CN215894951U - 一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，包括：无人船；电源，设置于无人船的船舱内；控制主板，设置于船舱内；驱动电机，装设于船舱内，输入端与控制主板通信连接，输出端与螺旋桨连接；三维激光扫描仪，架设于无人船的上表面；水下全景声呐，架设于无人船的一侧侧壁外表面上；遥控器，设置于岸上，与控制主板通信连接；数据处理单元，装设于手机和/或PC端内，内设数据处理模块；三维激光扫描仪与数据处理单元通信连接；水下全景声呐与数据处理单元通信连接。所述数据采集系统通过操作人员在岸边操控无人船，进一步集中化、简单化的操作，快速和安全的获取到水下水上的点云数据，保证数据的完整性、高效性。

Description

一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统

技术领域

本实用新型属于测绘技术领域，具体涉及一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统。

背景技术

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。三维激光技术实现了从单点测量进化到面测量的革命技术突破，因此在多个领域，如：文物保护、数字城市、变形监测等，得到了运用。

三维激光扫描设备根据运用的途径，可分为：空中的机载激光扫描仪、地面的激光扫描仪、水下的三维全景识别声呐。近来年，地面的激光扫描仪和水下全景识别声呐已在水利上多个方面进行了运用，取得了大量成功案例。

利用地面的三维激光扫描仪可对防洪大堤、泵站、桥梁等设施进行扫描；水下的全景识别声呐可对水下的不可见的物体结构进行扫描。通过激光扫描仪的架站扫描，可以获取物体的点云数据，从而进一步数据处理，可对物体进行建模分析，具有重要意义。

但现今，扫描仪都是分开使用，对一个水利物体，如防洪大堤，地面三维激光扫描仪就单纯获取水面上点云，水下三维全景识别声呐就单纯获取水面下点云，不能同时对物体进行扫描。同时对一个物体的扫描需要通过三脚架来架设不同的测站，经常需要换站2-4次，较为麻烦。尤其是水下全景识别声呐的换站，由于在水上作业，还可能存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，以解决现有测绘中需要对水上点云数据和水下点云数据分别采集的问题。

为实现上述目的，本实用新型所提供的一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，所述数据采集系统通过操作人员在岸边操控无人船，进一步集中化、简单化的操作，快速和安全的获取到水下水上的点云数据，保证数据的完整性、高效性。

具体地，本实用新型采用的技术方案是：

一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，包括：无人船；电源，设置于所述无人船的船舱内；控制主板，设置于所述无人船的船舱内，所述控制主板与电源电性连接，所述控制主板上设置有无线信号接收模块；驱动电机，装设于所述无人船的船舱内，所述驱动电机的输入端与控制主板通信连接，所述驱动电机的输出端与无人船的螺旋桨连接；三维激光扫描仪，架设于所述无人船的上表面，形成对水面以上物体的扫描并生成水上点云数据；水下全景声呐，架设于所述无人船的一侧侧壁外表面上，所述水下全景声呐的探测端伸入水面以下，形成对水中物体的扫描并生成水下点云数据；遥控器，设置于岸上，所述遥控器内设无线信号发射模块，所述遥控器通过无线信号发射模块与控制主板上的无线信号接收模块通信连接，形成对无人船的遥控控制；数据处理单元，装设于手机和/或PC端内，所述数据处理单元内设置有数据处理模块；所述三维激光扫描仪与数据处理单元通信连接，形成水上点云数据的传输；所述水下全景声呐与数据处理单元通信连接，形成水下点云数据的传输。

进一步地，所述无人船的上表面设置有与数据处理单元通信连接的GPS定位器，形成无人船的定位数据的传输。

进一步地，所述三维激光扫描仪通过一支架架设于无人船上表面。

进一步地，所述三维激光扫描仪通过一水平仪架设于所述支架上。

进一步地，所述电源装设于远离水下全景声呐的船舱内侧底面；所述电源为可充电锂电池；所述螺旋桨的数量为2个。

进一步地，所述无人船的一侧侧壁外表面装设有一升降杆，所述升降杆上滑动装设有一滑块；所述水下全景声呐通过一安装架可拆卸地装设于升降杆的滑块上。

进一步地，所述安装架上架设有一云台，所述水下全景声呐通过云台设于所述安装架上。

进一步地，所述水下全景声呐通过电缆与装设有数据处理单元的PC端通信连接；所述PC端内装设有与水下全景声呐通信连接的控制模块，形成对水下全景声呐的开启、扫描或关闭的控制；所述云台通过电缆与控制模块通信连接。

进一步地，所述无人船的上表面开设有与船舱内侧连通的开口；所述开口内盖设有舱盖。

进一步地，所述无人船的外表面沿无人船周向包覆有防撞保护层。

本实用新型的有益效果在于：

所述数据采集系统，通过在无人船上设置三维激光扫描仪，形成对水面以上物体的点云数据的采集，通过在无人船上搭载水下全景声呐，形成对水面以下物体的点云数据的采集，操控人员通过遥控器站在岸边远程操控无人船在水面上行驶，从而实现对水上点云数据和水下点云数据的同步采集；

无人船的运行，可以在河道、湖水等水域中航行，同时省去了换站的繁琐步骤，节省了大量时间，高效率完成任务；

操作人员只需要在岸边通过无人船遥控器、手机、电脑的配合，就可以完成扫描任务，便捷简单；

同时避免了操作人员过多的水下作业，提高了人员的安全性；

无人船上搭载GPS定位器，可对无人船的航行轨迹和定点的架站位置进行测量，获取空间坐标信息；

无人船周边加装防撞保护层，进一步保证了无人船的安全；

无人船上搭载了水下全景声呐和水上的三维激光扫描仪，可同步运行，获取物体的水下360°和水上360°的全部点云数据信息，更加具有研究意义。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所提供的一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1所提供的一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统中无人船的俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例1所提供的一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统中遥控器与无人船的控制关系示意图；

图4为本实用新型实施例1所提供的一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统中三维激光扫描仪、水下全景声呐以及数据处理单元的控制关系示意图；

图5为本实用新型实施例2所提供的一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统中升降杆、云台以及水下全景声呐的配合结构示意图；

其中，1、无人船，11、船舱，12、螺旋桨，13、升降杆，131、滑块，14、开口，15、舱盖；

2、电源；

3、控制主板，31、无线信号接收模块；

4、驱动电机；

5、三维激光扫描仪，51、支架，52、水平仪；

6、水下全景声呐，61、探测端，62、安装架，63、云台，64、电缆；

7、遥控器，71、无线信号发射模块；

8、数据处理单元，81、数据处理模块；

9、GPS定位器；

10、控制模块；

100、PC端。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例1

参见图1～4，本实用新型所提供的一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，包括：无人船1；电源2，设置于所述无人船1的船舱11内；控制主板3，设置于所述无人船1的船舱11内，所述控制主板3与电源2电性连接，所述控制主板3上设置有无线信号接收模块31；驱动电机4，装设于所述无人船1的船舱11内，所述驱动电机4的输入端与控制主板3通信连接，所述驱动电机4的输出端与无人船1的螺旋桨12连接；三维激光扫描仪5，架设于所述无人船1的上表面，形成对水面以上物体的扫描并生成水上点云数据；水下全景声呐6，架设于所述无人船1的一侧侧壁外表面上，所述水下全景声呐6的探测端61伸入水面以下，形成对水中物体的扫描并生成水下点云数据；遥控器7，设置于岸上，所述遥控器7内设无线信号发射模块71，所述遥控器7通过无线信号发射模块71与控制主板3上的无线信号接收模块31通信连接，形成对无人船1的遥控控制；数据处理单元8，装设于手机和/或PC端内，所述数据处理单元8内设置有数据处理模块81；所述三维激光扫描仪5与数据处理单元8通信连接，形成水上点云数据的传输；所述水下全景声呐6与数据处理单元8通信连接，形成水下点云数据的传输。

其中，无人船1与遥控器7之间的遥控控制，可参照现有遥控无人船的控制方法，在此不再赘述。

进一步地，所述无人船1的上表面设置有与数据处理单元8通信连接的GPS定位器9，形成无人船1的定位数据的传输。

GPS定位器9的设计，可提供无人船1的定位辅助功能，GPS定位器9可通过手机操作，同步获取无人船1的坐标信息，便于及时准确定位。

进一步地，所述三维激光扫描仪5通过一支架51架设于无人船1上表面。

支架51的设计，可提升三维激光扫描仪5的高度，扩大扫描范围，获得更多更准确的水上点云数据。

进一步地，所述三维激光扫描仪5通过一水平仪52架设于所述支架51上。

水平仪52的设计，可提升三维激光扫描仪5的稳定性，提升数据获取的准确性。

进一步地，所述电源2装设于远离水下全景声呐6的船舱11内侧底面；所述电源2为可充电锂电池；所述螺旋桨12的数量为2个。

电源2与水下全景声呐6设置于无人船1的相对两端，可起到平衡作用，防止无人船1一侧重量过重而导致倾翻，保证无人船1行驶的稳定性。双螺旋桨12的配置，可提升无人船1的动力，便于无人船1在水面上航行。

进一步地，所述水下全景声呐6通过电缆64与装设有数据处理单元8的PC端100通信连接；所述PC端100内装设有与水下全景声呐6通信连接的控制模块10，形成对水下全景声呐6的开启、扫描或关闭的控制；所述云台63通过电缆64与控制模块10通信连接。

电缆64的设计，可提升数据传输的稳定性，控制模块10的设计，可实现对水下全景声呐6以及云台63的远程控制，提升便利性。

进一步地，所述无人船1的上表面开设有与船舱11内侧连通的开口14；所述开口14内盖设有舱盖15。

舱盖15的设计，在维护时，可开启舱盖15，观察无人船1的船舱11内侧的情况，便于对船舱11内侧部件进行维护和保养，提升使用寿命。

进一步地，所述无人船1的外表面沿无人船1周向包覆有防撞保护层(未图示)。

防撞保护层的设计，可对无人船1进行保护，保证无人船1船体的安全。

本实用新型所提供的一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统的使用方法如下：

使用时，将无人船1放置于水面，岸边的操作人员通过遥控器7操控无人船1在水面上行驶，开启三维激光扫描仪5，通过控制模块10开启水下全景声呐6，通过三维激光扫描仪5扫描水上物体并采集水上点云数据并传输至数据处理单元8，通过水下全景声呐6扫描水下物体并采集水下点云数据并传输至数据处理单元8，从而实现对水上点云数据和水下点云数据的同步采集。

其中，数据处理单元8为现有数据处理软件(例如三维建模软件)，在此不再赘述。

无人船1的运行，可以在河道、湖水等水域中航行，同时省去了换站的繁琐步骤，节省了大量时间，高效率完成任务；操作人员只需要在岸边通过无人船遥控器、手机、电脑的配合，就可以完成扫描任务，便捷简单；同时避免了操作人员过多的水下作业，提高了人员的安全性。

实施例2

参见图5，所述无人船1的一侧侧壁外表面装设有一升降杆13，所述升降杆13上滑动装设有一滑块131；所述水下全景声呐6通过一安装架62可拆卸地装设于升降杆13的滑块131上。

升降杆13与滑块131的配合设计，可使得水下全景声呐6在使用时通过滑块131下降至水面以下进行数据采集，在不使用时，可通过滑块上升至水面以上，防止水下全景声呐6长时间待在水中被腐蚀，提升使用寿命。

进一步地，所述安装架62上架设有一云台63，所述水下全景声呐6通过云台63架设于所述安装架62上。

云台63的设计，可带动水下全景声呐6在水下进行360°旋转，从而对水下物体进行全景扫描，提升数据采集的质量和数量。

其中，升降杆13可为不带滑块131的伸缩杆；

滑块131在升降杆13上滑动设置有锁止结构，为常规设计，在此不再赘述。

其余同实施例1。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，或对某个功能模块进行删减，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进或删减，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，其特征在于，包括：

无人船(1)；

电源(2)，设置于所述无人船(1)的船舱(11)内；

控制主板(3)，设置于所述无人船(1)的船舱(11)内，所述控制主板(3)与电源(2)电性连接，所述控制主板(3)上设置有无线信号接收模块(31)；

驱动电机(4)，装设于所述无人船(1)的船舱(11)内，所述驱动电机(4)的输入端与控制主板(3)通信连接，所述驱动电机(4)的输出端与无人船(1)的螺旋桨(12)连接；

三维激光扫描仪(5)，架设于所述无人船(1)的上表面，形成对水面以上物体的扫描并生成水上点云数据；

水下全景声呐(6)，架设于所述无人船(1)的一侧侧壁外表面上，所述水下全景声呐(6)的探测端(61)伸入水面以下，形成对水中物体的扫描并生成水下点云数据；

遥控器(7)，设置于岸上，所述遥控器(7)内设无线信号发射模块(71)，所述遥控器(7)通过无线信号发射模块(71)与控制主板(3)上的无线信号接收模块(31)通信连接，形成对无人船(1)的遥控控制；

数据处理单元(8)，装设于手机和/或PC端内，所述数据处理单元(8)内设置有数据处理模块(81)；

所述三维激光扫描仪(5)与数据处理单元(8)通信连接，形成水上点云数据的传输；

所述水下全景声呐(6)与数据处理单元(8)通信连接，形成水下点云数据的传输。

2.根据权利要求1所述的可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，其特征在于，所述无人船(1)的上表面设置有与数据处理单元(8)通信连接的GPS定位器(9)，形成无人船(1)的定位数据的传输。

3.根据权利要求1所述的可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，其特征在于，所述三维激光扫描仪(5)通过一支架(51)架设于无人船(1)上表面。

4.根据权利要求3所述的可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，其特征在于，所述三维激光扫描仪(5)通过一水平仪(52)架设于所述支架(51)上。

5.根据权利要求1所述的可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，其特征在于，所述电源(2)装设于远离水下全景声呐(6)的船舱(11)内侧底面；

所述电源(2)为可充电锂电池；

所述螺旋桨(12)的数量为2个。

6.根据权利要求5所述的可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，其特征在于，所述无人船(1)的一侧侧壁外表面装设有一升降杆(13)，所述升降杆(13)上滑动装设有一滑块(131)；

所述水下全景声呐(6)通过一安装架(62)可拆卸地装设于升降杆(13)的滑块(131)上。

7.根据权利要求6所述的可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，其特征在于，所述安装架(62)上架设有一云台(63)，所述水下全景声呐(6)通过云台(63)架设于所述安装架(62)上。

8.根据权利要求7所述的可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，其特征在于，所述水下全景声呐(6)通过电缆(64)与装设有数据处理单元(8)的PC端(100)通信连接；

所述PC端(100)内装设有与水下全景声呐(6)通信连接的控制模块(10)，形成对水下全景声呐(6)的开启、扫描或关闭的控制；

所述云台(63)通过电缆(64)与控制模块(10)通信连接。

9.根据权利要求1或2或3所述的可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，其特征在于，所述无人船(1)的上表面开设有与船舱(11)内侧连通的开口(14)；

所述开口(14)内盖设有舱盖(15)。

10.根据权利要求1所述的可同时获得水上水下点云数据的数据采集系统，其特征在于，所述无人船(1)的外表面沿无人船(1)周向包覆有防撞保护层。

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