本发明专利技术涉及三维扫描测量技术领域，且公开了基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置，包括船体、三维激光雷法模块、光纤惯导系统模块和处理显示模块。本发明专利技术通过在基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置上设计三维激光雷法模块以及光纤惯导系统模块，可对船舶在行驶过程中的自身数据如速度、位置、载体姿态及方位等数据进行测量，同时也可对船舶行驶过程中的周围环境数据进行采集，并通过主控模块内部处理显示模块将三维激光雷法模块和光纤惯导系统模型所采集的数据以三维模型进行呈现，提高船舶在使用过程中安全性的同时，提高测量人员对海洋水底的测量，进而提高后续对海洋资源的开发利用。提高后续对海洋资源的开发利用。提高后续对海洋资源的开发利用。
【技术实现步骤摘要】
基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置及建立方法
[0001]本专利技术涉及三维扫描测量
，具体为基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置及建立方法。
技术介绍
[0002]三维激光雷达与雷达工作原理类似，激光雷达通过测量激光信号的时间差和相位差来确定距离，但其最大优势在于能利用多谱勒成像技术，创建出目标清晰的3D图像。激光雷达通过发射和接收激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出到目标对象的相对距离(下图)，并利用此过程中收集到的目标对象表面大量密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速得到出被测目标的三维模型以及线、面、体等各种相关数据，建立三维点云图，绘制出环境地图，以达到环境感知的目的。由于光速非常快，飞行时间可能非常短，因此要求测量设备具备非常高的精度。从效果上来讲，激光雷达维度(线束)越多，测量精度越高，安全性就越高，而光纤惯导由于其体积小，重量轻和可靠性高的特性，使其适合所有水下载体，具有为载体提供全天候自动导航能及卫星定位功能的作用。
[0003]为了保护船舶在海洋行驶过程中的安全及测量船舶自身及周围数据，一般会在船舶上装备定位系统及声呐装置，从而保证船舶在海洋行驶中安全性的同时测量海洋水底情况，从而方便后续对海洋资源的的发展，如水底油矿等，但由于船舶在行驶过程中由于会遇到风浪等情况，单一的定位系统和声呐装置在使用过程中只能检测出船舶的航行、位置及海洋水底构造作用，而无法测量出船舶在使用过程中由于风浪导致的自身倾斜及周围环境数据，使得船舶在行驶过程中基于对风浪大小的错判从而造成一定的危险性，同时由于声呐装置对海洋水底的探测数据存在模糊性，无法使得测量人员直观水底情况，从而造成测量人员对水底情况作出误判的现象。
[0004]因此针对上述问题，我们提出一种基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置及建立方法。
技术实现思路
[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置及建立方法，具备提高船舶在使用过程中安全性的同时，提高测量人员对海洋水底的测量，进而提高后续对海洋资源开发利用的优点。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现上述基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置及建立方法，提高船舶在使用过程中安全性的同时，提高测量人员对海洋水底的测量，进而提高后续对海洋资源开发利用的目的，本专利技术提供如下技术方案：基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置，包括船体、三维激光雷法模块、光纤惯导系统模块和处理显示模块，所述船体
上表面固定安装有船桅杆，所述船桅杆顶部固定安装有第一连接法兰，所述第一连接法兰顶部固定安装有第二连接法兰，所述第二连接法兰顶部设置有角度调节装置，所述角度调节装置包括驱动电机，所述驱动电机底部与第二连接法兰顶部固定连接，所述驱动电机输出端固定安装有支撑轴，所述支撑轴顶部固定安装有第一套环，所述第一套环内部滑动连接有第二套环，所述第二套环内部滑动连接有置放盘，所述第一套环的两侧外壁固定安装有摄像仪，所述置放盘上表面中心处固定安装有三维激光雷达，所述船体上表面位于船桅杆的两侧分别安装有光纤惯导系统和主控模块
[0009]优选的，所述第二套环上下两侧壁固定安装有第一滑块，所述第一套环内壁开设有第一滑槽，所述第二套环通过第一滑块和第一滑槽与第一套环滑动连接，第二套环可在第一套环内部滑动，从而调整置放盘的横向角度。
[0010]优选的，所述置放盘前后侧壁固定安装有第二滑块，所述第二套环内壁开设有第二滑槽，所述置放盘通过第二滑块和第二滑槽与第二套环滑动连接，置放盘可在第二套环内部滑动，从而调整置放盘的纵向角度，保持三维激光雷达在使用过程中与地面垂直。
[0011]优选的，所述摄像仪与主控模块电性连接，摄像仪起到船舶在使用过程中检测附近水域情况的作用。
[0012]优选的，所述三维激光雷法模块包括激光发射模块、扫描系统模块、激光接收模块和信息处理模块，所述激光发射模块由发射光学系统、光束控制器、激光调制器、激光器和激励源所构成，其中激励源周期性地驱动激光器，发射激光脉冲，激光调制器通过光束控制器控制发射激光的方向和线数，最后通过发射光学系统，将激光发射至目标物体，从而实现测量。
[0013]优选的，所述激光接收模块由接收光学系统和光电探测器所构成，所述信息处理模块由信号放大器和信息处理所构成，其中光电探测器接受目标物体反射回来的激光，产生接收信号；信息处理系统中接收信号经过信号放大器放大处理和数模转换，经由信息处理计算，获取目标表面形态、物理属性等特性，最终建立物体模型。
[0014]优选的，所述扫描系统模块为机械旋转型，扫描系统模块负责以稳定的转速旋转起来，实现对所在平面的扫描，并产生实时的平面图信息。
[0015]优选的，所述光纤惯导系统模块包括加速度计模块和陀螺仪模块和控制显示模块，所述加速度计模块由导航计算模式所构成，其中导航计算模块用于计算载体的速度及位置，所述陀螺仪模块由姿态矩阵模块、姿态矩阵计算模块和姿态角计算模块所构成，其中姿态矩阵模块、姿态矩阵计算模块和姿态角计算模块起到计算载体姿态和方位的作用。
[0016]优选的，所述控制模块包括控制显示模块，其中控制显示模块起到三维激光雷法模块和光纤惯导系统模块所传输的载体周围环境及载体速度、位置、姿态和方位信息的整合，并将整合后的信息通过控制模块转换成所需三维模块图。
[0017]本专利技术还提出基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立方法，包括以下具体步骤：
[0018]步骤一：当船舶在行驶过程中，船上工作人员可通过主控模块启动三维激光雷达和光纤惯导系统，通过三维激光雷达系统模块内部激光发射模块和激光接收模块对船舶行驶过程中的周围环境数据进行测量，并转换成信息处理模块所需的电信号，并通过信息处理模块对所接收的电信号进行计算，从而获取目标表面形态、物理属性等特性，最终建立物
体模型，并通过和光纤惯导系统模块内部加速度计模块和陀螺仪模块对船舶行驶过程对船舶速度、位置、姿态和方位信息进行收集，从而获取船舶在行驶过程中的物体模型。
[0019]步骤二：当船舶在使用过程中遇到风浪原因导致倾斜时，此时置放盘通过前后侧壁安装的第二滑块及第二套环内壁开设的第二滑槽，从容使得置放盘可在第二套环内部滑动，同理第二套环可通过上下侧壁所安装的第一滑块以及第一套环内壁开设有的第一滑槽，在第一套环内壁滑动，从而保证当船舶在行驶过程中，由于风浪倾斜时，保持置放盘与地面垂直分布。
[0020](三)有益效果
[0021]与现有技术相比，本专利技术提供了基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置及建立方法，具备以下有益效果：
[0022]1、该装置通过在基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置上设计由激光发射模块、扫描模块、激光接收模块和信息处理模块所构成的三维激光雷法模块以及由加速度计模块和陀螺仪模块所构成的光纤惯导系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置，包括船体(1)、三维激光雷法模块、光纤惯导系统模块和处理显示模块，其特征在于：所述船体(1)上表面固定安装有船桅杆(2)，所述船桅杆(2)顶部固定安装有第一连接法兰(3)，所述第一连接法兰(2)顶部固定安装有第二连接法兰(4)，所述第二连接法兰(4)顶部设置有角度调节装置(5)，所述角度调节装置(5)包括驱动电机(501)，所述驱动电机(501)底部与第二连接法兰(4)顶部固定连接，所述驱动电机(501)输出端固定安装有支撑轴(502)，所述支撑轴(502)顶部固定安装有第一套环(503)，所述第一套环(503)内部滑动连接有第二套环(504)，所述第二套环(504)内部滑动连接有置放盘(505)，所述第一套环(503)的两侧外壁固定安装有摄像仪(506)，所述置放盘(505)上表面中心处固定安装有三维激光雷达(6)，所述船体(1)上表面位于船桅杆(2)的两侧分别安装有光纤惯导系统(7)和主控模块(8)。2.根据权利要求1所述的基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置，其特征在于：所述第二套环(504)上下两侧壁固定安装有第一滑块，所述第一套环(504)内壁开设有第一滑槽，所述第二套环(504)通过第一滑块和第一滑槽与第一套环(503)滑动连接。3.根据权利要求2所述的基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置，其特征在于：所述置放盘(505)前后侧壁固定安装有第二滑块，所述第二套环(504)内壁开设有第二滑槽，所述置放盘(505)通过第二滑块和第二滑槽与第二套环(504)滑动连接。4.根据权利要求1所述的基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置，其特征在于：所述摄像仪(506)与主控模块(8)电性连接。5.根据权利要求1所述的基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置，其特征在于：所述三维激光雷法模块包括激光发射模块、扫描系统模块、激光接收模块和信息处理模块，所述激光发射模块由发射光学系统、光束控制器、激光调制器、激光器和激励源所构成，其中激励源周期性地驱动激光器，发射激光脉冲，激光调制器通过光束控制器控制发射激光的方向和线数，最后通过发射光学系统，将激光发射至目标物体，从而实现测量。6.根据权利要求5所述的基于光纤惯导和三维激光雷达的三维模型建立装置，其特征在于：所述激光接收模块由接收光学系统和光电探测器所构成，所述信息处理模块由信号放大器和信息处理所构成，其中光电探...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓峰，
申请(专利权)人：北京中航天佑科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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