一種實景空間信息獲取系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及空間信息領域，特別是一種基于高精度全球定位系統和慣性測量裝置定位定向、激光掃描和數碼成像技術的實景空間信息獲取系統。本發明的實景空間信息獲取系統由激光掃描儀(1)、高速數碼成像設備(2)、GPS接收器(3)、IMU慣導裝置(4)、工業計算機(5)和供電裝置(6)六個部分組成，將先進的全球定位技術和慣性導航技術融入到空間信息采集領域，綜合利用高精度激光掃描儀和高速數碼成像系統，不僅能得到目標地物的三維點云，同時還有與其匹配的實景影像，其數據成果不僅能用于工程建設和測繪目的，還為數字信息化建設提供了豐富可靠的數據來源。
【專利說明】一種實景空間信息獲取系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及空間信息領域，特別是一種基于高精度全球定位系統(GPS)和慣性測量裝置(IMU)定位定向、激光掃描和數碼成像技術的實景空間信息獲取系統。
【背景技術】
[0002]近年來，移動測量系統以其靈活性強、成本低、數據更新快等優勢正在成為空間信息采集領域最強大的生力軍，目前國際市場上使用的移動測量系統可分為兩種，一種是基于傳統的立體攝影測量原理，另一種是基于現代高精度、高頻率激光掃描原理。
[0003]基于傳統的立體攝影測量原理的移動測量系統，基本原理是通過量測空間某一物點在立體像對上的兩像點(同名點)間的視差較(坐標差)實現該物方空間坐標的測量，由多組相機對和相關控制設備組成，在載體平臺運動過程中，同時對行駛路徑周邊的環境進行連續拍攝，獲得道路沿線的立體影像對系列，經過相應的數據后處理，實現立體影像的空間定位定向，獲得每張像片的外方位元素，基于定向后的立體影像，人們便可進行空間物體的三維測量和信息提取。
[0004]基于現代高精度、高頻率激光掃描原理的移動測量系統又稱移動激光雷達系統，由高精度激光掃描設備和GPS/MU定位定向系統組成，在載體平臺移動過程中通過高頻率脈沖發射進行高速掃描，實現對物方空間的高密度三維點云獲取。該技術的特點在于物方點的獲取密度極高(如平均點密度可達每平方米幾百點甚至上千點)，由于采用了高精度的差分GPS和精密MU，所以測點精度也極高，絕對精度達厘米級，因此對物方的描述比其他任何方法都精密準確。
[0005]基于傳統的立體攝影測量原理的移動測量系統獲取的信息數據精度比較低，而基于現代高精度、高頻率激光掃描原理的移動測量系統獲取的激光點云數據的數據量龐大、應用困難，因此將兩者結合起來，實現激光點云和實景影像數據的同時采集，充分發揮激光點云高密度、高精度和實景影像易識別、易操作的優勢，是當前的信息采集系統需要解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是實現激光點云和實景影像數據的同時采集和數據的匹配。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:在運動平臺上，集成高精度激光掃描儀、高速數碼成像設備和高精度GPS/MU定位定向系統，直接獲取目標地物的數碼影像、激光點云和定位定向數據，與大地網的控制點進行整體聯合平差和數據處理，得到高精度高密度的空間信息數據。
[0008]本發明的一種實景空間信息獲取系統由激光掃描儀1、高速數碼成像設備2、GPS接收器3UMU慣導裝置4、工業計算機5和供電裝置6六個部分組成。系統高度集成，安裝在運動平臺7上，工業計算機5 —方面通過程序控制激光掃描儀1、高速數碼成像設備2、GPS接收器3、IMU慣導裝置4的工作，另一方面也將采集的激光點云、數碼影像及GPS/MU定向定位數據也存儲起來。供電裝置6為激光掃描儀1、高速數碼成像設備2、GPS接收器3UMU慣導裝置4、工業計算機5提供電力保障。所述高速數碼成像設備(2) UMU慣導裝置
(4)和激光掃描儀(I)之間相互的位置關系固定。
[0009]在移動過程中，由激光掃描儀I發射激光束并接收由自然物反射回的激光脈沖，由高速數碼成像設備2拍攝目標地物的影像，由GPS接收器3和IMU慣性導航裝置4獲取運動中每個時刻的定位定向數據，以上數據都通過電纜存儲到工業計算機5，通過數據處理軟件進行解算，得到具有高精度匹配關系的三維點云和大地定向數碼影像數據。
[0010]激光掃描儀I是一種主動采集地面數據的方式，抗天氣干擾能力強，不受太陽高度角影響，白天和黑夜都能工作，具有高頻率、高精度的特點，能在運動過程中獲取高密度的點云數據。為保證獲得高質量的數據，所述激光掃描儀I的測量頻率應大于50萬點/秒，測距精度小于I毫米。
[0011]高速數碼成像設備2由一個或多個高速數碼相機組成，相機間具有固定的幾何關系，能在I秒內獲取多張數碼影像。高速數碼成像設備2還可以選用紅外相機，數碼相機可用于白天獲取彩色影像數據，紅外相機用于夜間獲取紅外影像，也可考慮數碼相機和高亮度照明設備配合使用用于夜間獲取彩色數碼影像。
[0012]本發明的一種實景空間信息獲取系統獲取的數據包括實景影像數據、激光點云數據和定位定向數據。通過由多個高速數碼相機組成的高速數碼成像設備2獲取目標地物的多角度影像，冗余影像數據用于提高數據精度。
[0013]本發明將先進的全球定位技術和慣性導航技術融入到空間信息采集領域，綜合利用高精度激光掃描儀和高速數碼成像系統，不僅能得到目標地物的三維點云，同時還有與其匹配的數碼影像，其成果不僅能用于工程建設和測繪目的，還為數字信息化建設提供了豐富可靠的數據來源。同時由于本發明的一種實景空間信息獲取系統的使用，大規模提供了空間信息獲取的效率，其效率比傳統使用全站儀進行測量的方式高出數十倍甚至上百倍，而在測量精度方面，還優于傳統的全站儀測量方式，對于時間要求緊、目標空間結構復雜、精度要求高及不適合作業人員實地工作的大型空間信息項目，提供了最優的空間信息解決方案。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的一種實景空間信息獲取系統的系統組成示意圖。
[0015]圖2是本發明的一種實景空間信息獲取系統的數據流程圖。
【具體實施方式】
[0016]圖1是本發明的一種實景空間信息獲取系統的系統示意圖。該系統由激光掃描儀
1、高速數碼成像設備2、GPS接收器3UMU慣導裝置4、工業計算機5和供電裝置6組成。供電裝置6為激光掃描儀1、高速數碼成像設備2、GPS接收器3、IMU慣導裝置4、工業計算機5提供電力保障。激光掃描儀1、高速數碼成像設備2、GPS接收器3、IMU慣導裝置4通過工業計算機5控制。
[0017]圖2是本發明的一種實景空間信息獲取系統的數據流程圖。系統安裝在運動平臺上7，在運動過程中，通過GPS接收器3、MU慣導裝置4獲取每個運動時刻的位置和角度信息，同時激光掃描儀I獲取目標地物的激光點云數據，高速數碼成像設備2獲取目標地物的數字影像數據，經過數據處理軟件的解算，將GPS/MU的定位定向數據與激光點云數據、數字影像數據結合，得到目標地物物高精度的三維點云和大地定向影像，同時還可以和大地網的控制點進行聯合平差，使得點云數據精度達毫米級。
【權利要求】
1.一種實景空間信息獲取系統，由激光掃描儀(I)、高速數碼成像設備(2)、GPS接收器(3)UMU慣導裝置(4)、工業計算機(5)和供電裝置(6)六個部分組成，其特征在于:在移動過程中，由激光掃描儀(I)發射激光束并接收由自然物反射回的激光脈沖，由高速數碼成像設備⑵拍攝目標地物的影像，由GPS接收器(3)和MU慣性導航裝置(4)獲取運動中每個時刻的定位定向數據，以上數據都通過電纜存儲到工業計算機(5)，通過數據處理軟件進行解算，得到具有高精度匹配關系的三維點云和大地定向實景影像數據。
2.根據權利要求1所述的一種實景空間信息獲取系統，其特征在于:所述激光掃描儀(I)的測量頻率大于50萬點/秒，測距精度小于I毫米。
3.根據權利要求1所述的一種實景空間信息獲取系統，其特征在于:所述高速數碼成像設備(2)由一個或多個高速數碼相機組成，相機間具有固定的幾何關系，能在I秒內獲取多張數碼影像。
4.根據權利要求1或3所述的一種實景空間信息獲取系統，其特征在于:所述高速數碼成像設備(2)由一個或多個紅外相機組成。
5.根據權利要求1、2或3所述的一種實景空間信息獲取系統，其特征在于:所述高速數碼成像設備(2)、MU慣導裝置(4)和激光掃描儀(I)之間相互的位置關系固定。
6.根據權利要求1所述的一種實景空間信息獲取系統，其特征在于:獲取的數據包括實景影像數據、激光點云數據和定位定向數據。
7.根據權利要求3所述的一種實景空間信息獲取系統，其特征在于:通過由多個高速數碼相機組成的高速數碼成像設備(2)獲取目標地物的多角度影像，冗余影像數據用于提高數據精度。
8.根據權利要求1、2或3所述的一種實景空間信息獲取系統，其特征在于:點云數據精度達毫米級。
【文檔編號】G01C11/00GK103776425SQ201210408610
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月24日 優先權日:2012年10月24日
【發明者】唐糧 申請人:北京德可達科技有限公司