三维测量系统、方法及GNSS系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三维测量系统、方法及GNSS系统，所述三维测量系统包括激光雷达、GNSS系统、一惯性测量单元以及处理单元，激光雷达与GNSS系统的相对位置固定，GNSS系统用于获取GNSS天线的定位坐标；激光雷达用于扫描待测目标获取待测目标的点云数据，点云数据中每个影像点包括点云坐标；惯性测量单元获取GNSS系统以及激光雷达的姿态数据；处理单元根据GNSS天线的定位坐标、激光雷达与GNSS系统的相对位置、姿态数据以及点云数据获取点云数据每个影像点的定位坐标。本申请能够快速便捷获取待测目标的高精度、高密度三维激光点云与照片，激光点云中体现精准定位，实现建筑物三维量测与建模工作。量测与建模工作。量测与建模工作。

【技术实现步骤摘要】
三维测量系统、方法及GNSS系统


[0001]本专利技术涉及一种三维测量系统、方法及GNSS系统。

技术介绍

[0002]RTK(Real
‑
time kinematic，实时动态)载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的卫星定位测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，极大地提高了作业效率。
[0003]因受GNSS(全球导航卫星系统)测量技术原理及仪器构造限制，当前GNSS接收机仅能直接获得接收机天线相位中心处坐标，而工程实际需要测量杆杆尖处坐标值，因此需要通过对中、准确量取杆高的形式将测量坐标转换为待测点坐标。
[0004]传统的三维建模技术主要采用地形图、传统航空摄影测量、卫星遥感影像、工程测量与地面激光扫描等传统技术手段，但上述技术都存在其局限性与缺点：
[0005]地形图建模：需要城区大比例尺数字线划图，通过目估或人工测量获取建筑物高后进行建模。该方法存在信息缺乏、建筑模型高程精度差、屋顶精度差等问题；
[0006]传统摄影测量：需要在构建的立体像对中测量，获取模型精度差且效率低；
[0007]卫星遥感影像：对地影像分辨率低，提取的模型精度非常差；
[0008]工程测量：工作量大、效率低、数字化程度低。
[0009]地面激光扫描：工作量大、效率低、单次作业范围很有限不适合大范围三维数据获取；
[0010]现有的GNSS系统无法大范围、快速测量待测目标上各点的定位坐标。

技术实现思路

[0011]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中GNSS系统无法大范围、快速测量待测目标上各点的定位坐标的缺陷，提供一种能够快速便捷获取待测目标的高精度、高密度三维激光点云与照片，激光点云中体现精准定位，实现建筑物三维量测与建模工作的三维测量系统、方法及GNSS系统。
[0012]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0013]一种三维测量系统，所述三维测量系统包括一激光雷达、一GNSS系统以及一处理单元，所述激光雷达与所述GNSS系统的相对位置固定，所述GNSS系统包括一惯性测量单元，
[0014]所述GNSS系统用于获取GNSS天线的定位坐标；
[0015]所述激光雷达用于扫描一待测目标获取待测目标的点云数据，所述点云数据中每个影像点包括一点云坐标；
[0016]所述惯性测量单元用于获取GNSS系统以及激光雷达的姿态数据，并将所述姿态数
据与定位坐标、点云数据同步；
[0017]所述处理单元用于根据所述GNSS天线的定位坐标、所述激光雷达与所述GNSS系统的相对位置、所述姿态数据以及点云数据获取点云数据每个影像点的定位坐标。
[0018]较佳地，所述GNSS系统用于获取实时动态GNSS数据，所述GNSS数据包括定位坐标以及速度信息，所述定位坐标为GNSS天线相位中心的定位坐标，所述三维测量系统以所述定位坐标为绝对坐标。
[0019]较佳地，所述惯性测量单元用于惯性测量单元中心的加速度计检测到三轴的加速度信息与陀螺仪检测到的角速度信息，并根据加速度信息及角速度信息转换获取欧拉角作为所述姿态数据；
[0020]所述处理单元用于将姿态数据与定位坐标通过PPS信号进行时间同步，并利用POS轨迹处理生成定位坐标与姿态数据的轨迹数据，所述轨迹数据用于生成定位坐标轨迹图以及定位坐标质量数据。
[0021]较佳地，所述点云坐标以激光头为坐标原点，
[0022]所述激光雷达用于与GNSS系统通过PPS信号或NMEA中的RMC获取准确的GPS时以进行时间同步，并获取所述点云数据；
[0023]所述处理单元用于将点云数据与轨迹数据通过迭代最近点算法进行匹配融合以获取点云数据每个影像点的定位坐标。
[0024]较佳地，所述三维测量系统还包括一摄像机，所述摄像机与所述GNSS系统的相对位置固定，
[0025]所述摄像机用于拍摄所述待测目标以获取二维影像；
[0026]所述处理单元用于将所述二维影像与点云数据同步；
[0027]所述处理单元还用于利用二维影像中的像素信息对点云数据中影像点进行颜色赋值。
[0028]较佳地，所述摄像机的拍摄方向与所述激光雷达的扫描方向平行，
[0029]所述处理单元用于根据摄像机与激光雷达的距离、同步后的二维影像以及点云数据获取点云数据中影像点的颜色。
[0030]较佳地，所述三维测量系统还包括一采集模块，
[0031]所述采集模块用于采集用户的选择指令，所述选择指令中包括点云数据中一目标影像点；
[0032]所述处理单元用于根据目标影像点的点云坐标查找激光雷达获取目标影像点的最近位置；
[0033]所述处理单元用于判断激光雷达在所述最近位置获取的目标影像点的反射率是否大于阈值，若否则以所述最近位置为起点查找目标影像点的反射率大于所述阈值的扫描位置作为所述最近位置；
[0034]所述处理单元用于获取所述最近位置处的拍摄时刻，根据拍摄时刻查找摄像机在拍摄时刻前后的若干帧二维影像；
[0035]所述处理单元用于识别目标影像点在所述若干帧二维影像中的二维影像点位置，并利用干帧二维影像中的二维影像点位置获取摄像机到二维影像点位置对应的实际位置的位置关系；
[0036]所述处理单元还用于根据所述位置关系、拍摄时刻的GNSS系统获取的定位坐标以及姿态信息获取所述实际位置的影像测量坐标；
[0037]所述处理单元还用于判断根据所述影像测量坐标与所述目标影像点的定位坐标是否一致，若是则输出目标影像点的定位坐标。
[0038]较佳地，所述处理单元还用于判断根据所述影像测量坐标与所述目标影像点的定位坐标是否一致，若否则获取若干目标拍摄点的定位坐标，所述若干目标拍摄点为所述若干帧二维影像的摄像头位置；
[0039]所述处理单元用于计算若干目标拍摄点的定位坐标中相邻两个目标拍摄点之间的距离，并判断拍摄点之间的距离中是否存在大于预设长度的数值，若否则标记目标影像点的定位坐标为异常坐标。
[0040]本专利技术还提供一种三维测量方法，所述三维测量方法利用如上所述的三维测量系统获取定位坐标。
[0041]本专利技术还提供一种GNSS系统，所述GNSS系统用于如上所述的三维测量系统。
[0042]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。
[0043]本专利技术的积极进步效果在于：
[0044]快速的数据采集与数字化建模效率：相对传统摄影测量，不需要地面像控点，数据处理自动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维测量系统，其特征在于，所述三维测量系统包括一激光雷达、一GNSS系统、一惯性测量单元以及一处理单元，所述激光雷达与所述GNSS系统的相对位置固定，所述GNSS系统用于获取GNSS天线的定位坐标；所述激光雷达用于扫描一待测目标获取待测目标的点云数据，所述点云数据中每个影像点包括一点云坐标；所述惯性测量单元用于获取GNSS系统以及激光雷达的姿态数据，并将所述姿态数据与定位坐标、点云数据同步；所述处理单元用于根据所述GNSS天线的定位坐标、所述激光雷达与所述GNSS系统的相对位置、所述姿态数据以及点云数据获取点云数据每个影像点的定位坐标。2.如权利要求1所述的三维测量系统，其特征在于，所述GNSS系统用于获取实时动态GNSS数据，所述GNSS数据包括定位坐标以及速度信息，所述定位坐标为GNSS天线相位中心的定位坐标，所述三维测量系统以所述定位坐标为绝对坐标。3.如权利要求2所述的三维测量系统，其特征在于，所述惯性测量单元用于惯性测量单元中心的加速度计检测到三轴的加速度信息与陀螺仪检测到的角速度信息，并根据加速度信息及角速度信息转换获取欧拉角作为所述姿态数据；所述处理单元用于将姿态数据与定位坐标通过PPS信号进行时间同步，并利用POS轨迹处理生成定位坐标与姿态数据的轨迹数据，所述轨迹数据用于生成定位坐标轨迹图以及定位坐标质量数据。4.如权利要求3所述的三维测量系统，其特征在于，所述点云坐标以激光头为坐标原点，所述激光雷达用于与GNSS系统通过PPS信号或NMEA中的RMC获取准确的GPS时以进行时间同步，并获取所述点云数据；所述处理单元用于将点云数据与轨迹数据通过迭代最近点算法进行匹配融合以获取点云数据每个影像点的定位坐标。5.如权利要求4所述的三维测量系统，其特征在于，所述三维测量系统还包括一摄像机，所述摄像机与所述GNSS系统的相对位置固定，所述摄像机用于拍摄所述待测目标以获取二维影像；所述处理单元用于将所述二维影像与点云数据同步；所述处理单元还用于利用二维影像中的像素信息对点云数据中影像点...

【专利技术属性】
技术研发人员：董超，刘森，温小华，
申请(专利权)人：上海井融网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：