一种基于激光扫描的测点定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光扫描的测点定位方法，包括：1、设置至少两个测站，将测点布置在至少两个测站的共同通视区域内；2、控制测站匀速旋转并发射激光信号扫描，采集旋转角度和反射的激光信号；3、对旋转角度和反射的激光信号进行处理，识别测点和测站的身份，提取测点相对于扫描到该测点的测站的旋转平台的中心角度值，得出测点与扫描到该测点的测站的相对位置；4、根据步骤3的结果，计算测点与扫描到该测点的测站之间所形成三角形的内角值；5、根据步骤4的结果，结合测站的已知坐标，依托角度交会法求出测点的坐标值。本发明专利技术依托唯一编码、收发一体、同向旋转、无需定位、高频采集和多次叠加等技术处理，实现了测点的高精度定位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光扫描的测点定位方法
本专利技术涉及测量
，尤其涉及一种基于激光扫描的测点定位方法，主要用于需要定位目标的行业中。
技术介绍
定位技术是基于位置的服务、虚拟现实等应用的支撑技术。为提升用户体验，对定位的精准性、实时性要求越来越高。激光由于单色性、方向性好，是实现目标精准定位的主要技术手段之一。其中，基于测量激光到达角度(AoA，AngleofArrival)的方法，利用激光方向性好的特点，测量激光的到达角度，然后用AoA方法进行目标定位。该方法通过在目标上安装多个激光敏感元器件，分别测量出激光到达传感器的时间。通过各个传感器的位置差，计算出目标的位置和运动轨迹。由于工艺限制，激光发射基站旋转电机的转速周期往往很不稳定，导致激光到达传感器的时间有波动，因此现有技术利用恒定的电机旋转角速度计算激光到达角度存在一定的误差，进而影响了定位结果的精确性。申请号为201611200841.2的专利文献于2018年6月29日公开了一种采用激光扫描的目标定位方法，包括：针对激光发射装置的N个激光旋转扫描装置中的任意一个激光旋转扫描装置，在所述激光旋转扫描装置的每个扫描周期内，确定出第一参考时间和第二参考时间；所述激光接收装置根据所述第一参考时间和第二参考时间，以及预设的与所述第一参考时间对应的角度同步信号的第一角度和预设的与所述第二参考时间对应的角度同步信号的第二角度，确定出与所述第一时间对应的所述激光旋转扫描装置的第一电机旋转角速度；计算得到所述激光旋转扫描装置的旋转角度；所述激光接收装置根据N个激光旋转扫描装置的旋转角度和N个激光旋转扫描装置的坐标，确定出自身所在的位置。但该技术在实际应用中仍然存在如下缺陷：1、激光发射装置位于扫描装置中，激光接收装置置于目标对象位置，且各装置均需要供电，导致装置的整体结构过于复杂。2、在扫描定位时，同一时刻只支持一个激光旋转扫描装置对监测区域进行激光扫描，作业效率偏低。3、整套设备采用的一字激光模组、光电开关以及旋转角度均基于两个旋转角速度不变的假设，这都表明整套设备的测量精度较低，其实际测量精度基本上不会超过1′，因而不能胜任精度不低于1″的高精度的定位服务。4、当有多个测量目标时，存在着不能准确辨识测量目标的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种基于激光扫描的测点定位方法，本专利技术能够部分消除机械加工误差等带来的影响，从而自动准确地对测点进行高精度定位。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于激光扫描的测点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：设置至少两个坐标已知的测站，将测点布置在至少两个测站的共同通视区域内，测站与测点均具有反光功能和唯一编码；步骤2：控制测站持续匀速旋转并连续发射激光信号进行扫描，每个测站同时扫描到测点和其它测站，连续高频采集旋转角度、由测站反射的激光信号和由测点反射的激光信号；步骤3：对旋转角度和反射的激光信号进行分析处理，根据唯一编码识别出测点和测站的身份，并提取出测点相对于扫描到该测点的测站的旋转平台的中心角度值，然后根据中心角度值，得出测点与扫描到该测点的测站的相对位置；步骤4：根据步骤3的结果，依托唯一编码对测站和测点进行数据匹配，计算出测点与共同扫描到该测点的测站之间所形成三角形的内角值；步骤5：根据步骤4的结果，结合测站的已知坐标，依托角度交会法求出测点的坐标值。所述步骤1中，测站的反光功能和测点的反光功能均通过反光片实现，测站的唯一编码和测点的唯一编码均为设置在反光片上的条形码或电子标签。所述步骤1中，测点的数量至少为一个。所述步骤2中，高频采集的采集频率为0.1-10MHz。所述步骤3中，测点相对于旋转平台的中心角度的测角精度不小于1″。所述步骤3中，测点相对于旋转平台的中心角度值的计算方法为：其中，为测点相对于旋转平台的中心角度值；α和β分别为测点有激光反射信号时的旋转角度值；K为旋转一圈时累计编码器最小刻度下的采样点数，编码器用于测量旋转角度；X、Y分别为α和β角度值时的读数个数。所述步骤3中，当测站旋转多圈时，每个测点将提取出多个中心角度值，先对多个中心角度值进行平差处理，再根据平差处理后的中心角度值得出测点与扫描到该测点的测站的相对位置。所述步骤5中，当共同扫描测点的测站数量超过三个时，可进行平差得出测点的最终坐标值。所述测站包括旋转机构和目标识别定位机构，所述旋转机构包括驱动器、由驱动器驱动的旋转平台和用于计算旋转平台旋转角度的编码器；所述反光片固定在旋转平台上；所述目标识别定位机构包括均固定在旋转平台上的主控制器、激光发射器和激光接收器，激光发射器、激光接收器、驱动器和编码器均与主控制器连接，主控制器用于驱动激光发射器发射激光信号、用于记录激光接收器接收到的反射激光信号、用于通过驱动器控制旋转平台旋转和用于记录编码器的旋转角度值。所述反光片环绕粘固在柱体上，反光片通过柱体固定在旋转平台上。所述激光发射器和激光接收器均横向固定在旋转平台的上方。所述的主控制器还连接有供电稳压模块和无线通信模块。所述旋转机构还包括支架，支架的上部设置有限位柱，旋转平台通过限位柱安装在支架上。采用本专利技术的优点在于：1、本专利技术的优点在于能够部分消除机械加工误差等带来的影响。具体来说，本专利技术依托收发一体、同向旋转、无需定位、高频采集和多次叠加等技术处理，可消除机械加工误差等影响，提高测点的定位精度。2、本专利技术在测站和测点上均设置有唯一编码，能够快速确认测站和测点的身份，有利于实现测点与对应测站的数据匹配，保证了定位的准确性。3、本专利技术中支持同时对多个测点进行位置识别，相互作业不产生干扰，作业效率高，应用范围广。4、本专利技术将测点相对于旋转平台的中心角度的测角精度设为不小于1″，使得本专利技术的测量精度能够达到或超过高精度全站仪的定位精度。5、本专利技术将高频采集的频率限定为0.1-10MHz，其能够有效记录旋转角度和激光信号，达到细分角度的目的，从而提高角度识别精度。6、本专利技术所述测站主要由旋转机构和目标识别定位机构组成，采用该结构的组成具有结构简单、便于移动安装的优点。且测站的整体尺寸小、成本低、效率高、稳定可靠，应用场景广，既可用于长期位移测量需求，又可以用于短期项目的位移测量需求。另外，测站中激光收发一体设计，解决了激光发射、激光接收信号的同步性问题；靶标具有一定的宽度，通过高频采集提高了数据精度；旋转机构不间歇，多次采集，提高了数据精度；支持多个测站同时工作，提高了作业效率。7、本专利技术通过柱体将反光片固定在旋转平台上，使得测站既能够作为激光发射端使用，也能够同时作为激光反身端使用，即使得激光测量装置成为了集测站测点一体的装置，既能够作为测站使用，又能够作为测点使用，其大幅提高了装置的使用范围，尤其适合用于快速自动组建精密导线网。8、本专利技术通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光扫描的测点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：设置至少两个坐标已知的测站(1)，将测点(2)布置在至少两个测站(1)的共同通视区域内，测站(1)与测点(2)均具有反光功能和唯一编码；/n步骤2：控制测站(1)持续匀速旋转并连续发射激光信号进行扫描，每个测站(1)同时扫描到测点(2)和其它测站(1)，连续高频采集旋转角度、由测站(1)反射的激光信号和由测点(2)反射的激光信号；/n步骤3：对旋转角度和反射的激光信号进行分析处理，根据唯一编码识别出测点(2)和测站(1)的身份，并提取出测点(2)相对于扫描到该测点(2)的测站(1)的旋转平台(3)的中心角度值，然后根据中心角度值，得出测点(2)与扫描到该测点(2)的测站(1)的相对位置；/n步骤4：根据步骤3的结果，依托唯一编码对测站(1)和测点(2)进行数据匹配，计算出测点(2)与共同扫描到该测点(2)的测站(1)之间所形成三角形的内角值；/n步骤5：根据步骤4的结果，结合测站(1)的已知坐标，依托角度交会法求出测点(2)的坐标值。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激光扫描的测点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设置至少两个坐标已知的测站(1)，将测点(2)布置在至少两个测站(1)的共同通视区域内，测站(1)与测点(2)均具有反光功能和唯一编码；
步骤2：控制测站(1)持续匀速旋转并连续发射激光信号进行扫描，每个测站(1)同时扫描到测点(2)和其它测站(1)，连续高频采集旋转角度、由测站(1)反射的激光信号和由测点(2)反射的激光信号；
步骤3：对旋转角度和反射的激光信号进行分析处理，根据唯一编码识别出测点(2)和测站(1)的身份，并提取出测点(2)相对于扫描到该测点(2)的测站(1)的旋转平台(3)的中心角度值，然后根据中心角度值，得出测点(2)与扫描到该测点(2)的测站(1)的相对位置；
步骤4：根据步骤3的结果，依托唯一编码对测站(1)和测点(2)进行数据匹配，计算出测点(2)与共同扫描到该测点(2)的测站(1)之间所形成三角形的内角值；
步骤5：根据步骤4的结果，结合测站(1)的已知坐标，依托角度交会法求出测点(2)的坐标值。


2.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描的测点定位方法，其特征在于：所述步骤1中，测站(1)的反光功能和测点(2)的反光功能均通过反光片(10)实现，测站(1)的唯一编码和测点(2)的唯一编码均为设置在反光片(10)上的条形码或电子标签。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于激光扫描的测点定位方法，其特征在于：所述步骤1中，测点(2)的数量至少为一个。


4.根据权利要求1或2所述的一种基于激光扫描的测点定位方法，其特征在于：所述步骤2中，高频采集的采集频率为0.1-10MHz。


5.根据权利要求1或2所述的一种基于激光扫描的测点定位方法，其特征在于：所述步骤3中，测点(2)相对于旋转平台(3)的中心角度的测角精度不小于1″。

【专利技术属性】
技术研发人员：李跃伟，何清友，郭秀，罗双庆，陆彬，刘春丽，朱德祥，
申请(专利权)人：四川道通达工程技术有限公司，成都大亦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51