[发明专利]一种车载移动测图装置

说明书

技术领域

本发明涉及非接触测量技术，具体地涉及一种车载移动测图装置，在城市规划、事故现场重构、考古等领域具有广阔的应用前景。

背景技术

目前已有的车载移动测图系统，都是利用GPS、CCD、INS、激光或航位推算系统等先进的传感器搭建，通过运载体的高速行进，快速采集地物的空间数据和属性数据。由于系统采用了GPS定位技术，因此系统只能适合空旷环境的测图，不适于室内、隧道、城市等环境的测图。因此，迫切需要一种车载移动测图装置，满足无法接受GPS信号场景的测图工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题：解决了其它测绘系统因隧道、桥梁、城市峡谷、树木遮挡等导致GNSS失锁的问题，提出了利用倾角传感器和编码器作为惯性测量单元获取位姿参数，解决了利用多传感器采集信息时出现的各传感器数据在时间和空间的不同步问题，以及应用激光传感器采集空间距离数据构建车载移动测图系统的新方法，为实现无GPS/IMU和先验地图辅助的6D同步定位与地图创建提供良好的技术支撑。

本发明的技术方案为：一种车载移动测图装置，该装置包括：运载平台系统、驱动系统、惯性导航系统、三维数据采集系统、通信系统和上位机；其中：

运载平台系统运载整个装置在场景空间中运动；运载平台系统包括运载平台、左前轮、右前轮、左后轮和右后轮；运载平台系统通过驱动系统中的左前轮驱动电机驱动左前轮，驱动系统中的右前轮驱动电机驱动右前轮以实现平台运动；惯性导航系统中的左编码器与左前轮连接，记录左前轮转过的角度，惯性导航系统中的右编码器与右前轮连接，记录右前轮转过的角度；

驱动系统控制运载平台系统的运动速度及运动方向；驱动系统包括左电机驱动器、右电机驱动器、左前轮驱动电机和右前轮驱动电机；

惯性导航系统，可实时获取装置的空间六自由度位姿参数；惯性导航系统包括左编码器、右编码器、左编码器计数器、右编码器计数器、倾角仪和A/D采集卡；倾角仪获取运载平台的俯仰角与横滚角，通过A/D采集卡将运载平台的俯仰角与横滚角的模拟信号转换成数字信号传到通信系统中的串口服务器；左编码器以及右编码器将采集到的驱动轮转动角度信息通过左编码器计数器以及右编码器计数器传给串口服务器；最终串口服务器将俯仰角与横滚角以及驱动轮转动角度信息的数据，即位姿数据，传给上位机，上位机的上位机软件通过解算所述的位姿数据得到运载平台相对运载平台初始位置的位姿信息；

三维数据采集系统，包括激光测距仪和舵机；舵机在通信系统中的单片机的控制下，带动激光测距仪做俯仰运动，实现场景的三维数据采集，将采集到的场景极半径信息通过通信系统中的串口服务器回传给上位机；

通信系统，包括串口服务器和单片机；上位机通过串口服务器将控制命令传给单片机，单片机通过左电机驱动器驱动左前轮驱动电机控制左前轮运动，通过右电机驱动器驱动右前轮驱动电机控制右前轮运动；通过舵机控制二维激光测距仪做俯仰运动以实现三维数据采集；

上位机的上位机软件通过向单片机发送命令控制运载平台及舵机的运动；上位机软件通过开辟多线程方式实现平台位姿参数信息与激光三维数据信息的时间融合；串口服务器将三维数据采集系统的采集的极半径信息，倾角仪和左右两个编码器的平台位姿信息传送到上位机，上位机软件对获取数据进行系统校正，将各坐标系的数据运用坐标归一法转换到统一的世界坐标系下，并将结果以点云的形式显示。

所述的激光测距仪为二维激光传感器。二维激光传感器主要完成面扫描测量。该激光传感器自然表面下的采样量程不小于80m。测量精度不大于10cm，面扫描时的角分辨率不大于1°，具有RS232/422/485接口的基于脉冲反射时差法的激光传感器。较高的采样频率可减少单次激光扫描时间，激光传感器的测量精度越高，车载移动测图系统装置的扫描精度就越高，更加接近场景的真三维图像，且控制接口简单。

所述的左前轮驱动电机为步距角不大于1.2°，静态相电流不小于6A，重量不大于3kg，配置减速器后保持转矩不小于35N.m的三相步进电机，步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性；改变脉冲的顺序可以方便的改变转动的方向。

所述的右前轮驱动电机为步距角不大于1.2°，静态相电流不小于6A，重量不大于3kg，配置减速器后保持转矩不小于35N.m的三相步进电机，步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性；改变脉冲的顺序可以方便的改变转动的方向。