CN213122291U - 数字孪生场景移动扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字孪生场景移动扫描装置，包括：机头，其为传感器数据采集集成单元；机身，其为供电与计算集成单元，所述机头与机身通过线缆电性连接；载具，其安装有带有快拆安装接口的机头安装板、带有快拆安装接口的机身安装板，所述快拆安装接口包括安装于所述机头或所述机身的快拆座、安装于所述机头安装板或所述机身安装板的母座，所述快拆座、母座可拆卸连接。本实用新型能够实现机头、机身分体快速组装拆卸，并具有小体积方便运输、多载具适配的优点。

Description

数字孪生场景移动扫描装置

技术领域

本实用新型涉及测绘领域。更具体地说，本实用新型涉及一种数字孪生场景移动扫描装置。

背景技术

数字孪生场景的重建，通常采用激光雷达扫描和点云拼接保存的方法：使用单个或者多个激光雷达设备，标定它们相互的位置姿态关系之后，发射激光扫描线并与现实世界中的物体产生交集，从而计算得到每个激光雷达周围的环境几何信息，并存储为激光点云的形式；同时通过机载的相机设备，记录当前的环境照片并对过程中的每个点进行着色，将结果记录到系统的计算单元中；然后使多个激光设备整体产生位置和姿态的变化，并记录和合并每个时刻的环境几何数据，得到海量的环境点云数据，即数字孪生出来的虚拟场景。这一过程中，负责扫描和构建数字场景的激光雷达以及数字相机，可以视为是整个系统的“机头部分”；而负责计算具体位置并存储结果的计算单元(通常就是计算机设备)，负责显示和交互操作的触摸屏幕以及键鼠设备，以及负责整个系统供电的电池组，则统称为“机身部分”。根据环境的不同，用户需求不同，以及成本等多种考虑因素，一个数字孪生重建系统的机头部分可能存在完全不同的设备组合，包括但不限于：一台多线雷达，多台单线雷达，多台相机；多台多线雷达，多台相机；一台多线雷达，一台相机，等等。现有的数字孪生场景扫描设备中常见的有Navvis VLX肩负式扫描系统、Navvis M6扫描推车。前者设备能够一体折叠，没有外部连线，屏幕集成于主体结构上，但只能人体肩负，在平坦且大范围地形等其他应用场景，人体体能和数据获取的稳定性难以持续，后者平地稳定性佳，人员操作轻松，但体积重量大，非平坦有障碍环境无法作业，且运输难度和成本高。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种数字孪生场景移动扫描装置，其实现机头、机身分体快速组装拆卸，并具有小体积方便运输、多载具适配的优点。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种数字孪生场景移动扫描装置，包括：

机头，其为传感器数据采集集成单元；

机身，其为供电与计算集成单元，所述机头与机身通过线缆电性连接；

载具，其安装有带有快拆安装接口的机头安装板、带有快拆安装接口的机身安装板，所述快拆安装接口包括安装于所述机头或所述机身的快拆座、安装于所述机头安装板或所述机身安装板的母座，所述快拆座、母座可拆卸连接。

优选的是，所述载具与所述机头安装板、机身安装板的安装方式为可拆卸安装。

优选的是，所述载具与所述机头安装板、机身安装板的安装方式为固定安装。

优选的是，所述载具为不可移动构件。

优选的是，所述载具为可移动构件。

优选的是，所述载具为背架，其包括主架体、副架体，所述主架体、副架体的顶部枢转连接有所述机头安装板，所述主架体的腰部铰接有松紧环，所述松紧环上设有紧固螺栓，以上下插接并锁紧所述副架体，使所述机头安装板于近似水平的第一位置与近似平行所述主架体的第二位置之间定位，所述主架体设有所述机身安装板，所述主架体还设有背带。

优选的是，所述载具为行走架，其包括上伸缩架、下安装架，所述上伸缩架立设于所述下安装架，所述上伸缩架的顶部设有所述机头安装板，所述下安装架具有一水平工作面，其位于所述机头安装板后方，所述下安装架下部还悬挂安装有所述机身安装板，所述下安装架设有行走轮。

优选的是，所述快拆座的安装面具有一凸台，所述凸台的中心处设有一顶杆，所述母座的安装面与所述凸台相配合，且所述母座的中心处设有可供所述顶杆插入的一盲孔，所述母座内部还设有一螺孔与一螺杆，所述螺孔垂直贯通所述盲孔，所述螺杆旋入至一定深度抵接所述顶杆。

优选的是，所述机头集成激光雷达、惯性测量单元、GPS、数字相机，所述机身集成智能电池组、PC、电源转换单元。

本实用新型至少包括以下有益效果：

第一、本实用新型通过将集成激光雷达以及数字相机等传感器的数据采集集成单元的机头，集成计算机设备、触摸屏幕以及键鼠设备、电池组的供电与计算集成单元的机身分别稳固设置在载具上，通过快插座、母座的方式实现可拆卸，本实用新型设置在任何需要扫描的地点，不受场景限制，具有体积重量小，一体性能好，运输难度小，成本低，采集数据受干扰小，具有较好的推广实用价值；

第二、机头、机身分别集成化，能够实现分体快速组装拆卸，机头集成交换机功能，机头的物理接口只有3个，分别为电源接口、网口和USB口，通过3条线缆连接至机身PC的物理接口，机身电源接口包括12V接口和24V接口，载具的形状、构造不作限制，具有机头安装板、机身安装板即可，载具可以为架体、板体、箱体、框架结构均可，可通过放置或移动的方式实现扫描，机头安装板的安装面近似水平即可，可通过激光雷达进行自动校准，机身安装板远离不接触地面即可，机头安装板、机身安装板通过快拆安装接口安装机头、机身，快速安装拆卸，具有小体积方便运输、多载具适配的优点；

第三、载具可以出厂设置有与机头安装板、机身安装板可拆卸的结构，例如滑槽滑块、锁紧螺栓安装板等，安装位置不设限制，对载具的适配性更强，可根据需求设置机头安装板、机身安装板的安装位置；载具可以出厂设置待有机头安装板、机身安装板可的固定结构，可以通过焊接的方式，固定安装位置，对成型通用性载具具有专属性，能够在现场快速装卸机头、机身而无需考量可能因机头安装板、机身安装板的安装位置的不确定性造成的时间精力成本；载具可以为不可移动构件，例如安装于现场不方便移动的机箱，此时能够成为稳固的下盘支撑，使机头位置稳定，减少测量误差；载具也可以为可移动构件，例如背架、移动测量小车等，在现场快速平稳移动至测量位点，避免搬运重型支撑，移动性能好，适用范围广；

第四、背架相较于实心面状结构更加轻质，适合背负和装卸，主架体的腰部铰接有紧固件以上下插接并锁紧副架体，铰接能够调整副架体相对于主架体的偏转方向，紧固件可以采用栓接的方式调节(例如供竖杆插接的松紧环、锁紧松紧环的紧固螺栓)，使副架体相对于主架体偏转至某一角度后插入一定深度后锁紧，更加便于调整顶部的机头在工作位置(主架体、副架体的顶部近似平齐，机头安装板近似水平的第一位置)收纳位置(近似平行所述主架体的第二位置)，可伸缩调节和折叠，背快速安装拆卸，具有小体积方便运输、多载具适配的优点；行走架相较于背架减少人力负担，可以安装更多硬件设备，可以将上伸缩架设置为伸缩结构以调整高度，下安装架设置为带有水平工作面的多架体式支撑结构，水平工作面可以额外放置显示屏、操控键盘等，中部设置为剪叉，带有多个铰接点便于转动收纳，底部悬挂设置机身安装板以安置机身，还可以安装其他硬件设备(例如独立RTK gps、加装单线激光雷达、瞄准镜、脚架、手电筒、刺刀等)，行走轮可采用电驱动或人为外力推动形式，具有操作多样性、移动性好的优点；快拆安装接口可设计为通用接口，包括快拆座、母座，快拆座通过凸台插入母座安装面，顶杆落入盲孔中，通过旋紧螺杆使嵌段抵接顶杆，在应力作用下实现紧固，结构简单、容易批量化生产，便于各种器件的通用快速拆卸装配；机头、机身集成的部件按需配置，优选为以上部件。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的一种技术方案的结构示意图；

图2为本实用新型的另一种技术方案的结构示意图；

图3为本实用新型的机头的结构示意图；

图4为本实用新型的机身的结构示意图；

图5为本实用新型的快拆座、母座的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；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”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“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，并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。

如图1-5所示，本实用新型提供一种数字孪生场景移动扫描装置，包括：

机头1，其为传感器数据采集集成单元；

机身2，其为供电与计算集成单元，所述机头1与机身2通过线缆电性连接；

载具3，其安装有带有快拆安装接口的机头安装板310、带有快拆安装接口的机身安装板320，所述快拆安装接口包括安装于所述机头1或所述机身2的快拆座110、安装于所述机头安装板310或所述机身安装板320的母座210，所述快拆座110、母座210可拆卸连接。

在上述技术方案中，通过将集成激光雷达120以及数字相机130等传感器的数据采集集成单元的机头1，集成计算机设备、触摸屏幕以及键鼠设备、电池组220的供电与计算集成单元的机身2分别稳固设置在载具3上，通过快插座、母座210的方式实现可拆卸，本实用新型设置在任何需要扫描的地点，具有体积重量小，一体性能好，采集数据受干扰小，具有较好的推广实用价值；

机头1、机身2分别集成化，能够实现分体快速组装拆卸，机头1集成交换机功能，机头1的物理接口只有3个，分别为电源接口、网口和USB口，通过3条线缆连接至机身2PC的物理接口，机身2电源接口包括12V接口230和24V接口240，载具3的形状、构造不作限制，具有机头安装板310、机身安装板320即可，载具3可以为架体、板体、箱体、框架结构均可，可通过放置或移动的方式实现扫描，机头安装板310的安装面近似水平即可，可通过激光雷达120进行自动校准，机身安装板320远离不接触地面即可，机头安装板310、机身安装板320通过快拆安装接口安装机头1、机身2，快速安装拆卸，具有小体积方便运输、多载具3适配的优点。

在另一种技术方案中，所述载具3与所述机头安装板310、机身安装板320的安装方式为可拆卸安装。载具3可以出厂设置有与机头安装板310、机身安装板320可拆卸的结构，例如滑槽滑块、锁紧螺栓安装板等，安装位置不设限制，对载具3的适配性更强，可根据需求设置机头安装板310、机身安装板320的安装位置。

在另一种技术方案中，所述载具3与所述机头安装板310、机身安装板320的安装方式为固定安装。载具3可以出厂设置待有机头安装板310、机身安装板320可的固定结构，可以通过焊接的方式，固定安装位置，对成型通用性载具3具有专属性，能够在现场快速装卸机头1、机身2而无需考量可能因机头安装板310、机身安装板320的安装位置的不确定性造成的时间精力成本。

在另一种技术方案中，所述载具3为不可移动构件。载具3可以为不可移动构件，例如安装于现场不方便移动的机箱，此时能够成为稳固的下盘支撑，使机头1位置稳定，减少测量误差。

在另一种技术方案中，所述载具3为可移动构件。载具3也可以为可移动构件，例如背架、移动测量小车等，在现场快速平稳移动至测量位点，避免搬运重型支撑，移动性能好，适用范围广。

在另一种技术方案中，所述载具3为背架，其包括主架体、副架体，所述主架体、副架体的顶部枢转连接有所述机头安装板310，所述主架体的腰部铰接有松紧环，所述松紧环上设有紧固螺栓，以上下插接并锁紧所述副架体，使所述机头安装板310于近似水平的第一位置与近似平行所述主架体的第二位置之间定位，所述主架体设有所述机身安装板320，所述主架体还设有背带。背架相较于实心面状结构更加轻质，适合背负和装卸，主架体的腰部铰接有紧固件以上下插接并锁紧副架体，铰接能够调整副架体相对于主架体的偏转方向，紧固件可以采用栓接的方式调节(例如供竖杆插接的松紧环、锁紧松紧环的紧固螺栓)，使副架体相对于主架体偏转至某一角度后插入一定深度后锁紧，更加便于调整顶部的机头1在工作位置(主架体、副架体的顶部近似平齐，机头安装板310近似水平的第一位置)收纳位置(近似平行所述主架体的第二位置)，可伸缩调节和折叠，背快速安装拆卸，具有小体积方便运输、多载具3适配的优点。

在另一种技术方案中，所述载具3为行走架，其包括上伸缩架、下安装架，所述上伸缩架立设于所述下安装架，所述上伸缩架的顶部设有所述机头安装板310，所述下安装架具有一水平工作面，其位于所述机头安装板310后方，所述下安装架下部还悬挂安装有所述机身安装板320，所述下安装架设有行走轮。行走架相较于背架减少人力负担，可以安装更多硬件设备，可以将上伸缩架设置为伸缩结构以调整高度，下安装架设置为带有水平工作面的多架体式支撑结构，水平工作面可以额外放置显示屏、操控键盘等，中部设置为剪叉，带有多个铰接点便于转动收纳，底部悬挂设置机身安装板320以安置机身2，还可以安装其他硬件设备(例如独立RTK gps、加装单线激光雷达120、瞄准镜、脚架、手电筒、刺刀等)，行走轮可采用电驱动或人为外力推动形式，具有操作多样性、移动性好的优点。

在另一种技术方案中，所述快拆座110的安装面具有一凸台，所述凸台的中心处设有一顶杆，所述母座210的安装面与所述凸台相配合，且所述母座210的中心处设有可供所述顶杆插入的一盲孔，所述母座210内部还设有一螺孔与一螺杆，所述螺孔垂直贯通所述盲孔，所述螺杆旋入至一定深度抵接所述顶杆。快拆安装接口可设计为通用接口，包括快拆座110、母座210，快拆座110通过凸台插入母座210安装面，顶杆落入盲孔中，通过旋紧螺杆使嵌段抵接顶杆，在应力作用下实现紧固，结构简单、容易批量化生产，便于各种器件的通用快速拆卸装配。

在另一种技术方案中，所述机头1集成激光雷达120、惯性测量单元、GPS、数字相机130，所述机身2集成智能电池组220、PC、电源转换单元。机头1、机身2集成的部件按需配置，优选为以上部件。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.数字孪生场景移动扫描装置，其特征在于，包括：

机头，其为传感器数据采集集成单元；

机身，其为供电与计算集成单元，所述机头与机身通过线缆电性连接；

载具，其安装有带有快拆安装接口的机头安装板、带有快拆安装接口的机身安装板，所述快拆安装接口包括安装于所述机头或所述机身的快拆座、安装于所述机头安装板或所述机身安装板的母座，所述快拆座、母座可拆卸连接。

2.如权利要求1所述的数字孪生场景移动扫描装置，其特征在于，所述载具与所述机头安装板、机身安装板的安装方式为可拆卸安装。

3.如权利要求1所述的数字孪生场景移动扫描装置，其特征在于，所述载具与所述机头安装板、机身安装板的安装方式为固定安装。

4.如权利要求1所述的数字孪生场景移动扫描装置，其特征在于，所述载具为不可移动构件。

5.如权利要求1所述的数字孪生场景移动扫描装置，其特征在于，所述载具为可移动构件。

6.如权利要求5所述的数字孪生场景移动扫描装置，其特征在于，所述载具为背架，其包括主架体、副架体，所述主架体、副架体的顶部枢转连接有所述机头安装板，所述主架体的腰部铰接有松紧环，所述松紧环上设有紧固螺栓，以上下插接并锁紧所述副架体，使所述机头安装板于近似水平的第一位置与近似平行所述主架体的第二位置之间定位，所述主架体设有所述机身安装板，所述主架体还设有背带。

7.如权利要求5所述的数字孪生场景移动扫描装置，其特征在于，所述载具为行走架，其包括上伸缩架、下安装架，所述上伸缩架立设于所述下安装架，所述上伸缩架的顶部设有所述机头安装板，所述下安装架具有一水平工作面，其位于所述机头安装板后方，所述下安装架下部还悬挂安装有所述机身安装板，所述下安装架设有行走轮。

8.如权利要求1所述的数字孪生场景移动扫描装置，其特征在于，所述快拆座的安装面具有一凸台，所述凸台的中心处设有一顶杆，所述母座的安装面与所述凸台相配合，且所述母座的中心处设有可供所述顶杆插入的一盲孔，所述母座内部还设有一螺孔与一螺杆，所述螺孔垂直贯通所述盲孔，所述螺杆旋入至一定深度抵接所述顶杆。

9.如权利要求1所述的数字孪生场景移动扫描装置，其特征在于，所述机头集成激光雷达、惯性测量单元、GPS、数字相机，所述机身集成智能电池组、PC、电源转换单元。

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