倾斜影像数据的高度吻合，提高数据获取精度的同时，缩短了项目执行的周期，从而降低了数据获取的成本。

具体的，如图2所示，筒体7的底部设有第一安装托架71，第一安装托架71的中部设有一个激光雷达传感器6。本实施例中激光雷达传感器6为市售产品，选取Velodyne品牌的HDL-64E型号，其水平视野为360°，纵向视野为26.8°，5-15 Hz可选帧速率，输出130W像素每秒，HDL-64E可提供可靠的远距传感数据，激光雷达传感器6可进行倾斜扫描，可获取建筑物侧面更高密度的点云数据。激光雷达传感器6包括一个激光发射头，第一安装托架71的下表面中部设有四个螺纹孔，激光雷达传感器6的底座上设有四个螺纹孔，激光发射头垂直向下设置，螺钉依次穿过螺纹孔拧紧，用于获取地物的点云数据。

倾斜相机传感器5包括五个相机镜头，五个相机镜头设于第一安装托架71上，且位于第一安装托架71的边缘位置。其中一个相机镜头垂直向下设置，其余四个相机镜头均与竖直面呈40-50°夹角，且向四个不同方向倾斜，分别用于获取地面物体的顶面和侧面影像数据，为三维建模提供顶面和侧面的纹理信息。本实施例中位于图2中正前方的相机镜头垂直向下设置，如图3所示，第一安装托架71的下表面安装该相机镜头的部分为水平面711，水平面711上设有螺纹孔，相机镜头上设有外螺纹，相机镜头拧入该螺纹孔内；其余四个相机镜头的安装位置处第一安装托架71的下表面分别设有45°的安装斜面712，且该四个安装斜面712指向不同的方向，安装斜面712上设有螺纹孔，相机镜头上设有外螺纹，相机镜头拧入安装斜面712内。本实施例倾斜相机传感器5拥有45°黄金视角，获取的倾斜影像可实现更少的地物遮挡。

筒体7内采集组件1的上方设有第二安装托架72，第二安装托架72上设有螺纹孔，定位定姿组件2通过螺钉连接于第二安装托架72上。定位定姿组件2通过电缆线与数据存储器12和陀螺稳定平台9连接，用于获取采集组件1的位置和姿态信息，以及记录并发送纠正指令到稳定平台系统。定位定姿组件2为市售产品，本实施例中选用陆基型高精度定位定姿系统PPOI-L系列，集成了专业级高精度GPS 全球定位系统和高精度的IMU（Inertialmeasurement unit，惯性测量单元）姿态测量系统，该系统同时具备三维定位、三维测速和姿态、方位测量能力，并具备较强的抗干扰能力。其底面四角设有四个通孔，便于通过螺钉安装于第二安装托架72的螺纹孔上。

陀螺稳定平台9属于市售产品，其是使被稳定对象的位置能在空间保持给定姿态的陀螺稳定装置。陀螺稳定平台9按结构形式可分为框架陀螺平台和浮球平台两种。框架陀螺平台按其稳定的轴数，又分为单轴、双轴和三轴陀螺稳定平台。它主要由平台台体、框架系统（即内框架、外框架和基座）、稳定系统（由平台台体上的陀螺仪、伺服放大器和框架轴上的力矩电机等构成，又称稳定回路、伺服回路）和初始对准系统（包括平台台体上的对准敏感元件、变换放大器和稳定系统）等组成。本实施例中选用三轴陀螺稳定平台GSM_4000，其具有3条稳定系统通道，2条初始对准系统水平对准通道和1条方位对准通道。陀螺平台不受载体运动和干扰力矩的影响，能使平台台体相对惯性空间保持方位稳定；在指令电流控制作用下，使平台台体按给定规律转动而跟踪某一参考坐标系进行稳定。三轴陀螺稳定平台套设在筒体7外部，用于稳定筒体7的姿态，且使筒体7保持垂直向下状态，稳定采集组件1的姿态，使采集的数据稳定清晰。

为了便于调节筒体7的安装位置，使其适用于多种飞行平台，稳定平台组件3还包括2个升降支架4，升降支架4上设有外螺纹，升降支架4的下端与陀螺稳定平台9的上表面固定连接，陀螺稳定平台9的上表面设有螺纹孔，升降支架4通过螺纹紧固实现与陀螺稳定平台9的固定连接，筒体7的外表面设有凸缘73，凸缘73上相应设有2个安装孔，升降支架4的另一端穿过安装孔，升降支架4上位于安装孔的上下两侧分别螺纹连接有锁紧螺母8。将筒体7安装于升降支架4的合适位置后，拧紧升降支架4上的两个锁紧螺母8，完成筒体7与陀螺稳定平台9的安装。拧松锁紧螺母8，调整两个锁紧螺母8位置来调节筒体7在陀螺稳定平台9上的安装位置。升降支架4与相应的安装孔还可以是3个或4个等。升降支架实用性极佳，方便升起和落下筒体，可使筒体兼容多种航摄平台，最大限度避免遮挡。将筒体7安装到陀螺稳定平台9过程中，为了便于执行调整筒体7位置的操作，筒体7的外表面对称设有两个把手74，把手74位于凸缘73上方。手持把手74方便对筒体7进行安装。

筒体7及筒体7内部安装结构是本实用新型机载激光点云和倾斜影像建模平台的关键结构，该结构适用于将倾斜相机传感器5的五个相机镜头、激光雷达传感器6和定位定姿组件2按设计的位置和角度固定，能够保证各部件协同工作互不影响，同时能够保证定位定姿系统获取的倾斜相机传感器5和激光雷达传感器6位置和姿态信息的一致性。筒体7顶部承载着所有的电路接口、数据传输接口和电源模块，该结构设计将各传感器合理布置，既结构稳定，坚固紧凑，节省空间，又美观实用，方便快速安装固定在稳定平台组件3上。

本实施例另一方面提出一种机载激光点云和倾斜影像建模平台，如图4所示，包括前述的采集装置和飞行控制组件，飞行控制组件包括飞行控制器、数据存储器和飞行导航仪，飞行控制器分别与倾斜相机传感器5通讯连接，用于控制倾斜相机传感器5曝光，数据存储器与倾斜相机传感器5和激光雷达传感器6通讯连接，用于记录倾斜相机传感器5和激光雷达传感器6获取的原始影像数据和激光点云数据；数据存储器与定位定姿组件2通讯连接，用于记录定位定姿组件2中三轴陀螺稳定平台的原始数据和实时解算数据，用于后期解算采集组件1的位置和姿态；飞行导航仪与飞行控制器通讯连接，为摄影员提供设备操作平台，为飞行员提供导航数据。

飞行过程中，倾斜相机传感器5和激光雷达传感器6各自工作，分别获取倾斜影像数据和点云数据，数据记录到飞行控制组件的数据存储器内。定位定姿组件2为传感器提供实时的位置和姿态数据，控制倾斜相机定点曝光，同时记录倾斜相机传感器5曝光时刻和激光雷达传感器6各脉冲时刻的位置和姿态。稳定平台组件3实时接收定位定姿组件2记录的筒体7的姿态，实时计算调整筒体7的姿态，保证筒体7时刻保持垂直向下的姿态，同时将调整的参数上传给定位定姿组件2便于实时计算调整，实现飞行过程中姿态的动态调整。航摄人员可通过飞行控制组件设置传感器参数、规划飞行路线、监控传感器的工作状态，飞行员可通过导航仪13指导航摄飞行，实现飞机按设计的航线准确飞行。本实用新型解决了倾斜航空摄影点云和影像数据分别获取导致的成本高、获取周期长、数据吻合度难的问题，具有形成综合解决方案、低成本高效率、倾斜相机和激光雷达完美融合的有益技术效果。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种机载激光点云和倾斜影像采集装置，包括筒体，其特征在于，还包括：

采集组件，包括设于所述筒体的内部下端的倾斜相机传感器和激光雷达传感器，用于同时获取地物的倾斜影像数据和点云数据；

稳定平台组件，包括陀螺稳定平台，所述陀螺稳定平台的轴线与所述筒体的轴线平行，所述陀螺稳定平台套设在所述筒体的外部，用于稳定所述筒体的姿态，且使所述筒体保持垂直向下状态；

定位定姿组件，设于所述筒体内部，用于测得所述采集组件的实时位置和姿态数据，所述定位定姿组件与所述陀螺稳定平台通讯连接，用于控制所述陀螺稳定平台运动来调整并稳定所述筒体的姿态。

2.根据权利要求1所述的机载激光点云和倾斜影像采集装置，其特征在于：所述筒体的底部设有第一安装托架，所述第一安装托架的中部设有一个所述激光雷达传感器，所述激光雷达传感器的激光发射头垂直向下设置。

3.根据权利要求2所述的机载激光点云和倾斜影像采集装置，其特征在于：所述倾斜相机传感器包括五个相机镜头，五个所述相机镜头设于所述第一安装托架上，且位于边缘位置，其中一个所述相机镜头垂直向下设置，其余四个所述相机镜头均与竖直面呈45°夹角，且向四个不同方向倾斜。

4.根据权利要求3所述的机载激光点云和倾斜影像采集装置，其特征在于：所述筒体内所述采集组件的上方设有第二安装托架，所述定位定姿组件设于所述第二安装托架上。

5.根据权利要求1所述的机载激光点云和倾斜影像采集装置，其特征在于：所述稳定平台组件还包括2个升降支架，所述升降支架上设有外螺纹，所述升降支架的下端与所述陀螺稳定平台的上表面固定连接，所述筒体的外表面设有凸缘，所述凸缘上相应设有2个安装孔，所述升降支架的另一端穿过所述安装孔，所述升降支架上位于所述安装孔的上下两侧分别螺纹连接有锁紧螺母。

6.根据权利要求5所述的机载激光点云和倾斜影像采集装置，其特征在于：所述筒体的外表面对称设有两个把手，所述把手位于所述凸缘上方。

7.一种机载激光点云和倾斜影像建模平台，其特征在于：包括如权利要求1-6任一项所述的机载激光点云和倾斜影像采集装置与飞行控制组件，所述飞行控制组件包括飞行控制器、数据存储器和飞行导航仪，所述飞行控制器分别与所述采集组件通讯连接，用于控制所述倾斜相机传感器曝光，所述数据存储器与所述采集组件通讯连接，用于记录所述倾斜相机传感器和所述激光雷达传感器获取的原始影像数据和激光点云数据；所述数据存储器与所述定位定姿组件通讯连接，用于记录所述定位定姿组件中所述三轴陀螺稳定平台的原始数据和实时解算数据，用于后期解算所述采集组件的位置和姿态；所述飞行导航仪与所述飞行控制器通讯连接，用于提供导航数据。

8.根据权利要求7所述的机载激光点云和倾斜影像建模平台，其特征在于：所述定位定姿组件包括GPS 全球定位系统和IMU 姿态测量系统。