CN211180211U - 一种三维激光雷达测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种三维激光雷达测量系统，包括外壳，其特征在于：在外壳表面设有散热结构，在外壳后端设有激光器、前端设有面板；在面板中设有电源开关、电源接口、GNSS天线接口、无线通信接口、有线通信接口和多功能接口，在外壳内部设有控制器、IMU惯导检测器、GNSS模块、无线通信模块、有线通信模块和多功能模块，外壳上表面设有挂载快拆件，控制器具有若干个I/O端口，控制器的I/O端口连接IMU惯导检测器的输入/输出端、激光器的输入/输出端，控制器的I/O端口通过GNSS模块连接GNSS天线接口、通过无线通信模块连接无线通信接口、通过有线通信模块连接有线通信接口和通过多功能模块连接多功能接口。具有体积小、重量轻等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三维激光雷达测量系统。适用于测绘、巡查等。属于测绘技术领域。
背景技术
测绘行业在各方面均有广泛的应用：在城乡建设规划、国土资源的合理利用、农林牧渔业的发展、环境保护以及地籍管理等工作中，必须进行土地测量和测绘各种类型、各种比例的地图，以供规划和管理使用；在地质勘探、矿产开发、水利、交通等国民经济建设中，则必须进行控制测量、矿山测量和线路测量，并测绘大比例尺地图，以供地质普查和各种建筑物设计施工用。但现有技术的测绘设备普遍存在以下问题：
1、测绘工具笨重，传统测绘设备大多使用多台全站仪及三脚架等设备进行测绘工作，这些工具十分笨重；
2、测绘工作量大，传统测绘需要在测区范围内需架设众多测控点，而且需要用测绘仪器将测控点串联起来，测绘工作量巨大；
3、所需投入人员及资源较多：传统测绘不仅需要投入大量外业人员，而且内业人员也不少，资源投入大；
4、测绘效率低：传统测绘不光投入人员资源多，而且测绘周期也长，效率低。
实用新型内容
本实用新型的目的，是为了解决现有测绘设备存在测绘工具笨重、测绘工作量大、所需投入人员及资源较多和测绘效率低的问题，提供一种三维激光雷达测量系统，具有体积小、重量轻、测绘精度高和测绘效率高等实质性特点和进步。
本实用新型的目的可以通过采取以下技术方案实现：
一种三维激光雷达测量系统，包括外壳，其结构特点在于：在外壳的表面设有散热结构，在外壳的后端设有激光器、前端设有面板；在面板中设有电源开关、电源接口、 GNSS天线接口、无线通信接口、有线通信接口和多功能接口，在外壳内部设有控制器、 IMU惯导检测器、GNSS模块、无线通信模块、有线通信模块和多功能模块，在外壳的上表面设有挂载快拆件、以构成挂载结构，控制器具有若干个I/O端口，控制器的所述 I/O端口连接IMU惯导检测器的输入/输出端、激光器的输入/输出端，控制器的I/O端口通过GNSS模块连接GNSS天线接口、通过无线通信模块连接无线通信接口、通过有线通信模块连接有线通信接口和通过多功能模块连接多功能接口，形成三维激光雷达测量结构。
本实用新型的目的还可以通过采取以下技术方案实现：
进一步地，所述无线通信模块包括4G天线模块和WIFI天线模块，有线通信模块包括千兆网模块、相机模块之一和相机模块之二，多功能模块包括二个USB接口模块、若干个串口模块；控制器的I/O端口通过4G天线模块连接4G天线接口、通过WIFI天线模块连接WIFI天线接口、通过千兆网模块连接千兆网口、通过相机模块之一连接相机接口之一和通过相机模块之二连接相机接口之二。
进一步地，所述控制器，包含主控单元和供电单元，主控单元具有若干个I/O端口，主控单元的所述I/O端口连接IMU惯导检测器的输入/输出端、激光器的输入/输出端，控制器的I/O端口通过GNSS模块连接GNSS天线接口、通过无线通信模块连接无线通信接口、通过有线通信模块连接有线通信接口和通过多功能模块连接多功能接口，形成三维激光雷达测量结构；供电单元的电压输出端连接主控单元的电源输入端以及给整个电路供电；通过主控单元将IMU惯导检测器、激光器及面板中的GNSS天线接口、无线通信接口、有线通信接口和多功能接口联结起来；由主控单元给IMU惯导检测器、激光器发送指令，使IMU惯导检测器、激光器实现PPS的同步。
进一步地，所述激光器，采用常规技术的里格尔riegl轻量型人眼安全激光器，具有300米的测距范围，100kHZ的激光脉冲发射频率，360°的扫描角，5个脉冲探测回波，高达15mm的测量精度，以满足测绘需求。
进一步地，主控单元为常规技术的集成电路CPU芯片，所述CPU芯片采用常规技术的飞思卡尔I.MAX 6Q，双核和四核Cortex-A9，最高1.2GHz，具备3D图像处理器以及众多接口；供电单元采用常规技术的电压芯片LINEAR LT3800，4V-60V的宽范围电压输入，输出高达36V电压。
进一步地，所述IMU惯导检测器，采用常规技术的高精度惯导IMU，具有2cm的位置精度，0.025°的滚动和俯仰精度，0.08°的航向精度，以满足测绘级要求。
进一步地，所述外壳，为铝合金外壳并带有散热结构，该散热结构与铝合金外壳为一体成型结构，该散热结构与设置在外壳内部的发热器件直接接触，以加速发热器件的散热，从而保护元器件。
进一步地，所述挂载快拆件具有快拆结构，分为上、下两部分、弹簧定位结构和锁紧螺母，上部分为滑块母槽、安装在机架或其他机体上，下部分为滑块公槽、安装在三维激光设备上，利用所述滑块母槽和滑块公槽对接，通过弹簧定位结构完成滑动方向的定位，再通过锁紧螺母对两滑块锁紧，完成三维激光设备与机架的固定。
进一步地，所述面板中，还设有LED状态灯，所述无线通信接口包括4G天线接口和WIFI天线接口，有线通信接口包括千兆网口、相机接口之一和相机接口之二；所有接口采用防水航空插或者防水开关。
进一步地，所述多功能接口包括二个USB接口、若干个串口。
本实用新型具有如下实质性特点和进步：
1、本实用新型由于在外壳的表面设有散热结构，在外壳的后端设有激光器、前端设有面板；在面板中设有电源开关、电源接口、GNSS天线接口、无线通信接口、有线通信接口和多功能接口，在外壳内部设有控制器、IMU惯导检测器、GNSS模块、无线通信模块、有线通信模块和多功能模块，在外壳的上表面设有挂载快拆件、以构成挂载结构，控制器具有若干个I/O端口，控制器的所述I/O端口连接IMU惯导检测器的输入 /输出端、激光器的输入/输出端，控制器的I/O端口通过GNSS模块连接GNSS天线接口、通过无线通信模块连接无线通信接口、通过有线通信模块连接有线通信接口和通过多功能模块连接多功能接口，形成三维激光雷达测量结构；因此能够解决现有测绘设备存在测绘工具笨重、测绘工作量大、所需投入人员及资源较多和测绘效率低的问题，具有体积小、重量轻、测绘精度高和测绘效率高等实质性特点和进步。
2、本实用新型产品整体性强、外观美观、产品轻量化，能快速实现下列场景应用：(1)带状测绘：电力线、铁路、管线普查；(2)露天矿地形测量；(3)地形和峡谷制图；(4)城市环境测量；(5)考古和文化遗产保护；(6)农业与林业测绘；(7)资源管理；(8)小范围测量快速响应(碰撞分析、风险预测)。
3、本实用新型在实际测绘作业中，投入外业及内业人员少，最快能当天出数据成果；本测量系统，自动化程度高，而且测绘成本低。
附图说明
图1是本实用新型一个具体实施例的结构示意图。
图2是图1中面板的结构示意图。
图3是本实用新型一个具体实施例的控制器结构框图。
图4是本实用新型一个具体实施例的挂载快拆件结构示意图。
具体实施方式
具体实施例1：
参照图1和图2，本实施例包括外壳4，在外壳4的表面设有散热结构4-1，在外壳4的后端设有激光器1、前端设有面板6；在面板6中设有电源开关6-1、电源接口 6-2、GNSS天线接口6-3、无线通信接口、有线通信接口和多功能接口，在外壳4内部设有控制器2、IMU惯导检测器3、GNSS模块、无线通信模块、有线通信模块和多功能模块，在外壳4的上表面设有挂载快拆件5、以构成挂载结构，控制器2具有若干个I/O 端口，控制器2的所述I/O端口连接IMU惯导检测器3的输入/输出端、激光器1的输入/输出端，控制器2的I/O端口通过GNSS模块连接GNSS天线接口6-3、通过无线通信模块连接无线通信接口、通过有线通信模块连接有线通信接口和通过多功能模块连接多功能接口，形成三维激光雷达测量结构。
本实施例中；
所述无线通信模块包括4G天线模块和WIFI天线模块，有线通信模块包括千兆网模块、相机模块之一和相机模块之二，多功能模块包括二个USB接口模块、若干个串口模块；控制器2的I/O端口通过4G天线模块连接4G天线接口6-5、通过WIFI天线模块连接WIFI天线接口6-6、通过千兆网模块连接千兆网口6-4、通过相机模块之一连接相机接口之一6-8和通过相机模块之二连接相机接口之二6-9。所述4G天线模块和WIFI 天线模块采用常规技术具有相应功能的模块，所述USB接口模块、若干个串口模块采用常规技术具有相应功能的模块，所述千兆网模块采用常规技术具有相应功能的模块，所述相机模块之一和相机模块之二采用常规技术具有相应功能的模块。
所述控制器2，包含主控单元2-1和供电单元2-2，主控单元2-1具有若干个I/O端口，主控单元2-1的所述I/O端口连接IMU惯导检测器3的输入/输出端、激光器1的输入/输出端，控制器2的I/O端口通过GNSS模块连接GNSS天线接口6-3、通过无线通信模块连接无线通信接口、通过有线通信模块连接有线通信接口和通过多功能模块连接多功能接口，形成三维激光雷达测量结构；供电单元2-2的电压输出端连接主控单元 2-1的电源输入端以及给整个电路供电；通过主控单元2-1将IMU惯导检测器3、激光器1及面板6中的GNSS天线接口6-3、无线通信接口、有线通信接口和多功能接口联结起来；由主控单元2-1给IMU惯导检测器3、激光器1发送指令，使IMU惯导检测器3、激光器1实现PPS的同步。
所述激光器1，采用常规技术的里格尔riegl轻量型人眼安全激光器，具有300米的测距范围，100kHZ的激光脉冲发射频率，360°的扫描角，5个脉冲探测回波，高达 15mm的测量精度，以满足测绘需求。
主控单元2-1为常规技术的集成电路CPU芯片，所述CPU芯片采用常规技术的飞思卡尔I.MAX 6Q，双核和四核Cortex-A9，最高1.2GHz，具备3D图像处理器以及众多接口；供电单元2-2采用常规技术的电压芯片LINEAR LT3800，4V-60V的宽范围电压输入，输出高达36V电压。
所述IMU惯导检测器3，采用常规技术的高精度惯导IMU，具有2cm的位置精度，0.025°的滚动和俯仰精度，0.08°的航向精度，以满足测绘级要求。
所述外壳4，为铝合金外壳并带有散热结构4-1，该散热结构4-1与铝合金外壳为一体成型结构，该散热结构4-1与设置在外壳4内部的发热器件直接接触，以加速发热器件的散热，从而保护元器件。
所述挂载快拆件5具有快拆结构，分为上、下两部分、弹簧定位结构5-3和锁紧螺母5-4，上部分为滑块母槽5-1、安装在机架或其他机体上，下部分为滑块公槽5-2、安装在三维激光设备上，利用所述滑块母槽和滑块公槽对接，通过弹簧定位结构5-3完成滑动方向的定位，再通过锁紧螺母对两滑块锁紧，完成三维激光设备与机架的固定。
所述面板6中，还设有LED状态灯6-10，所述无线通信接口包括4G天线接口6-5 和WIFI天线接口6-6，有线通信接口包括千兆网口6-4、相机接口之一6-8和相机接口之二6-9；所有接口采用防水航空插或者防水开关。
所述多功能包括二个USB接口、若干个串口。
通过实际应用，采用本测量系统能够获得5-10cm的测量精度，满足大部分的测绘需求；本实施例所述的三维激光雷达测量系统的产品重量为2.7KG，具有操作简单、外业人员能够快速实行采集任务的特点；
本实施例采用高精度惯导及激光器两大核心元器件融合，所述高精度惯导与激光器的融合，主要包含两部分的内容，一是时间同步，一是空间同步。时间同步是将惯导设备与激光设备通过PPS进行时间对齐，空间同步是将两个元器件的坐标系进行一系列的空间坐标系转换，将数据从最开始的LiDAR坐标系转换到最终的大地投影UTM坐标系下。另外，本实施例能实现4G与WIFI连接；通过设备的4G模块实现基站数据与移动站数据实时通信，可实现RTK功能，通过设备的WIFI模块，可实现PC端与设备的连接，进行数据采集前的设置，以及数据采集后的操作，包括工程结束及数据取回等。
综上所述，本实用新型是为了满足市场需要，提供具有更高效、精度保证的新型测绘产品，是一种非接触式的三维激光雷达测量系统，能够提高测绘效率、减少测绘成本、丰富测绘成果。特别适用于低空小范围的测绘或泛测绘，是一种高精度三维激光雷达测量系统。本系统所述的产品能够通过快拆件快速挂载到无人机或者其他设备中，方便又美观。
Claims (10)
1.一种三维激光雷达测量系统，包括外壳(4)，其特征在于：在外壳(4)的表面设有散热结构(4-1)，在外壳(4)的后端设有激光器(1)、前端设有面板(6)；在面板(6)中设有电源开关(6-1)、电源接口(6-2)、GNSS天线接口(6-3)、无线通信接口、有线通信接口和多功能接口，在外壳(4)内部设有控制器(2)、IMU惯导检测器(3)、GNSS模块、无线通信模块、有线通信模块和多功能模块，在外壳(4)的上表面设有挂载快拆件(5)、以构成挂载结构，控制器(2)具有若干个I/O端口，控制器(2)的所述I/O端口连接IMU惯导检测器(3)的输入/输出端、激光器(1)的输入/输出端，控制器(2)的I/O端口通过GNSS模块连接GNSS天线接口(6-3)、通过无线通信模块连接无线通信接口、通过有线通信模块连接有线通信接口和通过多功能模块连接多功能接口，形成三维激光雷达测量结构。
2.根据权利要求1所述的一种三维激光雷达测量系统，其特征在于：所述无线通信模块包括4G天线模块和WIFI天线模块，有线通信模块包括千兆网模块、相机模块之一和相机模块之二，多功能模块包括二个USB接口模块、若干个串口模块；控制器(2)的I/O端口通过4G天线模块连接4G天线接口(6-5)、通过WIFI天线模块连接WIFI天线接口(6-6)、通过千兆网模块连接千兆网口(6-4)、通过相机模块之一连接相机接口之一(6-8)和通过相机模块之二连接相机接口之二(6-9)。
3.根据权利要求1或2所述的一种三维激光雷达测量系统，其特征在于：所述控制器(2)，包含主控单元(2-1)和供电单元(2-2)，主控单元(2-1)具有若干个I/O端口，主控单元(2-1)的所述I/O端口连接IMU惯导检测器(3)的输入/输出端、激光器(1)的输入/输出端，控制器(2)的I/O端口通过GNSS模块连接GNSS天线接口(6-3)、通过无线通信模块连接无线通信接口、通过有线通信模块连接有线通信接口和通过多功能模块连接多功能接口，形成三维激光雷达测量结构；供电单元(2-2)的电压输出端连接主控单元(2-1)的电源输入端以及给整个电路供电；通过主控单元(2-1)将IMU惯导检测器(3)、激光器(1)及面板(6)中的GNSS天线接口(6-3)、无线通信接口、有线通信接口和多功能接口联结起来；由主控单元(2-1)给IMU惯导检测器(3)、激光器(1)发送指令，使IMU惯导检测器(3)、激光器(1)实现PPS的同步。
4.根据权利要求1或2所述的一种三维激光雷达测量系统，其特征在于：所述激光器(1)，采用里格尔riegl轻量型人眼安全激光器，具有300米的测距范围，100kHZ的激光脉冲发射频率，360°的扫描角，5个脉冲探测回波，高达15mm的测量精度，以满足测绘需求。
5.根据权利要求1或2所述的一种三维激光雷达测量系统，其特征在于：主控单元(2-1)为集成电路CPU芯片，所述CPU芯片采用飞思卡尔I.MAX 6Q，双核和四核Cortex-A9，最高1.2GHz，具备3D图像处理器以及众多接口；供电单元(2-2)采用电压芯片LINEAR LT3800，4V-60V的宽范围电压输入，输出高达36V电压。
6.根据权利要求1或2所述的一种三维激光雷达测量系统，其特征在于：所述IMU惯导检测器(3)，采用高精度惯导IMU，具有2cm的位置精度，0.025°的滚动和俯仰精度，0.08°的航向精度，以满足测绘级要求。
7.根据权利要求1或2所述的一种三维激光雷达测量系统，其特征在于：所述外壳(4)，为铝合金外壳并带有散热结构(4-1)，该散热结构(4-1)与铝合金外壳为一体成型结构，该散热结构(4-1)与设置在外壳(4)内部的发热器件直接接触，以加速发热器件的散热，从而保护元器件。
8.根据权利要求1或2所述的一种三维激光雷达测量系统，其特征在于：所述挂载快拆件(5)具有快拆结构，分为上、下两部分、弹簧定位结构(5-3)和锁紧螺母(5-4)，上部分为滑块母槽(5-1)、安装在机架或其他机体上，下部分为滑块公槽(5-2)、安装在三维激光设备上，利用所述滑块母槽和滑块公槽对接，通过弹簧定位结构(5-3)完成滑动方向的定位，再通过锁紧螺母对两滑块锁紧，完成三维激光设备与机架的固定。
9.根据权利要求1或2所述的一种三维激光雷达测量系统，其特征在于：所述面板(6)中，还设有LED状态灯(6-10)，所述无线通信接口包括4G天线接口(6-5)和WIFI天线接口(6-6)，有线通信接口包括千兆网口(6-4)、相机接口之一(6-8)和相机接口之二(6-9)；所有接口采用防水航空插或者防水开关。
10.根据权利要求1或2所述的一种三维激光雷达测量系统，其特征在于：所述多功能接口包括二个USB接口、若干个串口。
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