CN216925591U - 基于动态实时定位的便携式激光测量设备 - Google Patents

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王建雄
杨俊凯
颜惠庆
杨振宁
于峰
朱善宽
李维之
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
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Abstract

本实用新型提供一种基于动态实时定位的便携式激光测量设备，包括GNSS接收机、倾角传感器、IMU模块(惯性导航传感器)、激光测距传感器和手簿，所述GNSS接收机用于定位GNSS接收机相位中心的三维坐标，所述激光测距传感器可转动设置于所述GNSS接收机的外壳上以用于向目标点持续发射红色激光束确定GNSS接收机到目标点的直线距离，所述倾角传感器安装在所述激光测距传感器内部以用于测量所述激光测距传感器相对于所述GNSS接收机在中垂线方向的姿态角；所述GNSS接收机与所述倾角传感器和所述激光测距传感器电连接以采集数据，并通过手簿内置算法结合采集GNSS测量得到的坐标、姿态角、方位角以及GNSS接收机到目标点的直线距离推算出目标点的坐标。

Description

基于动态实时定位的便携式激光测量设备
技术领域
本实用新型属于测绘科学与技术领域，尤其涉及一种基于动态实时定位的便携式激光测量设备。
背景技术
传统GNSS测量设备进行测量时，只能对安置点的坐标进行测量，且为保证测量坐标的精度，GNSS接收机应尽量保持水平。传统GNSS测量技术的特点使得在滩涂、沼泽地、河道等区域的测量工作中存在危险性高、效率低等特点，传统GNSS测量技术在高楼、密林等区域测量应用受限等问题。一般的解决方法是通过三维激光扫描仪获取激光点云或结合全站仪进行光电测量，但这类技术测量手段存在高成本、操作复杂、携带不便、低效率等缺点。因此，针对以上区域的地形测量缺乏一种高效、快速、低成本、操作简单、携带方便的测量设备，该实用新型提出一种不仅能替代传统GNSS测量进行使用，还能有效解决以上诸多难题的测量方案。
实用新型内容
基于此，针对上述现有技术状况的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于动态实时定位的便携式激光测量设备。
本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：
一种基于动态实时定位的便携式激光测量设备，包括GNSS接收机、倾角传感器、激光测距传感器和手簿，所述GNSS接收机用于定位GNSS接收机安置点的三维坐标及方位角，所述激光测距传感器可转动设置于所述GNSS接收机的外壳上以用于向目标点持续发射红色激光束确定GNSS接收机到目标点的直线距离，所述倾角传感器安装在所述激光测距传感器内部以用于测量所述激光测距传感器相对于所述GNSS接收机中垂线方向的姿态角；
所述GNSS接收机分别与所述倾角传感器及所述激光测距传感器电连接以采集数据，并将采集的数据发送至所述手簿，所述手簿根据GNSS接收机测量得到的坐标、姿态角、方位角以及GNSS接收机到目标点的直线距离推算出目标点的坐标。
进一步地，还包括中杆，所述GNSS接收机安置于中杆顶部，所述手簿安装于中杆的下端，所述GNSS接收机与所述手簿通过蓝牙通信。
较佳地，所述手簿内置了SIM卡，所述SIM卡向所述GNSS接收机提供差分信号以保证采集到GNSS接收机相位中心的固定解。
较佳地，所述GNSS接收机包括控制单元、计算单元和IMU模块，所述IMU模块用于测量GNSS接收机的三轴姿态以及计算出对中杆倾斜的角度与方向，并及时进行补偿校正获取安置点的三维坐标值，所述控制单元分别与所述激光测距传感器、所述倾角传感器、所述计算单元、所述IMU模块电连接以向各部件发送测量指令，同时实现数据共享与通讯实现数据的同步性，所述控制单元将采集的原始数据发送至所述计算单元以用于解算计算目标点的三维坐标需要的初始数据。
较佳地，GNSS接收机还包括用于连接外部供电的电源接口，用于将外部供电转换成各模块需要的合适电源以供模块正常工作且与所述电源接口电性连接的DC-DC单元，所述DC-DC单元分别与控制单元、计算单元、IMU模块、激光测距传感器和倾角传感器电性连接。
综上所述，该实用新型在传统GNSS测量的基础上进行重新设计、改进，使得该装置不仅能替代传统的GNSS测量进行对中杆安置点坐标的测量，同时还结合该实用新型中新增的激光测距传感器、IMU模块(惯性导航传感器)、倾角传感器、激光测距传感器等模块，通过系统的协调处理，对远处目标点进行准确的坐标测量。测量人员能够把该设备当作传统的GNSS测量进行使用，还能自主选择观测位置对远处目标进行测量，获取目标点的三维坐标，其应用可不受信号、位置限制。
附图说明
图1是本实用新型便携式激光测量设备的作业示意图。
图2是图1的局部放大图。
图3是本实用新型便携式激光测量设备的控制示意图。
图4是本实用新型便携式激光测量设备的实施步骤框图。
图5是本实用新型便携式激光测量设备的坐标示意图。
具体实施方式
请参阅图1-2，本实用新型提出了一种基于动态实时定位的便携式激光测量设备，该设备包括GNSS接收机1、激光测距传感器6、IMU模块7、倾角传感器5、控制单元2、计算单元4、电源3、手簿9。激光测距传感器6通过旋转轴安装在GNSS接收机外壳上且可以进行一定角度的旋转，所述激光测距传感器可以持续发射红色激光束11，用于确定目标点的位置；同时可精确确定GNSS接收机到目标点13的直线距离，倾角传感器集成到激光测距传感器内部，整体结构系统封闭性强，结构简单。倾角传感器可以实时测量出激光测距传感器相对于GNSS接收机中垂线方向的夹角A，便于为系统控制单元实时输出激光发射方向与GNSS接收机中垂线的角度信息。
其中，控制单元、计算单元、IMU模块均集成到GNSS接收机内部，IMU模块用于测量接收机的三轴姿态、以及方位角等数据，所述IMU模块(惯性导航传感器)可快速计算出对中杆10倾斜的角度与方向(方位角)，并及时进行补偿校正获取安置点的三维坐标值，进而使得用户不需要保持GNSS接收机天线水平的情况下，通过计算保证GNSS接收机对其相位中心坐标(X0,Y0,Z0)当前所处空间位置进行测量。控制单元可准确、实时的对各个模块发出相应的指令，并且获取到各模块的返回数据，交由计算单元解算出相应的结果。计算单元再将接收机接收到的GNSS原始数据以及基站差分数据等进行解算，控制单元将其与姿态、角度(待测点与GNSS接收机相位中心(X0,Y0,Z0)连线在X0Y0平面投影的夹角)、方位(激光测距传感器的方位角)等信息发送到手簿，进而求解目标点(Xx,Yy,Zz)的三维坐标。便携式激光测量设备采用GNSS接收机高精度时钟脉冲授时(PPS)，通过GNSS接收机向各个其他部件发射时钟PPS信号，保持了各个模块数据之间的同步性。
GNSS接收机还包括用于连接外部供电的电源接口，用于将外部供电转换成各模块需要的合适电源以供模块正常工作且与所述电源接口电性连接的DC-DC单元，所述DC-DC单元分别与控制单元、计算单元、IMU模块、激光测距传感器和倾角传感器电性连接。
手簿硬件配套数据采集软件，通过蓝牙与激光测量设备进行通讯，既可获取GNSS接收机相位中心三维坐标(X0,Y0,Z0)，又可获取激光传感器对应的待测目标点的距离、以及GNSS接收机的姿态、方位角等数据。
如图5所示，在进行测量时，对中杆倾斜角为θ(0≤θ≤-90)，GNSS接收机当前的方位角为α(0≤θ≤360)，对中杆长度为L，则GNSS接收机相位中心的坐标为(X0,Y0,Z0)，则对中杆底部坐标(X1,Y1,Z1)为：
Figure BDA0003559551010000061
假设激光测距传感器接收到的传感器到目标点的距离为D，目标点到相位中心的距离可以通过硬件制作过程中校准得到为：D+Δd。
假设在测量瞬间GNSS接收机的方位角为α，则激光测距传感器在测量瞬间所处的方位角相对于α的增量设为Δα，Δα角可以通过实验室计算得到，则测量瞬间激光测距传感器所处的方位角为ɑ+Δα。
Figure BDA0003559551010000062
经过以上过程，可得到设备安置点与目标待测点的三维坐标。
如图4所示，该设备的操作步骤如下：
根据技术要求，现场踏勘，确定被测区域12周边环境，并进行现场评估，寻找合适的放置仪器的点；
在开始工作前，先开机，检查仪器是否结构稳定，防止内部松动导致IMU模块数据不准确，然后给GNSS接收机1以及手簿9之间通过蓝牙建立连接，手簿内置了SIM卡，可为GNSS提供差分信号，保证数据采集软件采集到设备安置点以及目标点的固定解；
将设备通过螺旋拧紧在对中杆10(三脚架亦可)顶上，检查电池仓盖是否盖紧；
设备正常以后，在手簿上打开倾斜模式，首先进行IMU模块校准，手持设备进行动态运动，轨迹采用直线行走的方式，如果不能收敛将设备对中杆直立于地面，然后晃动GNSS按照一定的半径画圆，直到掌机上显示设备IMU模块收敛，一般收敛值设置为0.1°即可；
作业人员将对中杆直立在已经选定且GNSS接收机信号较好的地方，为提高精度需尽量保持对中杆或者三脚架水平气泡居中(不居中亦可，保证倾斜角度≤30度)，旋转激光测距传感器6，使的红色激光束11对准待测点13；
待测点13确定以后，在手簿上按下测量按钮，此时手簿将接收到信息包括：GNSS接收机的三维坐标数据(X0,Y0,Z0)，该点坐标同一时刻记录的设备姿态数据以及GNSS接收机当前的方位角数据，倾角传感器量测的激光传感器相对于GNSS接收机的相对角度以及激光测距传感器接收到的待测点(Xx,Yy,Zz)至GNSS接收机相位中心(X0,Y0,Z0)的距离；
手簿将通过内置算法结合GNSS接收机测量得到的坐标、姿态角、方位角数据以及激光传感器数据推算出待测点的坐标，并且同步记录于手簿中，测量完成后按照所需要数据进行数据导出。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种基于动态实时定位的便携式激光测量设备，其特征在于，包括GNSS接收机、倾角传感器、激光测距传感器和手簿，所述GNSS接收机用于定位GNSS接收机安置点的三维坐标及方位角，所述激光测距传感器可转动设置于所述GNSS接收机的外壳上以用于向目标点持续发射红色激光束确定GNSS接收机到目标点的直线距离，所述倾角传感器安装在所述激光测距传感器内部以用于测量所述激光测距传感器相对于所述GNSS接收机中垂线方向的姿态角；
所述GNSS接收机分别与所述倾角传感器及所述激光测距传感器电连接以采集数据，并将采集的数据发送至所述手簿，所述手簿根据GNSS接收机测量得到的坐标、姿态角、方位角以及GNSS接收机到目标点的直线距离推算出目标点的坐标。
2.根据权利要求1所述的基于动态实时定位的便携式激光测量设备，其特征在于，还包括中杆，所述GNSS接收机安置于中杆顶部，所述手簿安装于中杆的下端，所述GNSS接收机与所述手簿通过蓝牙通信。
3.根据权利要求1或2所述的基于动态实时定位的便携式激光测量设备，其特征在于，所述手簿内置了SIM卡，所述SIM卡向所述GNSS接收机提供差分信号以保证采集到GNSS接收机相位中心的固定解。
4.根据权利要求2所述的基于动态实时定位的便携式激光测量设备，其特征在于，所述GNSS接收机包括控制单元、计算单元和IMU模块，所述IMU模块用于测量GNSS接收机的三轴姿态以及计算出对中杆倾斜的角度与方向，并及时进行补偿校正获取安置点的三维坐标值，所述控制单元分别与所述激光测距传感器、所述倾角传感器、所述计算单元、所述IMU模块电连接以向各部件发送测量指令，同时实现数据共享与通讯实现数据的同步性，所述控制单元将采集的原始数据发送至所述计算单元以用于解算计算目标点的三维坐标需要的初始数据。
5.根据权利要求4所述的基于动态实时定位的便携式激光测量设备，其特征在于，GNSS接收机还包括用于连接外部供电的电源接口、以及用于将外部供电转换成各模块需要的合适电源以供模块正常工作且与所述电源接口电性连接的DC-DC单元，所述DC-DC单元分别与控制单元、计算单元、IMU模块、激光测距传感器和倾角传感器电性连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116295310A (zh) * 2023-05-16 2023-06-23 四川华恒升科技发展有限公司 一种基于gnss定位的地面激光雷达测量仪器及方法
CN117233780A (zh) * 2023-09-05 2023-12-15 上海司南卫星导航技术股份有限公司 一种测量系统的控制方法、测量系统及计算机可读介质

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