CN215728833U - 一种静态测距激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种静态测距激光雷达系统，包括：激光雷达传感器、支架和雷达数据处理装置；激光雷达传感器安装于支架上，激光雷达传感器用于向待检测区域发送激光雷达信号，并接收待检测区域反射的激光雷达回波信号，激光雷达传感器在水平平面和垂直平面均具有预设的扫描角度；雷达数据处理装置用于对激光雷达回波信号进行处理，得到待检测区域的三维点云数据，根据三维点云数据确定待检测区域中各点之间的距离。本实用新型实施例公开的一种静态测距激光雷达系统，能够提高测距的准确度和效率。

Description

一种静态测距激光雷达系统

技术领域

本实用新型实施例涉及电力技术，尤其涉及一种静态测距激光雷达系统。

背景技术

传统的测距操作一般使用单点激光测距仪，通过单点测距仪分别测量与两个待测距的点的距离和角度信息，然后通过三角计算确定两个待测距点之间的距离。

但目前采用单点激光测距仪进行测距的方法，首先需要人工目测确定待测距的点，而人工目测容易出现判断错误；其次单点激光测距仪仅能对一个点的距离进行测量，对准需要测量的目标比较困难，需要耗费大量的工时；最后还需要为单点激光测距仪找到适合的架设位置以及需要进行手工计算。因此，目前的测距操作的效率较低。

实用新型内容

本实用新型提供一种静态测距激光雷达系统，能够提高测距操作的准确度和效率。

第一方面，本实用新型实施例提供一种静态测距激光雷达系统，包括：激光雷达传感器、支架和雷达数据处理装置；

激光雷达传感器安装于支架上，激光雷达传感器用于向待检测区域发送激光雷达信号，并接收待检测区域反射的激光雷达回波信号，激光雷达传感器在水平平面和垂直平面均具有预设的扫描角度；

雷达数据处理装置用于对激光雷达回波信号进行处理，得到待检测区域的三维点云数据，根据三维点云数据确定待检测区域中各点之间的距离。

在第一方面一种可能的实现方式中，雷达数据处理装置，还用于根据三维点云数据确定待检测区域的设备外轮廓和地物外轮廓，并计算设备外轮廓与各地物外轮廓之间的最短距离。

在第一方面一种可能的实现方式中，雷达数据处理装置，还用于在设备外轮廓与各地物外轮廓之间的最短距离小于预设安全距离阈值时，发出预警信息。

在第一方面一种可能的实现方式中，雷达数据处理装置，还用于根据设备外轮廓对电力线设备进行分类，在设备外轮廓与各地物外轮廓之间的最短距离小于设备外轮廓种类对应的预设安全距离阈值时，发出预警信息。

在第一方面一种可能的实现方式中，雷达数据处理装置还用于在根据设备外轮廓对设备进行分类后，将设备外轮廓与对应分类的设备外轮廓模型进行匹配，若匹配度低于预设匹配度则发出预警信息。

在第一方面一种可能的实现方式中，雷达数据处理装置还用于根据三维点云数据建立待检测区域的三维空间图像。

在第一方面一种可能的实现方式中，雷达数据处理装置具体用于对激光雷达回波信号依次进行数据提取、数据匹配、坐标转换及误差修正，得到待检测区域的三维点云数据。

在第一方面一种可能的实现方式中，雷达数据处理装置还用于对激光雷达回波信号进行误差修正后，进行数据筛选处理，得到待检测区域的三维点云数据。

在第一方面一种可能的实现方式中，雷达数据处理装置为可编程逻辑控制器。

在第一方面一种可能的实现方式中，雷达数据处理装置为便携式终端设备。

本实用新型实施例提供的一种静态测距激光雷达系统包括：激光雷达传感器、支架和雷达数据处理装置，激光雷达传感器安装于支架上，激光雷达传感器用于向待检测区域发送激光雷达信号，并接收待检测区域反射的激光雷达回波信号，激光雷达传感器在水平平面和垂直平面均具有预设的扫描角度，雷达数据处理装置用于对激光雷达回波信号进行处理，得到待检测区域的三维点云数据，根据三维点云数据确定待检测区域中各点之间的距离，由于采用激光雷达传感器进行测距操作，无需进行目视检测，且无需进行额外的操作，大幅度提高了测距操作的准确度和效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种静态测距激光雷达系统的结构示意图；

图2A-图2C为本实用新型实施例提供的激光雷达传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种静态测距激光雷达系统的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的一种静态测距激光雷达系统包括：激光雷达传感器11、支架12和雷达数据处理装置13。

在对物体间距离进行测距时，传统的测距操作使用单点激光测距仪，由于单点激光测距仪仅能对一个点进行测距作业，因此需要首先对待检测区域进行目测判断。若发现待检测区域存在需要检测的设备，再将单点激光测距仪架设在三脚架上，然后操作单点激光测距仪对设备及附近的地物进行测距，最后根据测距结果进行三角计算从而得出设备与附近地物之间的距离。

但由于单点激光测距仪仅能对单个点进行测距，因此需要较长的时间操作单点激光测距仪进行测距，并且若待测距的位置是较尖锐的点则测距难度更大，需要反复调整单点激光测距仪，耗费大量工时。另外，人工目测的判断可能存在误判、漏判等问题，且在使用单点激光测距仪得到测量结果后，还需要进行较复杂的三角计算，从而大大影响了测距的效率。

为了提高测距操作的效率，本实施例提供一种静态测距激光雷达系统，包括安装于支架12上的激光雷达传感器11。激光雷达传感器11可以为任一种能够发射激光束，对目标的位置、距离等参数进行测量的雷达传感器。激光雷达传感器11具有激光信号的发射和接收功能，通过向目标发射激光雷达信号，然后接收激光雷达回波信号，通过对发射的激光雷达信号和接收的激光雷达回波信号进行比较，可以得到目标的距离、方位等参数。激光雷达传感器11可以是任一种型号的激光雷达传感器。激光雷达传感器11的探测距离可以根据待检测区域的特征而确定。激光雷达传感器11的探测距离越远，则本实施例提供的静态测距激光雷达系统的测距效率越高，但相应地功耗也更高，激光雷达传感器11的探测距离越近，则本实施例提供的静态测距激光雷达系统的测距效率越低，但相应地功耗也更低。但激光雷达传感器11的探测距离需要至少能够满足待检测区域中的设备和附近的地物的探测需求。

支架12可以为任一种能够与激光雷达传感器11牢固连接，并稳定安放在各种地面上的支架，例如为三脚架。

为了提高测距的效率，本实施例提供的静态测距激光雷达系统并不是对一个点进行探测，而是对一个区域进行探测。激光雷达传感器11在水平平面和垂直平面均具有预设的扫描角度。图2A-图2C为本实用新型实施例提供的激光雷达传感器的结构示意图，其中图2A为激光雷达传感器的整体结构示意图，图2B为顶视图，图2C为侧视图。为激光雷达传感器11在三维空间中建立三维坐标系，X轴、Y轴、Z轴为三维坐标系的三个轴。其中X轴和Y轴组成的XY平面为激光雷达传感器11的水平扫描平面，垂直于XY平面的Z轴所在平面为激光雷达传感器11的垂直扫描平面。激光雷达传感器11在水平扫描平面上的扫描角度为α，激光雷达传感器11在水平扫描平面上的扫描角度为β。那么激光雷达传感器11具有XY平面上α角度的扇形区域和YZ平面上β角度的扇形区域共同组成的锥形区域的探测范围。

那么只要将激光雷达传感器11向待检测区域发送激光雷达信号，并接收待检测区域反射的激光雷达回波信号，就可以同时获取到激光雷达传感器11覆盖的探测范围内所有物体反馈的激光雷达回波信号。也就是一次探测就能够获取到一个区域内所有点的激光雷达回波信号，那么通过对每个点的激光雷达回波信号与激光雷达传感器11发送的激光雷达信号进行对比后，即可确定该探测区域中每个点的距离、方位等参数。

也就是说，当采用了激光雷达传感器11作为测距的探测设备后，无需在待检测区域中人工寻找检测点，也无需频繁操作探测设备。只要确定大致的待检测区域，即可使用激光雷达传感器11一次性获取到待检测区域中所有点的相关参数。

雷达数据处理装置13与激光雷达传感器11连接，接收激光雷达传感器11接收到的激光雷达回波信号，其中激光雷达回波信号为待检测区域中每个点反射回的多个激光雷达回波信号。雷达数据处理装置13还获取激光雷达传感器11发送的激光雷达信号，在对激光雷达信号和多个激光雷达回波信号进行处理后，可以得到待检测区域的三维点云数据。待检测区域的三维点云数据是待检测区域在三维坐标系下所有点的数据集，包括待检测区域中每个点在三维坐标系中的位置信息。

在确定了待检测区域的三维点云数据后，即可根据三维点云数据确定待检测区域中各点之间的距离。那么检测人员就能够根据各点之间的距离直观地判断各点之间的距离是否满足预设的安全距离，无需进行额外的计算，因此可以大大提高测距的效率。

需要说明的是，雷达数据处理装置13具体用于对激光雷达回波信号依次进行数据提取、数据匹配、坐标转换及误差修正(安装误差、时间匹配误差修正等)，得到待检测区域的三维点云数据。根据激光雷达传感器11对待检测区域进行三维点云的检测时进行相应的数据处理是本领域技术人员常用的手段，在本实施例中不再赘述。另外，在雷达数据处理装置13对激光雷达回波信号进行误差修正后，还可以进行数据筛选处理，最终得到待检测区域的三维点云数据。

进一步地，在雷达数据处理装置13得到待检测区域的三维点云数据后，还可以根据三维点云数据建立待检测区域的三维空间图像。也就是不仅以数据的方式展示待检测区域的三维点云数据，而是以图像的方式进行显示，那么检测人员可以直接在三维空间图像中看到待检测区域中所有点组成的图像，那么可以直观地看到待检测区域的图像，且该图像中还能够获取到待检测区域中各点的距离。

为了进一步地提高测距的效率，雷达数据处理装置13在的得到待检测区域的三维点云数据后，还可以根据三维点云数据确定待检测区域的设备外轮廓和地物外轮廓。激光雷达传感器11发射的激光雷达信号只有碰到待检测区域中的物体才会产生激光雷达回波信号被激光雷达传感器11接收到，那么激光雷达传感器11接收到的激光雷达回波信号实际是待检测区域中所有物体的外轮廓上的各点反射的激光雷达回波信号。因此，为了使测距操作更加直观，雷达数据处理装置13还可以根据三维点云数据确定待检测区域的设备外轮廓和地物外轮廓。然后就可以计算设备外轮廓与各地物外轮廓之间的最短距离，这样巡检员就可以更加直观地得到待检测区域中各设备与地物之间的最短距离，而无需在众多的三维点云数据之间的距离中进行判断，因此可以进一步地提高测距的效率。

进一步地，雷达数据处理装置13在根据三维点云数据确定待检测区域的设备外轮廓和地物外轮廓，并计算设备外轮廓与各地物外轮廓之间的最短距离之后，还可以对设备外轮廓与各地物外轮廓之间的最短距离进行判断。为了确保安全，待检测区域中各设备与地物之间的距离具有最小安全距离阈值，该最小安全距离阈值是根据安全设计要求确定的。当设备外轮廓与各地物外轮廓之间的最短距离小于预设安全距离阈值时，雷达数据处理装置13可以发出预警信息，从而无需人工判断待检测区域中是否存在安全隐患，大大节约了工作量，提高了测距工作效率。

由于待检测区域中不同设备由于工作性能的不同，与附近地物的安全距离阈值也不同。因此雷达数据处理装置13，还可以在根据三维点云数据确定待检测区域的设备外轮廓和地物外轮廓，并计算设备外轮廓与各地物外轮廓之间的最短距离之后，根据设备外轮廓对设备进行分类。也就是将相同的设备分为一类，然后在设备外轮廓与各地物外轮廓之间的最短距离小于每类设备外轮廓种类对应的预设安全距离阈值时，发出预警信息。也就是针对不同种类的设备，在不同的情况下发出预警信息，这样可以更加精确地实现测距。

进一步地，待检测区域中的安全隐患还包括设备损坏。例如设备出现破损等。因此在本实施例中，雷达数据处理装置13在根据设备外轮廓对设备进行分类后，还可以将设备外轮廓与对应分类的设备外轮廓模型进行匹配，若匹配度低于预设匹配度则发出预警信息。雷达数据处理装置13中预先存储有不同种类的设备外轮廓模型，在根据设备外轮廓进行分类后，就可以在设备发生损坏时，及时发出告警信号，从而及时发现待检测区域中设备的安全隐患。

需要说明的是，图1所示静态测距激光雷达系统中的雷达数据处理装置13为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。或者雷达数据处理装置13为便携式终端设备。雷达数据处理装置13可以为任一种能够与激光雷达传感器11连接，且具有数据处理能力的终端设备，例如便携式计算机。雷达数据处理装置13需要是测距人员便于携带的小型化终端设备，其中通过软件或硬件的方式实现图1所示静态测距激光雷达系统的相关功能。

本实用新型实施例提供的静态测距激光雷达系统包括：激光雷达传感器、支架和雷达数据处理装置，激光雷达传感器安装于支架上，激光雷达传感器用于向待检测区域发送激光雷达信号，并接收待检测区域反射的激光雷达回波信号，激光雷达传感器在水平平面和垂直平面均具有预设的扫描角度，雷达数据处理装置用于对激光雷达回波信号进行处理，得到待检测区域的三维点云数据，根据三维点云数据确定待检测区域中各点之间的距离，由于采用激光雷达传感器进行测距操作，无需进行目视检测，且无需进行额外的操作，大幅度提高了测距操作的准确度和效率。

测距操作可以应用于多种场景中，其中，为了保证供电系统的稳定工作，需要定期对电力线路进行巡线作业。巡线作业需要及时发现电力线上的故障和电力线附近的障碍物，从而及时发现电力线路上的安全隐患。传统的巡线作业需要由巡检员沿着电力线进行巡检，首先通过目测判断电力线和其他地物之间的距离。当目测发现问题后，使用单点激光测距仪测量单点激光测距仪到电力线和地物的距离，然后通过三角计算确定电力线和地物之间的距离，从而确定电力线是否存在安全隐患。那么就可以将本实用新型实施例提供的一种静态测距激光雷达系统应用于电力巡线作业中，从而提高电力巡线的效率。

电力传输线路(简称电力线)的安全是供电保障中的重要一环。电力线的安全隐患主要在于电力线及电力线上的各种设备(例如杆塔)与附近的地物距离过近，由于刮风或其他天气的影响可能导致电力线及各种设备与附近的地物接触而导致火灾或损坏电力线及各种设备。其中地物是指地球表面上各种相对固定的物体。电力线的线路很长、分布区域很广，且很多位于人烟稀少的区域，为了确保电力线的安全，需要定期对电力线进行巡线作业。传统的电力巡线设备为单点激光测距仪，由于单点激光测距仪仅能对一个点进行测距作业，因此需要由巡检员携带单点激光测距仪沿电力线进行巡检，首先对电力线所在区域进行目测判断。若巡检员发现电力线所在区域可能存在问题，再将单点激光测距仪架设在三脚架上，然后操作单点激光测距仪对电力线及附近的地物进行测距，最后根据测距结果进行三角计算从而得出电力线与附近地物之间的距离。最后再判断该距离是否满足安全距离要求。

但由于单点激光测距仪仅能对单个点进行测距，因此巡检员需要较长的时间操作单点激光测距仪，并且若待测距的位置是较尖锐的点则测距难度更大，需要反复调整单点激光测距仪，耗费大量工时。另外，人工目测的判断可能存在误判、漏判等问题，且在使用单点激光测距仪得到测量结果后，还需要进行较复杂的三角计算，从而大大影响了巡线效率。

为了提高电力线巡线效率，可以采用本实用新型实施例提供的一种静态测距激光雷达系统作为电力线巡线设备。其中，一种静态测距激光雷达系统的待检测区域即为待检测电力线所在区域。而图1所示实施例中的各种设备即为电力线所在区域中的各种电力设备，包括电力线、杆塔等。

当采用本实用新型实施例提供的一种静态测距激光雷达系统作为电力线巡线设备时，由于采用激光雷达传感器对电力线进行巡检，无需巡检员对电力线进行目视检测，且无需对巡线设备进行额外的操作，大幅度提高了巡线的准确度和效率。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (4)

1.一种静态测距激光雷达系统，其特征在于，包括：激光雷达传感器、支架和雷达数据处理装置；

所述激光雷达传感器安装于所述支架上，所述激光雷达传感器用于向待检测区域发送激光雷达信号，并接收所述待检测区域反射的激光雷达回波信号，所述激光雷达传感器在水平平面和垂直平面均具有预设的扫描角度；

所述雷达数据处理装置用于对所述激光雷达回波信号进行处理，得到所述待检测区域的三维点云数据，根据所述三维点云数据确定所述待检测区域中各检测点之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种静态测距激光雷达系统，其特征在于，所述雷达数据处理装置，还用于发出预警信息，所述预警信息是在待检测区域的设备外轮廓与各地物外轮廓之间的最短距离小于预设安全距离阈值时发出的。

3.根据权利要求1～2任一项所述的一种静态测距激光雷达系统，其特征在于，所述雷达数据处理装置为可编程逻辑控制器。

4.根据权利要求1～2任一项所述的一种静态测距激光雷达系统，其特征在于，所述雷达数据处理装置为便携式终端设备。

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