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专利名称：三维测量系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种测量系统，尤其涉及一种结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统及方法。
背景技术：
随着激光技术的快速发展，激光三维扫描技术广泛应用于各个领域，目前，在移动测量领域，激光三维扫描技术已经由传统的单点采集数据方式变为连续自动采集数据方式，大大提高了测量效率。然而，当被测目标物较大时，需要采取拼站的形式进行扫描，即将被测物体分成多个站点，分别进行扫描，然后对获取的点云数据进行拼接，为保证拼接的准确性，要使相邻站点的点云具有一定的重叠度，利用扫描仪可识别的标靶作为相邻站点的公用控制点，将各个站点的独立坐标系转换在同一坐标系下，对于大型施工现场、复杂的建筑物等，拼接的工作量相当大，而且也会降低测量精度。

发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷， 提供一种低工作量、高精度的三维测量系统及方法。一种结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统，包括一定位定姿装置、一影像采集装置、一具有一旋转中心的电子转台及一整合装置，所述定位定姿装置及影像采集装置安装在所述电子转台上，且所述定位定姿装置及影像采集装置的坐标中心与所述电子转台的旋转中心重合，所述定位定姿装置用于获取所述电子转台的绝对位置数据，所述影像采集装置用于获取一被测目标物的点云数据，所述整合装置用于对所述电子转台的绝对位置数据以及所述被测目标物的点云数据进行联合解算，以得到所述被测目标物的点云的绝对位置数据并建立所述被测目标物的三维模型。一种结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量方法，包括通过一定位定姿装置获取一电子转台的绝对位置信息，所述电子转台用于安装所述定位定姿装置以及一影像采集装置，所述电子转台具有一旋转中心，所述定位定姿装置及影像采集装置的坐标中心与所述电子转台的中心重合；通过所述影像采集装置获取被测目标物的点云数据；以及通过一整合装置对所述定位定姿装置获取的绝对位置数据和影像采集装置获取的点云数据进行联合解算以得到被侧目标物的点云的绝对位置数据，并建立被测目标物的三维模型。所述结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统及方法将定位定姿装置与影像采集装置相结合，在测量范围较大时，可直接得到被测目标物的各站点的点云的绝对位置数据，无需设置同名靶标进行测站之间的拼站工作，减少了工作量，提高了测量精度。


图1为本发明结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统较佳实施方式的结构示意图。图2为图1中的定位定姿装置、影像采集装置以及整合装置的连接示意图。图3为本发明结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量方法较佳实施方式的流程图。
具体实施例方式下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。请参考图1，本发明结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统1用于测量一目标物的三维信息，所述结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统1可安装在一运动载体上或一固定物上，当所述结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统1安装在运动载体上时，可实现对被测目标物的移动测量。所述结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统1 的较佳实施方式包括一定位定姿装置10、一影像采集装置20、一电子转台30及一整合装置 40，所述定位定姿装置10、影像采集装置20以及所述整合装置40之间通过信号线相互连接或者以无线的方式进行通信。所述定位定姿装置10及影像采集装置20固定安装在所述电子转台30的上，所述电子转台30具有一旋转中心，所述定位定姿装置10及影像采集装置20的坐标中心与所述电子转台30的旋转中心重合，所述电子转台30可绕其旋转中心做360度水平旋转运动，当所述电子转台30旋转时，所述定位定姿装置10及影像采集装置20随所述电子转台30旋转。请继续参考图2，所述定位定姿装置10用于获取所述电子转台30的绝对位置数据，其包括一惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU) 110及一全球卫星定位系统 (Global Position System, GPS) 120，所述惯性测量系统110用于获取所述电子转台30绕其旋转中心旋转的角度，所述全球定位系统120用于测量所述电子转台30的旋转中心在全球统一坐标系(WGS-84)下的绝对坐标。本实施方式中，所述影像采集装置20为一激光扫描仪，用于对被测目标物进行激光扫描以获取被测目标物的点云数据。所述整合平台40用于接收所述惯性测量单元110所获取的电子转台30的旋转角度以及所述全球定位系统120获取的电子转台30的旋转中心在全球统一坐标系(WGS-84) 下的绝对坐标以及所述影像采集装置20获取的点云数据，并对接收的数据进行联合解算， 得到被测目标物的点云的绝对位置数据，即所述被测目标物的点云在所述全球统一坐标系下的绝对坐标。当测量范围较大时，可通过上述方法分别获取被测目标物各个测站的点云在所述全球统一坐标系下的绝对坐标，最后建立所述被测目标物的三维模型。本实施方式中，所述整合平台40还通过最小二乘法对所述定位定姿装置10和影像采集装置20的安装位置和角度误差进行检校，相当于对所述定位定姿装置10和影像采集装置20的安装位置和角度误差所引起的测量误差进行补差运算，因此，可得到更精确的所述被测目标物的三维模型。本实施方式中，所述全球定位系统120还提供一 PPS (Pulses Per Second，每秒脉冲)信号以及一串口时间信号作为所述惯性测量单元110以及所述影像采集装置20的外触发信号，以使所述定位定姿装置10以及所述影像采集装置同步工作。请参考图3，本发明结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量方法应用于所述结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统1中，其较佳实施方式包括以下步骤步骤Sl 通过所述定位定姿装置10获取所述电子转台30的绝对位置数据，该绝对位置数据包括所述电子转台30的旋转中心在所述全球统一坐标系下的绝对坐标以及所述电子转台30绕其旋转中心旋转的角度；步骤S2 通过所述定位定姿装置10触发所述影像采集装置20扫描被测目标物以同步获取被测目标物的点云数据，其中，所述定位定姿装置10是通过所述全球定位系统 120发送PPS信号以及串口时间信号来触发所述影像采集装置20的；步骤S3 通过所述整合装置40对所述定位定姿装置10获取的绝对位置信息和影像采集装置20获取的点云数据进行联合解算以得到所获取点云在所述全球统一坐标系下的绝对坐标，并根据所获得的点云的绝对坐标建立被测目标物的三维模型；以及步骤S4 所述整合装置40通过最小二乘法对所述定位定姿装置10和影像采集装置20的安装位置和角度误差进行检校。本实施方式中，所述步骤S2与步骤Sl同时进行。本发明结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统及方法将定位定姿装置10与影像采集装置20相结合，在测量范围较大时，可直接得到被测目标物的各站点的点云在全球统一坐标系下的绝对坐标，无需设置同名靶标进行测站之间的拼站工作，减少了工作量， 提高了测量精度。
权利要求
1.一种结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统，包括一定位定姿装置、一影像采集装置、一具有一旋转中心的电子转台及一整合装置，所述定位定姿装置及影像采集装置安装在所述电子转台上，且所述定位定姿装置及影像采集装置的坐标中心与所述电子转台的旋转中心重合，所述定位定姿装置用于获取所述电子转台的绝对位置数据，所述影像采集装置用于获取一被测目标物的点云数据，所述整合装置用于对所述电子转台的绝对位置数据以及所述被测目标物的点云数据进行联合解算，以得到所述被测目标物的点云的绝对位置数据并建立所述被测目标物的三维模型。
2.如权利要求1所述的结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统，其特征在于所述电子转台的绝对位置数据包括所述电子转台绕其旋转中心旋转的角度以及所述电子转台的旋转中心在全球统一坐标系下的绝对坐标。
3.如权利要求2所述的结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统，其特征在于所述定位定姿装置包括一惯性测量单元和一全球定位系统，所述惯性测量单元用于测量所述电子转台绕其旋转中心旋转的角度，所述全球定位系统用于测量所述电子转台的旋转中心在全球统一坐标系下的绝对坐标。
4.如权利要求1所述的结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统，其特征在于所述影像采集装置为一激光扫描仪。
5.如权利要求1所述的结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统，其特征在于所述整合平台为一计算机。
6.一种结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量方法，包括通过一定位定姿装置获取一电子转台的绝对位置信息，所述电子转台用于安装所述定位定姿装置以及一影像采集装置，所述电子转台具有一旋转中心，所述定位定姿装置及影像采集装置的坐标中心与所述电子转台的中心重合；通过所述影像采集装置获取被测目标物的点云数据；以及通过一整合装置对所述定位定姿装置获取的绝对位置数据和影像采集装置获取的点云数据进行联合解算以得到被侧目标物的点云的绝对位置数据，并建立被测目标物的三维模型。
7.如权利要求6所述的结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量方法，其特征在于所述电子转台的绝对位置数据包括所述电子转台绕其旋转中心旋转的角度以及所述电子转台的旋转中心在全球统一坐标系下的绝对坐标。
8.如权利要求7所述的结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量方法，其特征在于所述定位定姿装置通过一惯性测量单元测量所述电子转台绕其旋转中心旋转的角度，并通过一全球定位系统测量所述电子转台的旋转中心在全球统一坐标系下的绝对坐标。
9.如权利要求6所述的结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量方法，其特征在于所述影像采集装置获取被测目标物的点云数据的步骤包括；所述影像采集装置接收来自所述定位定姿装置的一每秒脉冲信号及一串口时间信号。
10.如权利要求7所述的结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量方法，其特征在于所述结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量方法还包括通过最小二乘法对所述定位定姿装置和影像采集装置的安装位置和角度误差进行检校。
全文摘要
一种结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统，包括定位定姿装置、影像采集装置、具有一旋转中心的电子转台及整合装置，定位定姿装置及影像采集装置安装在电子转台上，且定位定姿装置及影像采集装置的坐标中心与所述电子转台的旋转中心重合，定位定姿装置用于获取电子转台的绝对位置数据，影像采集装置获取一被测目标物的点云数据，整合装置对电子转台的绝对位置数据以及被测目标物的点云数据进行联合解算，以得到所述被测目标物的点云的绝对位置数据并建立所述被测目标物的三维模型。本发明还提供了一种结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量方法，所述结合定位定姿系统的三维旋转扫描测量系统和方法降低了三维测量的工作量。
文档编号G01B11/00GK102338616SQ20101023626
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者刘先林, 宫辉力, 王留召, 钟若飞 申请人:首都师范大学