轻便型移动丈量体系渠道规划与研发

　　移动丈量体系一般搭载在轿车移动渠道上，为扩展运用场合，习惯大街狭隘、障碍物多、电网线路密布的荫蔽区域，以及巨大车辆难以通行的地下停车场、防空洞等地下空间，本文依据原有轿车渠道，通过自主机械、电路规划，电源加工，研发出一套搭载在电动三轮车上的轻便型移动丈量体系渠道，完结了可拆开、便于带着、运用便利、安全牢靠、漂亮大方的方针。新研发的体系渠道在数据获取方面作业安稳，通过体系标定和全体检校后，数据收集精度无显着下降，安稳牢靠。

　　引文格局：张传帅，赵 路，来平军，等.轻便型移动丈量体系渠道规划与研发[J].地理信息国际,2022,29(3):71-76.

　　移动丈量体系是由若干子体系组成的杂乱的高度集成体系，一般搭载在轿车移动渠道上，是当今测绘界最为前沿的技能之一，已在城市规划、路途工程测绘、智能交通和数字城市等方面得到深化运用。北京四维远见的SSW体系运用于城市部件丈量、IPS2运用于高速公路丈量，华测多渠道移动丈量体系运用于城市路途建模等。

　　依据电动三轮车渠道的轻便型移动丈量体系，体积小，中心渠道可拆开，便于带着和长间隔运送，在必定程度上扩展体系运用场合，习惯大街狭隘、障碍物多、电网线路密布的荫蔽区域，以及较大、较高车辆通行困难的地下停车场、防空洞等空间环境。轻便型移动丈量体系可快速获取全面完好的空间三维信息，给惯例、传统的丈量带来新的打破。

　　本文从实践运用动身，具体介绍了轻便型移动丈量体系可拆开、便于带着、运用便利、安全牢靠等特色，以及自主规划、加工、研发、检校、测验的全进程，进一步阐明依据电动三轮车渠道的轻便型移动丈量体系安稳牢靠。

　　轻便型移动丈量体系可选渠道多种多样（表1），通过比较剖析，车型开始选定为三轮车。

　　三轮车分为油动和电动两种。油动三轮车动力微弱，但在城市中遍及操控严厉，易呈现上路难的问题。电动三轮车是以电瓶为首要动力，电机为驱动的拉货或拉人用的运送工具。电机选用直流串激牵引式有刷或无刷电机，内部设有调速增力设备，正常运用不易损坏，确保了输出动力微弱。电动三轮车动力弥补便利，是市场上最遍及的，也是最简略完结异地选购替换的。

　　为了更直观地对依据电动三轮车的移动丈量体系渠道计划进行评价，运用Trimble SketchUp 8建模软件依照实在尺度原份额搭建了电动三轮车三维模型，并在此根底上拟定了5套计划（表2）。

　　结合体系安全性、漂亮程度、改装本钱、可拆开性、便于带着、有用性、可操作性等方面的剖析比对后，终究选定计划3作为依据电动三轮车的轻便型移动丈量体系渠道全体计划。

　　机械规划与加工的首要作业包括车顶渠道与车轮编码体系轮盘的规划与加工，以及箱体封装、车辆加固处理等。车顶渠道包括一体机安顿渠道和相机支柱立杆安顿渠道两部分，其间，一体机安顿渠道由4部分组成，包括钢架立体箱体、顶 部钢板与铝板衔接板、仪器脚压块、闪光灯警示装置部件（图1）。具体尺度依照激光一体机实践尺度进行量取，激光一体机间隔地上高度1.75m。

　　钢架立体箱选用7mm钢板焊接而成，顶部先铺设钢板再与铝板衔接，仪器装置完毕后，用仪器脚压块进行压盖，防止仪器抓脚的磨损。一起渠道装置闪光灯警示部件，在数据收集时作业，用于警示路人，确保仪器设备的安全。钢架立体箱与底部只要4个固定螺丝，便于拆开。旁边面别离开设有两个小门，一侧小门内部安顿小液晶显示器，小门放下之后可作为操作台面，便于体系操控，操作便利便利，就另一侧小门可用来存储键盘鼠标总控电源等其他设备。

　　相机立杆安顿渠道机械规划加工（图2），由相机支杆底座、相机立柱支杆、立柱固定部件3部分组成。其间，相机支杆底座起到固定装置渠道的效果，相机立柱支杆选用无缝钢管原料，为相机供给满足的拍照高度和支撑，立柱固定部件确保立柱支杆处于竖直状况，拆开后能装置到相同的方位，相机立柱支杆用7个螺丝固定，可全体取下，分两节设置，最长75cm，全体高度2.25m。

　　车轮编码体系轮盘直接选用同轴心的过度盘安顿，原料选用铝制法兰盘，通过加长过渡螺丝衔接。车顶渠道与车轮编码体系轮盘部分可拆开，装置到同类型电动三轮车上或许其他商标的电动三轮车，只要与三轮车车轮定位螺丝参数共同均可。一切规划加工完结后，在西安市浐灞生态区东郊某机械加工厂，依照规划要求进行现场定制加工，20天完结机械加工部分，终究完结硬件部分渠道研发（图3）。

　　电路规划与电源加工以便利带着、便于操作为基本准则，包括电源操控箱、辅佐电源、充电电路3部分。

　　1）电源操控箱是移动丈量体系设备供电操控体系的中心部分，分为3路向全景相机、工控机、激光扫描仪供电，供给12V、10A电流的供电电路，一起可向外部供电，作为220V的供电电源和充电电源，具有电量检测、USB充电等多用途功用。电源部分选用定制的200AH锂电池，重量轻，便于运送和带着。电源操控箱内部选用标准化插接件衔接，操作简略、牢靠、便利。全体集成在一个电源操控箱内。

　　2）辅佐电源是在体系正常作业时有源向锂电池充电，一起用于逆变220V给显示器和闪光灯供电。辅佐电源部分不间断输出220V电源（700W），向电源箱锂电池充电，使锂电池电压安稳在12.2V左右，有用确保移动丈量体系设备正常作业。

　　3）为完结体系搭载各个电瓶的充电使命，依照可移动拆开、便于带着的全体准则，规划充电电路部分，进行电路集成处理，通过一个220V市电电源接口即可完结一切电瓶的充电。替换车辆时一切线路均可带走，拆开、装置也很便利，最大程度上防止了插错电源线现象的产生。

　　通过接连3天的外业测验，体系设备作业正常、全体充电作业状况安稳、牢靠、有用、便利。

　　体系标定参数通过移动丈量厂家供给的大车标定参数，直接得到电动三轮车的标定参数，全体检校参数则通过实测数据获取。

　　体系的标定参数是求取GNSS中心方位与IMU中心方位相对偏移量的进程，是确保体系组合导航核算成果安稳牢靠的根底。

　　移动丈量体系厂商在供给设备的一起已供给移动丈量体系的标定参数。将移动丈量渠道从轿车渠道移至电动三轮车渠道进程中，GNSS中心方位与IMU中心方位相对偏移量产生了显着的改变，为了确保组合导航成果的牢靠性，需求将其相对偏移量准确求取。

　　为了处理这个难题，本文提出一种直接求取体系标定参数的办法。因为GNSS中心方位与IMU中心方位相对偏移量只触及XYZ 3个方向和视点无关，故运用REIGL 激光扫描仪在越野车渠道和电动三轮车渠道别离进行准确扫描，通过别离提取一体机固定点位与GNSS天线固定点位信息的办法，确认两者的较差；再由移动丈量厂商供给的原标定参数，直接得到新的GNSS中心方位与IMU中心方位相对偏移量，在扫描得到的激光点云数据上进行点位提取，进程如图4所示。

　　此办法操作简略，但需求运用地上激光扫描仪设备。在测区不具有地上激光扫描仪设备条件的，可运用全站仪准确丈量，替代地上激光扫描仪。

　　1）标定程序完结。用特征点惯例丈量坐标和点云坐标构建法方程式，解算出激光扫描仪和IMU间的相对姿势，归纳标定流程如图5所示。

　　2）数据收集。数据收集的首选方位为路途两旁有房屋角等特征点的十字路口（图6），蓝色线代表路途两旁的建筑物等地物，绿色箭头代表行车轨道与方向，赤色箭头代表扫描方向。数据收集时，每条行车轨道线至少收集两遍数据，外业收集人员具体记载跋涉方向、扫描方向以及对应的文件名等。

　　运用激光扫描仪随机数据收集软件设置相关参数，收集方针地物点云数据。通过相反跋涉方向的数据收集可以更好地消除体系误差，减小参数间的相关性。减慢跋涉速度可以在操控点区域得到更多的点云，实践扫描时要尽量下降车辆跋涉速度，并绕检校场所（建筑物）正反跋涉两周。在西安外业基地楼底已知点架起基站，选定公园南路、金犊路十字路口进行数据收集，标定数据扫描轨道如图7所示。

　　3）操控点数据收集。操控点数据收集是选用传统丈量办法进行，通过在外业基地架起网络RTK作为基准站，通过对应活动站在标定路段作地上操控图根点，运用全站仪，运用地上操控图根点，进行操控点数据收集。

　　4）操控点点云数据收集。用激光扫描仪和IMU间的相对姿势初值解算扫描数据，得到标定路段十字路口点云数据。用RealScene阅读点云数据，将操控点映射至点云中选取操控点对的点云，记载坐标和时刻，依据时刻查找核算相应的姿势数据。

　　5）参数核算及成果验证。参数核算运用MMS_CAL程序完结，核算成果如图8 所示，包括X方向（笔直于车辆前进方向）偏移量、Y方向（车辆前进方向）偏移量、Z方向（笔直方向）偏移量、航向角Yaw、俯仰角Pitch、翻滚角Roll 6个参数。用核算求取的参数，重新解算点云数据，并将操控点映射到点云中，点云精度显着提高。

　　6）参数精化。在同一条路往复扫描点云中杆状地物（如电线杆）的重合联系，完结激光扫描仪和 IMU 间夹角修正和精化。

　　在接近西安市南三环的公园南路南段进行体系测验，测验路段两边以搁置未开发商业用地为主，存在单个高层建筑，全体交通状况良好，GPS信号优，一起路途两边有成排行树及路灯，便于后期调查点云数据往复检测扫描精度和精度检测比对。为确保本次测验的丈量精度，在间隔测验路段6500m处的测绘路4号西安外业基地办公大楼楼顶安顿一处地上基准站。

　　现场选用依据电动三轮车的轻便型移动丈量体系渠道进行数据收集，电动三轮车均匀时速15km/h，收集时刻40min，体系初始化时刻和完毕化时刻均为10min，全程在辅路跋涉。现场总计收集单程路程约9km，全景相片 1238 组，合计7422张，巨细为45.6GB，激光数据文件75个，巨细为9.34GB。体系电压从13.6V降至13.2V，保持在正常电压范围内，全景相机体系、激光扫描仪、GNSS模块、IMU模块、车轮编码器、工控机部分均能完结正常作业。一起在测验路段通过RTK布设图根操控点，全站仪收集碎部点的办法获取外业丈量检测点。点云数据和外业检测点坐标系为WGS84空间直角坐标系。

　　将外业丈量检测点映射到点云数据中，在点云数据中选取对应丈量特征点，坐标数据导出后与外业丈量检测点进行比较，计算误差信息并对精度进行评价。平面坐标精度评价进程中收集房角、门墩、围墙角、栅门等显着平面特征点，高程精度评价进程中选取接近方位的高程点。通过在点云数据上选取与外业丈量检测点共同的平面点40个和高程点97个，得到的平面精度见表3，高程精度见表4。

　　轻便型移动丈量体系渠道达到了可拆开、便于带着、运用便利、安全牢靠、漂亮大方，体系全体功能未受过多影响的方针。体系在数据获取方面体现正常，通过体系标定和全体检校后，数据收集精度无显着下降，全体安稳牢靠。

　　因为轻便型移动丈量体系渠道在机械规划加工、电路集成、体系标定和全体检校方面都存在必定的改善空间，亟需在生产工艺、点云纠正办法、激光扫描仪内部时刻跳转等要害点上进行深化研究和改善，进一步推进演示引领效果。

　　作者简介：张传帅（1987―），男，河南南阳人，工程师，硕士，首要从事无人机与激光扫描移动丈量体系工程化运用作业

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