CN212903083U - 一种应用于古城墙遗址的建模测控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种应用于古城墙遗址的建模测控系统，属于古城墙遗址建模测控技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种应用于古城墙遗址的建模测控系统硬件结构的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：包括设置在测控车上的测控平台，所述测控平台包括：测量控制装置、摄影无人机、三维激光扫描仪，三维激光扫描仪设置在测控车的前端，摄影无人机设置在测控车的车顶；测量控制装置上设置有显示屏、控制面板，所述测量控制装置的内部设置有微控制器、数据存储模块、定位模块、无线通信模块，所述微控制器通过导线分别与三维激光扫描仪、显示屏、控制面板、数据存储模块、定位模块、无线通信模块相连；本实用新型应用于古城墙遗址建模测控场所。

Description

一种应用于古城墙遗址的建模测控系统

技术领域

本实用新型一种应用于古城墙遗址的建模测控系统，属于古城墙遗址建模测控技术领域。

背景技术

随着目前国内对物质文化遗产保护意识的提高，对各种古建筑遗址的技术维护与文化研究成为各地文物保护部门的重要议题，文物保护工作的其中一项要求各地文物保护部门与测绘部门进行合作，主要对古建筑文物执行测绘、建模、复原等工程作业。

在古建筑分类中，古城墙遗址由于其结构的特殊性，占地面积不确定、长度大，由于年久失修，大多城墙墙体包砖消失，仅显示为夯土城墙，根据结构构造划分，夯土城墙可分为墙体结构保存较为完整的基层和受水的软化、风化等作用而遭受破坏的覆盖层两部分，而覆盖层往往具有较高的考古意义和价值，这就要求测绘部门最大限度可以对古城墙遗址进行修复和复原。

在进行古城墙的修复和复原之前，需要先对所复原区域的城墙进行完整的建模，由于技术条件限制，目前的建模还是依靠传统的地图测绘技术，在较长的一段区域内设置多个测绘仪进行人工的距离测量，并将测得的数据进行综合最终绘制出城墙地图，这种建模测绘方式受人工测量精度影响，不能很好的复原原始城墙的尺寸及构造，且设置的测绘点数量多，测绘距离长，将耗费大量人力物力，测量成本高。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种应用于古城墙遗址的建模测控系统硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种应用于古城墙遗址的建模测控系统，包括设置在测控车上的测控平台，所述测控平台包括：测量控制装置、摄影无人机、三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪设置在测控车的前端，摄影无人机设置在测控车的车顶；

所述测量控制装置上设置有显示屏、控制面板，所述测量控制装置的内部设置有微控制器、数据存储模块、定位模块、无线通信模块，所述微控制器通过导线分别与三维激光扫描仪、显示屏、控制面板、数据存储模块、定位模块、无线通信模块相连；

所述无线通信模块通过无线网络与摄影无人机建立数据连接，用于接收摄影无人机采集的视频信号，并向摄影无人机发射控制信号；

所述无线通信模块还通过无线网络与工作站服务器无线连接，所述工作站服务器还连接有绘图打印机。

所述微控制器内部使用的芯片型号为ATSAMC21J18A；

所述定位模块内部使用的芯片型号为SIM33ELA；

所述无线通信模块的型号为DW1000-ES。

本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型基于大数据系统提供一套针对古城墙建模测控系统，主要将相关的测绘仪器装置集成于统一的车载测控平台内，有效降低用于测绘的人力成本，车上设置有专业的测绘无人机与激光扫描仪，可以对待测绘建模的古城墙进行倾斜影像采集和实景三维模型的构建，并通过测量控制装置将两种数据进行融合处理，最终得到完整准确的古城墙建模数据，为后续修复与复原工程提供重要数据基础；整个测控系统解决了以往项目基础数据不详，勘查设计不全面，对项目了解不充分的问题，通过驾驶车辆在城墙外围移动以采集生成高精度三维模型，有效提高建模测控效率，提高测绘精度。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的电路结构示意图；

图中：1为测量控制装置、2为摄影无人机、3为三维激光扫描仪、4为显示屏、5为控制面板、6为微控制器、7为数据存储模块、8为定位模块、9为无线通信模块、10为工作站服务器、11为绘图打印机。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型一种应用于古城墙遗址的建模测控系统，包括设置在测控车上的测控平台，所述测控平台包括：测量控制装置1、摄影无人机2、三维激光扫描仪3，所述三维激光扫描仪3设置在测控车的前端，摄影无人机2设置在测控车的车顶；

所述测量控制装置1上设置有显示屏4、控制面板5，所述测量控制装置1的内部设置有微控制器6、数据存储模块7、定位模块8、无线通信模块9，所述微控制器6通过导线分别与三维激光扫描仪3、显示屏4、控制面板5、数据存储模块7、定位模块8、无线通信模块9相连；

所述无线通信模块9通过无线网络与摄影无人机2建立数据连接，用于接收摄影无人机2采集的视频信号，并向摄影无人机2发射控制信号；

所述无线通信模块9还通过无线网络与工作站服务器10无线连接，所述工作站服务器10还连接有绘图打印机11。

所述微控制器6内部使用的芯片型号为ATSAMC21J18A；

所述定位模块8内部使用的芯片型号为SIM33ELA；

所述无线通信模块9的型号为DW1000-ES。

本实用新型提供的车载测控平台将三维激光扫描数据和倾斜摄影三维模型进行空地融合，得到精细化的三维模型，完成古城墙测绘区域的数字化精细测绘工作，真正做到“最小干预”文物本体进行三维建模的目的。

车载测控平台主要将测量控制装置、摄影无人机、三维激光扫描仪安装在测绘车辆上，安排一名开车人员和一名操作人员即可满足建模测控的全部工作分配，整个测绘工作主要包括无人机航空摄影、三维激光扫描、像控点布设测量、空中三角测量、三维建模等环节。

无人机倾斜摄影和三维激光扫描工作主要由操作人员控制车内的测量控制装置实现，通过操作控制面板实时控制无人机的高空图像采集和对古城墙的三维扫描，之后将采集扫描数据统一输入微控制器做进一步处理，微控制器将融合处理后的数据发送至数据存储模块进行寄存，同时可以由相应的通信模块远程发送至工作站上位机，由工作站连接绘图打印机实时打印出城墙建模图像。

进一步的，本实用新型使用的主要设备有：测绘无人机1架、FARO FocusS 330法如三维激光扫描仪1台、GPS接收机四台、工作站电脑四台、HP Z6200绘图仪一台、测控车辆1辆。

在进行航拍作业时，根据待测区域的地形地貌操作测绘无人机，设计该项目航线任务，设计时主要参考了最新卫星地图，确定拍摄区域地面高程和相对航高；实际操作时，飞行高度控制为192米，飞行面积0.5平方公里，航线设置为井字型，可以分别获取了5个方向的倾斜照片和定位点数据。

在进行三维激光扫描作业时，通过安装的法如三维扫描仪获取城门点云数据，采用“十字”棋盘标靶作为连接标志，将各采集点获取的点云数据，利用标靶和特征点坐标写入坐标系统，实际操作时共扫描三座城门，分别建立了相应的点云坐标数据。

在进行像控点布设测量时，像控点采用区域网布点方案，不规则地区例如测区的凸、凹角转折处加布平高控制点，实际操作时可将野外像控点布设10个，其中加密点8个，检查点2个。

在进行空中三角测量时，采用Context Capture建模系统建立测区工程，用区域平差模型进行加密解算，各个测区解算完成后输出空三加密成果，实际操作时，在测区共布设控制点10个，其中加密点8个，检查点2个，点位均匀分布于测区的四周和中心，并可以完全覆盖测区。

最后进行三维建模时，可采用CC软件生成三维模型，将三维扫描仪获取点云数据进行空地融合，并使用photomesh软件制作演示视频，将控制测量成果导入三维模型展点检查点位精度，经计算，相应采集模型数据误差符合规范要求。

针对古城墙包砌城砖的损失问题，本实用新型选用三维激光扫描的方法，结合古城墙的特征对古城墙形状进行实地扫描，在获取古城墙的点云数据后，经过点云数据的拼接去噪、修补孔洞以及三维建模将瓮城古城墙数字化；本实用新型提供的建模测控方式，能够计算出完整结构为规则形状的破损土方量，后期为提高建模质量，也可以尽量降低无人机飞行高度，设置分辨率更高的摄像头，提高像控点的测量精度，并灵活调整三维激光扫描仪的测量位置和角度。

关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种应用于古城墙遗址的建模测控系统，包括设置在测控车上的测控平台，其特征在于：所述测控平台包括：测量控制装置（1）、摄影无人机（2）、三维激光扫描仪（3），所述三维激光扫描仪（3）设置在测控车的前端，摄影无人机（2）设置在测控车的车顶；

所述测量控制装置（1）上设置有显示屏（4）、控制面板（5），所述测量控制装置（1）的内部设置有微控制器（6）、数据存储模块（7）、定位模块（8）、无线通信模块（9），所述微控制器（6）通过导线分别与三维激光扫描仪（3）、显示屏（4）、控制面板（5）、数据存储模块（7）、定位模块（8）、无线通信模块（9）相连；

所述无线通信模块（9）通过无线网络与摄影无人机（2）建立数据连接，用于接收摄影无人机（2）采集的视频信号，并向摄影无人机（2）发射控制信号；

所述无线通信模块（9）还通过无线网络与工作站服务器（10）无线连接，所述工作站服务器（10）还连接有绘图打印机（11）。

2.根据权利要求1所述的一种应用于古城墙遗址的建模测控系统，其特征在于：所述微控制器（6）内部使用的芯片型号为ATSAMC21J18A；

所述定位模块（8）内部使用的芯片型号为SIM33ELA；

所述无线通信模块（9）的型号为DW1000-ES。

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