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专利名称：智能化低空遥感测绘系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及遥感测绘领域，具体涉及一种智能化低空遥感测绘系统。
背景技术：
现有技术常使用类似运-5运输机或其他小型直升机搭载机载激光雷达系统完成对低空领域的遥感测绘。在整个过程中，无法使用无人机和飞艇，同时现有的机载激光雷达系统需要工作人员在飞机上全程控制，智能化程度不高。

实用新型内容本实用新型提供一种智能化低空遥感测绘系统，能够提高低空遥感测绘的智能化 程度。本实用新型提供了一种智能化低空遥感测绘系统，包括自动飞行器和安装在该自动飞行器上的机载激光雷达装置，所述自动飞行器包括自动飞控装置；所述机载激光雷达装置包括集成在一个箱体中的扫描仪、导航定位结构、控制及数据记录结构；其中，所述自动飞控装置启动并控制自动飞行器按照设定的航线飞行，所述自动飞控装置将检测到的第一定位数据发送给所述控制及数据记录结构，所述控制及数据记录结构接收并根据所述第一定位数据启动所述扫描仪；所述导航定位结构标注有坐标中心位置，所述扫描仪的激光发射点与所述导航定位结构的所述坐标中心位置保持相对静止，所述导航定位结构用于进行定位，并将检测到的第二定位数据发送给所述控制及数据记录结构。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述导航定位结构包括惯性测量单元(MU)，所述IMU上标注有坐标中心位置；所述扫描仪的激光发射点位置与所述IMU的所述坐标中心位置保持相对静止。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述导航定位结构进一步包括全球定位系统(GPS)，其包括GPS天线；所述GPS天线与所述IMU的所述坐标中心位置保持相对静止。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述机载激光雷达装置进一步包括相机，其集成在所述箱体中，所述相机的投影中心与所述IMU的所述坐标中心位置保持相对静止；所述相机与所述控制及数据记录结构连接，所述控制及数据记录结构根据所述第一定位数据启动所述相机。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述相机与所述扫描仪具有相同的视场角。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述扫描仪与所述导航定位结构刚性连接；和/或[0018]所述控制及数据记录结构根据所述第一定位数据向所述扫描仪发送地点启动指令，所述地点启动指令包括地点坐标。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述相机与所述导航定位结构刚性连接；和/或所述控制及数据记录结构根据所述第一定位数据向所述相机发送地点启动指令，所述地点启动指令包括地点坐标。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述自动飞行器包括无人机或飞艇。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述的智能化低空遥感测绘系统，进一步包括 地面控制器和安装在自动飞行器处的信息交互装置；所述自动飞控装置通过所述信息交互装置将所述自动飞行器的飞行数据发送至所述地面控制器，所述地面控制器对所述飞行数据进行监控。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述控制及数据记录结构通过所述信息交互装置将所述第二定位数据、所述扫描仪扫描的激光数据、所述相机拍摄的照片中的任意一个或多个发送至所述地面控制器；所述地面控制器对所述第二定位数据、所述扫描仪扫描的激光数据、所述相机拍摄的照片中的任意一个或多个进行数据存储和数据处理。通过本实用新型的各实施例提供的智能化低空遥感测绘系统，能够带来以下至少一种有益效果I.提高低空遥感测绘的智能化程度。本实用新型可使用自动飞行器(例如无人机或飞艇)搭载机载激光雷达装置，不需要飞行员再控制飞机或飞艇等。同时，本实用新型提供的机载激光雷达装置中的控制及数据记录结构可根据自动飞行器的自动飞控装置发出的装置启动信号控制扫描仪及相机的启动，也不需要再人为进行控制。2.设备利用率高。由于搭载的飞行平台为无人机或飞艇，可在较低空飞行，设备可使用的机会增加，在普通天气条件下，只要云层不低于200米，就可以实现飞行。3.数据精度高、激光点密度大。由于无人直升机和飞艇可以飞行的高度和速度可以很低、很慢，设备可以获取到激光点密度很大的数据，如每平方米激光点达到或超过100点以上，激光点越密，数据最终成果精度越高。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。图I为本实用新型的一种实施例的示意图。图2为本实用新型的另一种实施例的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。本实用新型提供了一种智能化低空遥感测绘系统，包括自动飞行器和安装在该自动飞行器上的机载激光雷达装置，所述自动飞行器包括自动飞控装置；所述机载激光雷达装置包括集成在一个箱体中的扫描仪、导航定位结构、控制及数据记录结构；其中，所述自动飞控装置启动并控制自动飞行器按照设定的航线飞行，所述自动 飞控装置将检测到的第一定位数据发送给所述控制及数据记录结构，所述控制及数据记录结构接收并根据所述第一定位数据启动所述扫描仪；所述导航定位结构标注有坐标中心位置，所述扫描仪的激光发射点与所述导航定位结构的所述坐标中心位置保持相对静止，所述导航定位结构用于进行定位，并将检测到的第二定位数据发送给所述控制及数据记录结构。本实用新型提供的智能化低空遥感测绘系统是将机载激光雷达装置搭载在自动飞行器平台上，无需人为操作，能够自动飞行并在飞行时自动完成遥感测绘。自动飞行器可在低空领域飞行，由于距离目标更近，能够得到精度更高的测绘数据。自动飞行器可以选择无人机或飞艇等。自动飞行器上设置有自动飞控装置，自动飞控装置启动自动飞行器并控制其按照预定的航线飞行。该预定航线由人为设定，并预先保存在自动飞控装置中。自动飞控装置同时要进行定位，并将检测到的目标地点的定位坐标发送给控制及数据记录结构，控制及数据记录结构根据该定位坐标控制启动扫描仪对目标地点进行扫描。本实用新型中的机载激光雷达装置将扫描仪、导航定位结构、控制及数据记录结构等集成在一个箱体中，如图2所示，箱体205中集成有各结构。各结构之间无需大量较重的线缆连接，只需很短的连接线连接即可，系统的体积小、重量轻，可利于搭载飞艇和无人机等自动飞行器。机载激光雷达装置可安装在自动飞行器的底部，便于在飞行时进行扫描和拍摄。扫描仪用于对指定时间和指定位置的地面区域进行扫描，扫描仪可以使用滚筒式扫描仪或平面扫描仪，也可使用旋转透镜式扫描仪或旋转棱镜式扫描仪，还可使用客户指定的其他扫描仪。扫描仪与控制及数据记录结构连接，并接受该控制及数据记录结构发来的启动信号，该启动信号可为时间启动信号或地点启动信号。导航定位结构用于进行定位，并将获取的定位坐标附加在后期的数据处理中。为了准确定位并使扫描的数据与获取的定位坐标准确匹配，要使扫描仪的激光发射点位置与导航定位结构上标注的坐标中心位置保持相对静止。优选地，将扫描仪与导航定位结构刚性连接，即可保证该相对静止。导航定位结构上的坐标中心在制造时已预先标出，方便使用，该坐标中心可为导航定位结构重心处的设定的初始坐标。优选地，导航定位结构包括惯性测量单元IMU，惯性测量单元IMU是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的，一个頂U内会装有三轴的陀螺仪和三个方向的加速度计，来测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。为了提高可靠性，还可以为每个轴配备更多的传感器。一般而言頂U要安装在被测物体的重心上。MU大多用在需要进行运动控制的设备，如汽车和机器人上。也被用在需要用姿态进行精密位移推算的场合，如潜艇、飞机、导弹和航天器的惯性导航设备等。为了便于应用，制造时预先在IMU上标注坐标中心位置。为了准确定位并使扫描的数据与获取的定位坐标准确匹配，要使扫描仪的激光发射点位置与MU上标注的坐标中心位置保持相对静止。优选地，将扫描仪与导航定位结构刚性连接，即可保证该相对静止。控制及数据记录结构是总控，扫描仪和导航定位结构分别与其连接。导航定位结构要将获取的目标处的定位坐标发送至控制及数据记录结构。控制及数据记录结构根据自动飞控系统发送的定位坐标控制扫描仪进行扫描。定位坐标即为地点启动指令，扫描仪要在该定位坐标处进行扫描。控制及数据记录结构还可进一步与地面控制器连接，进行数据交互。 在本实用新型的各实施例中，优选地，所述导航定位结构进一步包括全球定位系统GPS，其包括GPS天线；所述GPS天线与所述IMU的所述坐标中心位置保持相对静止。导航定位结构还可进一步包括全球定位系统GPS，以进行更准确的定位。为了准确定位并使扫描的数据与获取的定位坐标准确匹配，要使GPS天线与MU上标注的坐标中心位置保持相对静止。优选地，将GPS与导航定位结构刚性连接，即可保证该相对静止。GPS就是通过接受卫星信号，进行定位或者导航的终端，而接受信号就必须用到天线。GPS和IMU接受的信息传递到自带的电脑处理器，再通过电脑处理器发送到控制及数据记录结构当中，包括原始GPS数据和IMU数据，并储存下来供数据后处理使用。控制及数据记录结构设定MU/GPS参数，并发出指令开始或结束GPS/MU功能。控制及数据记录结构读取从扫描仪和IMU及GPS发来的信息，经处理生成两个线形图，反映激光测距和回波百分比，同时，控制及数据记录结构显示GPS的定位信息，包括GPS时间及经纬度，显示IMU的姿态信息，包括方位、俯仰、滚转角度，显示相机拍摄照片的张数和最后一张照片拍摄时间。另外，控制及数据记录结构监控整个系统的运行情况和每个组件的功能发挥情况。优选地，GPS与IMU集成在一个盒体中，使结构更加紧凑；或者，GPS与IMU独立设置在不同的盒体中，便于安装使用精度更高的GPS与IMU。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述机载激光雷达装置进一步包括相机，其集成在所述箱体中，所述相机的投影中心与所述IMU的所述坐标中心位置保持相对静止；所述相机与所述控制及数据记录结构连接，所述控制及数据记录结构根据所述第一定位数据启动所述相机。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述相机与所述扫描仪具有相同的视场角。为了对扫描的目标进行记录和数据比对，还可进一步设置相机，对扫描的区域进行拍照。拍得的照片还可在后期制作成DOM等文件，扩大应用范围。控制及数据记录结构根据自动飞控系统发送的定位坐标控制相机进行拍照。定位坐标即为地点启动指令，相机要在该定位坐标处进行拍照。[0061]为了使相机拍得的照片更准确更具参考性，将相机的投影中心与MU上标注的坐标中心位置保持相对静止。优选地，将相机与导航定位结构刚性连接，即可保证该相对静止。为了保持整体雷达系统的轻型特征，可将相机也集成在箱体中。为了使相机与扫描仪的匹配效果更好，要选择使用具有相同或相近的视场角的相机与扫描仪，使拍取和扫描的区域接近。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述扫描仪与所述导航定位结构刚性连接；和/或 所述控制及数据记录结构根据所述第一定位数据向所述扫描仪发送地点启动指令，所述地点启动指令包括地点坐标。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述相机与所述导航定位结构刚性连接；和/或所述控制及数据记录结构根据所述第一定位数据向所述相机发送地点启动指令，所述地点启动指令包括地点坐标。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述自动飞行器包括无人机或飞艇。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述的智能化低空遥感测绘系统，进一步包括地面控制器和安装在自动飞行器处的信息交互装置；所述自动飞控装置通过所述信息交互装置将所述自动飞行器的飞行数据发送至所述地面控制器，所述地面控制器对所述飞行数据进行监控。在本实用新型的各实施例中，优选地，所述控制及数据记录结构通过所述信息交互装置将所述第二定位数据、所述扫描仪扫描的激光数据、所述相机拍摄的照片中的任意一个或多个发送至所述地面控制器；所述地面控制器对所述第二定位数据、所述扫描仪扫描的激光数据、所述相机拍摄的照片中的任意一个或多个进行数据存储和数据处理。地面控制器用于对自动飞行器和机载激光雷达装置进行监控。信息交互装置用于将自动飞行器和机载激光雷达装置的数据与地面控制器进行数据交互。自动飞控装置通过信息交互装置将自动飞行器的飞行数据发送至地面控制器，地面控制器对飞行数据进行监控，并在需要时进行数据更改。控制及数据记录结构可在需要时通过信息交互装置将导航定位结构获取的第二定位数据、扫描仪扫描的激光数据、相机拍摄的照片发送至地面控制器，优选地，可进行实时传送。地面控制器在需要时对该第二定位数据、激光数据、照片进行数据存储和数据处理，数据处理包括检测和分析。同时，地面控制器还可控制启动和停止自动飞行器和机载激光雷达装置进行监控。在如图I所示的本实用新型的一个实施例中，智能化低空遥感测绘系统包括自动飞行器101，机载激光雷达装置102和地面控制器103，其中，自动飞行器使用无人机。自动飞行器101根据设定的航线飞行，并在飞行过程中，向机载激光雷达装置102发送检测到的第一定位数据，机载激光雷达装置102中的控制及数据记录结构根据第一定位数据向扫描仪发出地点启动信号，向相机发出地点启动信号，机载激光雷达装置开始扫描和拍摄。自动飞行器101将第一定位数据发送给地面控制器103，机载激光雷达装置102将扫描的激光数据和拍摄的照片发送至地面控制器103，地面控制器对激光数据和照片进行检查与分析。在如图2所不的本实用新型的个实施例中，本机载激光雷达系统彳合载飞艇。箱体205中集成有扫描仪201、相机202、导航定位结构203、控制及数据记录结构204。导航定位结构203包括相对位移不变的IMU和GPS，IMU和GPS均具有设定的初始坐标。扫描仪201、相机202均与导航定位结构203刚性连接，扫描仪的激光发射中心与IMU的坐标中心保持相对静止，相机的投影中心与IMU的坐标中心保持相对静止。扫描仪和相机具有相同的视场角。控制及数据记录结构204向扫描仪201发出地点坐标信号，扫描仪在设定的该地点坐标处扫描。控制及数据记录结构204向相机202发出地点坐标信号，相机在设定的该地点坐标处拍摄。扫描仪在扫描过程中记录下扫描的GPS时间、测距和扫描角度，相机拍照时向GPS发出信号，GPS记录下该照片的GPS时间。飞艇的自动飞控装置206控制飞艇根据设定的航线飞行，并向控制及数据记录结构204发送检测到的第一定位数据，机载激光雷达装置中的控制及数据记录结构204根据第一定位数据向扫描仪发出地点启动信号，向相机发出地点启动信号，机载激光雷达装置开始扫描和拍摄。 通过本实用新型的各实施例提供的智能化低空遥感测绘系统，能够带来以下至少一种有益效果I.提高低空遥感测绘的智能化程度。本实用新型可使用自动飞行器(例如无人机或飞艇)搭载机载激光雷达装置，不需要飞行员再控制飞机或飞艇等。同时，本实用新型提供的机载激光雷达装置中的控制及数据记录结构可根据自动飞行器的自动飞控装置发出的装置启动信号控制扫描仪及相机的启动，也不需要再人为进行控制。2.设备利用率高。由于搭载的飞行平台为无人机或飞艇，可在较低空飞行，设备可使用的机会增加，在普通天气条件下，只要云层不低于200米，就可以实现飞行。3.数据精度高、激光点密度大。由于无人直升机和飞艇可以飞行的高度和速度可以很低、很慢，设备可以获取到激光点密度很大的数据，如每平方米激光点达到或超过100点以上，激光点越密，数据最终成果精度越高。本实用新型提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本实用新型的范围内。显然，本领域技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也包含这些改动和变型在内。
权利要求1.一种智能化低空遥感测绘系统，其特征在于，包括 自动飞行器和安装在该自动飞行器上的机载激光雷达装置，所述自动飞行器包括自动飞控装置； 所述机载激光雷达装置包括集成在一个箱体中的扫描仪、导航定位结构、控制及数据记录结构； 其中，所述自动飞控装置启动并控制自动飞行器按照设定的航线飞行，所述自动飞控装置将检测到的第一定位数据发送给所述控制及数据记录结构，所述控制及数据记录结构接收并根据所述第一定位数据启动所述扫描仪； 所述导航定位结构标注有坐标中心位置，所述扫描仪的激光发射点与所述导航定位结构的所述坐标中心位置保持相对静止，所述导航定位结构用于进行定位，并将检测到的第二定位数据发送给所述控制及数据记录结构。
2.如权利要求I所述的智能化低空遥感测绘系统，其特征在于，所述导航定位结构包括惯性测量单元MU，所述MU上标注有坐标中心位置；所述扫描仪的激光发射点位置与所述IMU的所述坐标中心位置保持相对静止。
3.如权利要求2所述的智能化低空遥感测绘系统，其特征在于，所述导航定位结构进一步包括 全球定位系统GPS，其包括GPS天线； 所述GPS天线与所述IMU的所述坐标中心位置保持相对静止。
4.如权利要求2所述的智能化低空遥感测绘系统，其特征在于，所述机载激光雷达装置进一步包括 相机，其集成在所述箱体中，所述相机的投影中心与所述IMU的所述坐标中心位置保持相对静止； 所述相机与所述控制及数据记录结构连接，所述控制及数据记录结构根据所述第一定位数据启动所述相机。
5.如权利要求4所述的智能化低空遥感测绘系统，其特征在于，所述相机与所述扫描仪具有相同的视场角。
6.如权利要求I所述的智能化低空遥感测绘系统，其特征在于， 所述扫描仪与所述导航定位结构刚性连接；和/或 所述控制及数据记录结构根据所述第一定位数据向所述扫描仪发送地点启动指令，所述地点启动指令包括地点坐标。
7.如权利要求4所述的智能化低空遥感测绘系统，其特征在于， 所述相机与所述导航定位结构刚性连接；和/或 所述控制及数据记录结构根据所述第一定位数据向所述相机发送地点启动指令，所述地点启动指令包括地点坐标。
8.如权利要求I所述的智能化低空遥感测绘系统，其特征在于，所述自动飞行器包括无人机或飞艇。
9.如权利要求1-8任一项所述的智能化低空遥感测绘系统，其特征在于，进一步包括 地面控制器和安装在自动飞行器处的信息交互装置； 所述自动飞控装置通过所述信息交互装置将所述自动飞行器的飞行数据发送至所述地面控制器，所述地面控制器对所述飞行数据进行监控。
10.如权利要求9所述的智能化低空遥感测绘系统，其特征在于， 所述控制及数据记录结构通过所述信息交互装置将所述第二定位数据、所述扫描仪扫描的激光数据、所述相机拍摄的照片中的任意一个或多个发送至所述地面控制器； 所述地面控制器对所述第二定位数据、所述扫描仪扫描的激光数据、所述相机拍摄的照片中的任意一个或多个进行数据存储和数据处理。
专利摘要本实用新型涉及遥感测绘领域，具体涉及一种智能化低空遥感测绘系统，能够提高低空遥感测绘的智能化程度。智能化低空遥感测绘系统包括自动飞行器和安装在自动飞行器上的机载激光雷达装置，自动飞行器包括自动飞控装置；机载激光雷达装置包括集成在一个箱体中的扫描仪、导航定位结构、控制及数据记录结构；其中，自动飞控装置启动并控制自动飞行器按照设定的航线飞行，并将检测到的第一定位数据发送给控制及数据记录结构，控制及数据记录结构接收并根据第一定位数据启动扫描仪；扫描仪的激光发射点与导航定位结构的坐标中心位置保持相对静止，导航定位结构用于进行定位，并将检测到的第二定位数据发送给控制及数据记录结构。
文档编号G01S17/89GK202600150SQ20122022383
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者罗伯特·克莱茨里 申请人:北京必威易激光科技有限公司