技术领域
[0001] 本
发明属于对地观测技术领域，具体地说，涉及一种激光雷达实时成像装置。
背景技术
[0002] 激光测距成像技术是近年来出现的新技术，它是利用激光测距的原理，并综合应用测姿
定位技术，通过一系列数据分析和处理，获取被测对象表面的三维点
云数据，由此可复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种数据；在实际应用中，需要高清数码图像与激光点云数据进行事后配准和微分纠正，才可以得到数字高程模型、数字表面模型和数字正射图像，然后通过融合激光点云数据和数字正射图像数据才能获得真彩色三维激光点云数据；但在对时效性要求高的应用中，比如战场环境侦查、灾后地物即时勘察、输电线路快速巡检、违建信息即时确认等环境下，通过数据后处理获得真彩色三维激光点云数据已不能满足需求。
发明内容
[0003] 针对
现有技术中上述的不足，本发明提供一种可以实现被测对象三维坐标信息和纹理信息实时采集、处理和传输的激光雷达实时成像装置。
[0004] 为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种激光雷达实时成像装置，包括通信连接的移动平台、激光雷达测量单元、取像单元、GNSS基准站、无线传输模
块及地面工作站。
[0005] 所述激光雷达测量单元及所述取像单元均装载于所述移动平台；所述移动平台设有移动控
制模块，所述移动
控制模块用于接收移动指令并控制所述移动平台沿预设方向移动，所述取像单元用于获取被测对象的图像信息。
[0006] 所述GNSS基准站用于接收卫星
信号并将接收到的所述
卫星信号处理后传输至所述激光雷达测量单元。
[0007] 所述激光雷达测量单元用于实时采集与处理出被测对象的精确
位置、
姿态数据及激光测距数据，并结合所述被测对象的图像信息计算出所述被测对象的空间坐标和对应
颜色信息以实时形成所述被测对象的三维真彩色点云数据，所述被测对象的三维真彩色点云数据通过所述无线传输模块传至所述地面工作站并实时显示于所述地面工作站。
[0008] 进一步地，所述激光雷达测量单元包括测姿定位模块、激光
扫描仪、图像
传感器及控制存储单元；所述测姿定位模块用于获取所述激光雷达实时成像装置当前的位置、速度、时间及姿态信息；所述激光扫描仪用于获取预设范围内被测对象的距离信息；所述图像传感器用于传输所述被测对象的图像信息；所述控制存储单元包括同步控制子单元、数据存储子单元、取像控制子单元及监控子单元。
[0009] 进一步地，所述控制存储单元分包压缩所述三维真彩色点云数据后通过所述无线传输模块传至所述地面工作站。
[0010] 进一步地，所述三维真彩色点云数据的压缩方式为快压缩。
[0011] 进一步地，所述移动平台为
飞行器、地面移动平台或
水面移动平台中的一种。
[0012] 进一步地，所述图像传感器为数码图像传感器、高
光谱传感器或红外传感器中的一种。
[0013] 进一步地，所述取像单元为高清
数码相机，所述地面工作站为
笔记本电脑。
[0014] 进一步地，所述无线传输模块的传输方式为数传电台、4G蜂窝网络无线传输或5G蜂窝网络无线传输中的一种。
[0015] 进一步地，所述显示方式为
渲染显示，所述渲染形式包括按高程渲染、按回波强度渲染、按回波次数渲染以及按被测对象类别渲染。
[0016] 本发明的有益效果是，本发明通过快压缩方法对三维点云数据及图像数据进行压缩并通过无线数传模块传输到地面工作站进行显示，提高了激光雷达作业效率，扩大了应用范围；本发明通过数据实时处理可以解决目前激光雷达数据通过后处理获得三维真彩色点云数据方法带来的耗时长问题，能有效解决地质灾害勘测、地形地物实时侦查、输电线路实时巡检等应用中时效性要求高的问题。
附图说明
[0017] 图1为本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
[0018] 以下结合附图对本发明作进一步描述：
[0019] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的
实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020] 参照图1，本发明提供一种激光雷达实时成像装置，包括通信连接的移动平台、激光雷达测量单元、取像单元、GNSS基准站、无线传输模块及地面工作站。
[0021] 所述激光雷达测量单元及所述取像单元均装载于所述移动平台；所述移动平台设有移动控制模块，所述移动控制模块用于接收移动指令并控制所述移动平台沿预设方向移动，所述取像单元用于获取被测对象的图像信息；激光雷达测量单元及取像单元通过机械结构装置相对固定于移动平台，移动平台搭载激光雷达测量单元后可以进行大面积测量。
[0022] 所述GNSS基准站用于接收卫星信号并将接收到的所述卫星
信号处理后传输至所述激光雷达测量单元；所述GNSS基准站接收卫星信号后通过RTK数传电台将经过
数据处理与分析后得到的位置和时间信息发送至激光雷达测量单元。
[0023] 所述激光雷达测量单元用于实时采集与处理出被测对象的精确位置、姿态数据及激光测距数据，并结合所述被测对象的图像信息计算出所述被测对象的空间坐标和对应颜色信息以实时形成所述被测对象的三维真彩色点云数据，所述被测对象的三维真彩色点云数据通过所述无线传输模块传至所述地面工作站并实时显示于所述地面工作站。
[0024] 本实施例中，所述激光雷达测量单元包括测姿定位模块、激光扫描仪、图像传感器及控制存储单元；所述测姿定位模块用于获取所述激光雷达实时成像装置当前的位置、速度、时间及姿态信息；所述激光扫描仪具有一定的扫描
角度，用于获取预设范围内被测对象的距离信息；所述图像传感器用于传输所述被测对象的图像信息；所述控制存储单元包括同步控制子单元、数据存储子单元、取像控制子单元及监控子单元；测姿定位模块包括高
精度惯性测量单元(IMU)、机载双频GPS接收机及高性能机载GPS天线，所述激光雷达实时成像装置当前的位置、速度、及姿态信息由高精度惯性测量单元(IMU)获得，所述激光雷达实时成像装置当前的时间信息由机载双频GPS接收机及高性能机载GPS天线组成的授时单元获得；所述测姿定位模块获取的位置及姿态信息与激光扫描仪所获取的距离信息可得到被测对象的三维点云信息；数据通过高精度同步控制，实现实时采集被测对象的空间信息数据和地物属性数据再经过数据配准和融合形成被测对象的真彩色三维激光点云数据，真彩色三维激光点云数据表现形式包括数码图像三维激光点云、红外图像三维激光点云、多光谱图像三维激光点云。
[0025] 在本实施例中，所述控制存储单元分包压缩所述三维真彩色点云数据后通过所述无线传输模块传至所述地面工作站。
[0026] 所述三维真彩色点云数据的压缩方式为快压缩；提高数据处理的及时性。
[0027] 进一步地，所述移动平台为飞行器、地面移动平台或水面移动平台中的一种。
[0028] 所述图像传感器为数码图像传感器、高光谱传感器或红外传感器中的一种。
[0029] 所述取像单元为高清数码相机，所述地面工作站为笔记本电脑；所述高清数码相机与控制存储单元联合工作，周期性获得被测对象的图像信息。
[0030] 所述无线传输模块的传输方式为数传电台、4G蜂窝网络无线传输或5G蜂窝网络无线传输中的一种。
[0031] 本实施例中，所述显示方式为渲染显示，具体的为伪彩色渲染显示，所述渲染形式包括按高程渲染、按回波强度渲染、按回波次数渲染以及按被测对象类别渲染。
[0032] 本实施例还提供一种激光雷达实时成像装置的激光雷达实时成像方法，包括步骤：
[0033] (a)GNSS基准站开机，GNSS基准站接收卫星信号，并将接收到的卫星信号经过数据处理与分析后得到位置和时间信息并发送至激光雷达测量单元。
[0034] (b)激光雷达测量单元开机，地面工作站发送激光雷达测量单元初始化指令。
[0035] (c)激光雷达测量单元接收初始化指令并完成初始化后，激光雷达测量单元接收步骤(a)中GNSS基准站发送的位置和时间信息，激光雷达测量单元接收卫星信号并与所述GNSS基准站发送的位置和时间信息进行实时差分处理，形成激光雷达测量单元的高精度位置信息。
[0036] (d)地面工作站与移动平台进行移动指令及状态交互。
[0037] (e)激光雷达测量单元通过无线传输模块向地面工作站发送经过快压缩的被测对象的三维真彩色点云数据。
[0038] (f)地面工作站对收到的三维真彩色点云数据进行解压分析，所述分析可以通过地面工作站的
软件实现，分析后在地面工作站显示当前作业区域被测对象的三维信息；地面工作站指挥平台对接收到的真彩色点云数据进行解压缩，并显示出来，并实现数据管理与多视角浏览、人与物标记、视域分析、距离测量和路线规划等功能。
[0039] 以下，以移动平台为无人机为例，无人机上的移动控制模块为飞控模块为例，进一步说明本发明的操作流程：
[0040] 步骤1：根据被测地形进行无人机选择，并将无人机展开，所述无人机展开分为机臂展开，机翼展开。
[0041] 步骤2：将激光雷达测量单元通过挂接板挂接安装在移动平台上；安装时遵循右手原则，Y轴正方向与移动平台前进方向相同，Z轴向上。
[0042] 步骤3：激光雷达测量单元电气连线，所述电气连线包括RTK连线，GPS连线，数传电台天线及网口连接，
电池连接，数传电台地面端天线、网口及电池连线。
[0043] 步骤4：上电自查，移动平台上电和激光雷达测量单元通电并启动各模块。
[0044] 步骤5：激光雷达测量单元及移动平台初始化及参数设置，所述初始化包括地面工作站进行初始化设置及参数设置并通过无线传输模块将命令传输至移动平台及激光雷达测量单元。
[0045] 步骤6：飞行规划，所述飞行规划为地面工作站进行航线设计，并将航线信息通过无线传输模块传输至移动平台的飞控。
[0046] 步骤7：系统
起飞进行作业，移动平台按照既定航线进行运动及激光雷达测量单元及取像单元进行三维激光点云及图像
数据采集并通过无线传输平台发送至地面站。
[0047] 步骤8：三维真彩色点云分析，所述分析可以通过地面工作站软件实现，包括点云加载、距离量测、标记路线规划，点云加载后在地面工作站显示当前作业区域地物三维信息。
[0048] 步骤9：结束作业，移动平台返航，停止系统工作。
[0049] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
