专利名称：基于汽车载体进行大型露天料场体积的自动测量设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种大型料场体积的自动测量设备及方法，尤其是涉及一种基于汽车载体进行大型露天料场体积的自动测量设备及方法。
背景技术：
目前，对于大型露天料场或料坑的测量，市场上尚无同类产品，大多采用全站仪等其它便携式设备，人工测量大型露天散堆体积。现有技术主要有以下三个方面的缺点第一测量精度差，全站仪等便携式设备仅仅是获取大型堆体表面具备特征的个别点，从而计算大型堆体的三维形态，造成堆体表面图形失真，体积测量精度差；全站仪只能获取比较有限的特征点坐标数据，实际的堆体外形尺寸复杂，少量的数据点不能准确的 表现堆体的轮廓，只能计算出堆体的近似体积第二测量效率低，全站仪在测量时，需要跑镜员在每个测点放置测镜，现场环境越恶劣，实施则越困难；测量员需要完成搜寻测镜、对焦、打点、读数、建站、定向等系列动作，也比较耗费时间，此外还需要绘图员绘制地图、描绘特征点、记录数据，一个300m*100m的大型料场需要测量一天；第三传统的测量方式一般需要四个人配合完成、测量员需要熟悉全站仪的使用、绘图员需要掌握绘图方面的知识、跑镜员需要到达每个被测量点，人员素质要求高，技术培训难度大。设备本身操作复杂，需要进行一系列的培训，一旦操作失误，会造成测量误差很大。为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种基于汽车载体进行大型露天料场体积的自动测量设备及方法，以克服上述缺陷。本发明方案中，使用汽车作为设备移动的载体和动力，并使用伸缩杆将激光扫描仪升高的离地大约10米的高度。主要涉及如下几种核心传感器及方法，包括但不限于下述几种传感器。第一 2D激光扫描仪是一种具备高速旋转的点扫描仪，最高可以达到IOOHz的数据采样频率。由于其具备高速旋转的特性，在载体移动或者旋转速度较慢时，可以认为是线扫描，系统配合旋转云台，可以获取大型堆体表面的三维数据。当然，3D激光扫描仪可以直接输出物体几何表面的点云坐标而无需云台支持。第二 高精度差分GPS是一种利用实时载波相位动态差分测量技术获取测点GPS坐标的设备，其定位精度达到2cm+lPPM(lPPM表示基准站与移动站没相隔10公里，误差增大Icm)，同时可以输出航向信息，从而将扫描仪获取的三维数据按照大地坐标进行拼接，获取整个料场的三维数据。第三倾角传感器可以获取设备二维姿态信息，从而减少车辆倾斜、地面不平坦等对测量结果的影响。
本发明方案中，还涉及一种大型露天料场的测量方法，本方法适合于大型料场或料坑的体积测量。该方法基于Gis平台，对于大型料场采用多点测量、单独解算、数据合并的计算方法，并三维成图。

发明内容
本发明的目的在于提供一种基于汽车载体进行大型露天料场体积的自动测量设备及方法，其结构简单，使用方便，提高系统采集效率，提高系统精度，减少系统的测量难度。为实现上述目的，本发明公开了一种基于汽车载 体进行大型露天料场体积的自动测量设备，其包含汽车载体、控制系统、供电系统、升降装置及测量系统，其特征在于该控制系统包含设置于汽车载体上的控制箱，该控制箱内设置有采集工控机以接收信号和发送信号，该控制系统还包含通过无线或有线网络与采集工控机连接的计算机；该升降装置包含固定于汽车载体上的底板和从底板向上延伸的升降杆，底板上安装有驱动升降杆进行升降的驱动机构；该测量系统包含罗经天线、转接板、云台、托板、扫描仪和倾角传感器，该罗经天线设置于汽车载体的适当位置，该转接板可拆卸的固定于升降杆的顶部以随之升降移动，该云台固定于该转接板上，该托板可旋转的固定于该云台上，该扫描仪和倾角传感器固定于该托板上，该扫描仪为二维激光扫描仪。其中，该供电系统置于汽车载体上，其包含电池、逆变器、充电机、及综合电源等，以为其他装置提供电力。其中，该供电系统还可包含备用发电机以确保电力供给，该备用发电机为手提式便携式发电机。其中，该云台内置有驱动托板进行旋转的驱动装置，该驱动装置包含电机、驱动齿轮、从动齿轮，该电机设置于云台上，驱动齿轮位于电机的输出轴上以随之转动，该从动齿轮位于托板的中心轴上，该驱动齿轮与从动齿轮哨合传动。还公开了这种自动测量设备的测量方法，其特征在于测量步骤为测量准备使用设备前，需打开RTK基准站和车载设备电源进行供电；料场边界采集料场数据前，首先需要获取料场边界，以便剔除料场外的无效数据；数据采集边界采集完毕后，选择相应料场进行采集中，实时显示当前能扫描仪到的区域，该帧数据采集完毕后，计算该帧数据实际覆盖的区域；数据计算数据采集完毕后，将数据转换为料场表面点云数据进行三维计算。其中，料场扫描完成之后，需要对所有单点数据进行转换及数据拼接，利用GPS坐标信息和卫星罗经的航向信息，将所有测量点转换到大地坐标系中，测量基点A的坐标是(X1，Y1，Z1)，以A点为“原点”，测量得到的P点坐标为(Χ2，Υ2，Ζ2)，则转换到基准站O为原点的统一坐标系中的坐标为
权利要求
1.一种基于汽车载体进行大型露天料场体积的自动测量设备，其包含汽车载体、控制系统、供电系统、升降装置及测量系统，其特征在于 该控制系统包含设置于汽车载体上的控制箱，该控制箱内设置有采集工控机以接收信号和发送信号，该控制系统还包含通过无线或有线网络与采集工控机连接的计算机； 该升降装置包含固定于汽车载体上的底板和从底板向上延伸的升降杆，底板上安装有驱动升降杆进行升降的驱动机构； 该测量系统包含罗经天线、转接板、云台、托板、扫描仪和倾角传感器，该罗经天线设置于汽车载体的适当位置，该转接板可拆卸的固定于升降杆的顶部以随之升降移动，该云台固定于该转接板上，该托板可旋转的固定于该云台上，该扫描仪和倾角传感器固定于该托板上，该扫描仪为二维激光扫描仪。
2.如权利要求I所述的自动测量设备，其特征在于，该供电系统设置于汽车载体上，其包含电池、逆变器、充电机综合电源等，以为其他装置提供电力。
3.如权利要求I所述的自动测量设备，其特征在于，该供电系统还可包含备用发电机以确保电力供给，该备用发电机为手提式便携式发电机。
4.如权利要求I或2或3所述的自动测量设备，其特征在于，该云台上有驱动托板进行旋转的驱动装置。
5.如权利要求1-5中任一所述的自动测量设备的测量方法，其特征在于测量步骤为 测量准备使用设备前，需打开RTK基准站和车载设备电源进行供电； 料场边界采集料场数据前，首先需要获取料场边界，以便剔除料场外的无效数据； 数据采集边界采集完毕后，选择相应料场进行采集中，实时显示当前能扫描仪到的区域，该帧数据采集完毕后，计算该帧数据实际覆盖的区域； 数据计算数据采集完毕后，将数据转换为料场表面点云数据进行三维计算。
6.如权利要求5所述的测量方法，其特征在于，料场扫描完成之后，需要对所有单点数据进行转换及数据拼接，利用GPS坐标信息和卫星罗经的航向信息，将所有测量点转换到大地坐标系中，测量基点A的坐标是(XI，Y1，Z1)，以A点为“原点”，测量得到的P点坐标为(Χ2，Υ2，Ζ2)，则转换到基准站O为原点的统一坐标系中的坐标为
全文摘要
一种基于汽车载体进行大型露天料场体积的自动测量设备及方法，本发明使用汽车作为设备移动的载体和动力，并使用伸缩杆将激光扫描仪升高的离地大约10米的高度，通过2D扫描仪和云台旋转实现三维扫描效果，且实现了GIS平台和激光测量技术的完美结合，本发明结构简单，使用方便，提高系统采集效率，提高系统精度，减少系统的测量难度。
文档编号G01B11/00GK102878927SQ20121034708
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者李清泉, 张德津, 曹民, 张志刚, 马斌, 曲旋, 李庆坤, 章丽萍, 李辉, 文艺 申请人:武汉武大卓越科技有限责任公司