專利名稱：基于gps和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種地形測(cè)量裝置，尤其是一種基于GPS和激 光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前我國(guó)土地資源狀況不容樂觀，特別是耕地資源。 一方面是經(jīng) 濟(jì)發(fā)展、城巿擴(kuò)展占用大量的耕地，另一方面是各種自然災(zāi)害和工業(yè) 污染造成大量的耕地?fù)p失。我們正面臨著生活與建設(shè)、保護(hù)與發(fā)展的 矛盾沖突。要維持動(dòng)態(tài)平衡，必須實(shí)行開源與節(jié)流并舉，因而各種措 施已經(jīng)實(shí)施或即將釆用，土地整理是其中的一個(gè)重要措施。農(nóng)用地整 理中一方面要開源，另一方面要通過一系列措施提高土地利用率，實(shí) 現(xiàn)土地的再開發(fā)來達(dá)到節(jié)流的目的。土地開發(fā)整理活動(dòng)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，客觀上需要多種 工程技術(shù)手段的支持。國(guó)家投資土地開發(fā)整理項(xiàng)目運(yùn)作已有幾年時(shí) 間，實(shí)踐證明，還缺少一套系統(tǒng)的技術(shù)方法手段的支持，由此所帶來 的問題已越來越突顯出來。當(dāng)前土地開發(fā)整理中存在的技術(shù)上的問 題，已形成影響土地開發(fā)整理事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，迫切需要解決。 目前主要存在以下幾個(gè)問題 一是土地平整土方量計(jì)算不規(guī)范，難以 核實(shí)；二是現(xiàn)有三維地形信息測(cè)量設(shè)備存在效率低、價(jià)格高，不利于全面推廣等問題。為獲取土地整理項(xiàng)目區(qū)較高精度的三維地形信息，從而進(jìn)一步計(jì) 算工程土方量、編制項(xiàng)目規(guī)劃方案，常用的三維地形測(cè)量設(shè)備，如經(jīng)緯儀、全站儀等，工作效率較低；低精度的GPS( Global Position System全球定位系統(tǒng))接收機(jī)測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)時(shí)精度能夠滿足要求， 但測(cè)量高程坐標(biāo)時(shí)誤差太大；高精度的GPS接收機(jī)成本又非常高，因此研制開發(fā)一套高效率、低成本的農(nóng)用地整理三維地形測(cè)量裝置， 此裝置釆用低成本的GPS接收機(jī)來測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，釆用激 光裝置測(cè)量高程坐標(biāo)，為農(nóng)用地整理中的土方量計(jì)算提供快速有效地 形信息。

實(shí)用新型內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問題
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種農(nóng)用
地整理的高效率、低成本的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝 置。
(二) 技術(shù)方案
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型釆用如下技術(shù)方案
本實(shí)用新型所述的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝置， 包括測(cè)量桿、安裝在測(cè)量桿上的用于測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)的GPS 接收機(jī)和GPS天線，其中還包括用于測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的相對(duì)高程數(shù)據(jù)的 激光接收器和激光發(fā)射器，以及用于釆集、處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)釆集器。
所述數(shù)據(jù)釆集器包括一微處理器，用于系統(tǒng)的初始化、數(shù)據(jù)處理 和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控；
鍵盤，用于輸入高程數(shù)據(jù)，即測(cè)量桿的讀數(shù)；
GPS接收電路，用于接收GPS數(shù)據(jù)；
串行接口電路，與微處理器相連接，經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路后與GPS接收 電路的串口相連接；
電源，與微處理器、GPS接收電路、存儲(chǔ)設(shè)備、顯示模塊、串行 接口電路、電壓轉(zhuǎn)換電路和串行接口電路相連接，為系統(tǒng)中各部分電 路與模塊提供穩(wěn)定的工作電壓。
優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集器還包括一顯示模塊，該模塊通過并行接 口電路，與微處理器相連接，用于實(shí)時(shí)顯示釆集的GPS信息和輸入的 相對(duì)高程信息。更優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)釆集器還包括一存儲(chǔ)設(shè)備，與微處理器相連 接，用于存儲(chǔ)測(cè)量點(diǎn)GPS數(shù)據(jù)和相對(duì)高程數(shù)據(jù)。
所述存儲(chǔ)模塊是U盤文件讀寫模塊。
所述激光接收器固定在測(cè)量桿上，所述激光發(fā)射器通過三腳架設(shè) 置在高程已知點(diǎn)上。
所述測(cè)量桿是升降桿。
所述測(cè)量桿上安裝有升降機(jī)構(gòu)，所述GPS接收機(jī)安裝在該升降 機(jī)構(gòu)上。 (三)有益效果
本實(shí)用新型所述的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝置的 優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型中，測(cè)量待測(cè)點(diǎn)A點(diǎn)的三維坐標(biāo)時(shí)， 首先將GPS接收機(jī)和激光接收器固定在測(cè)量桿上，并將測(cè)量桿放置 在A點(diǎn)，將激光發(fā)射器固定在三角架上后放置在B點(diǎn)，B點(diǎn)的高程是 已知的，通過調(diào)節(jié)測(cè)量桿的高度來接收激光信號(hào)，再根據(jù)測(cè)量桿的 讀數(shù)便可計(jì)算A點(diǎn)的相對(duì)高程；A點(diǎn)的平面坐標(biāo)由GPS接收機(jī)提供； 使用數(shù)據(jù)釆集器將A點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示；通過這種GPS與 激光相結(jié)合的方法來測(cè)量地表三維數(shù)據(jù)。也就是，使用GPS接收機(jī) 獲取測(cè)量點(diǎn)的平面坐標(biāo)信息，使用激光設(shè)備獲取測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)高程 信息，并且能夠?qū)崟r(shí)顯示釆集的數(shù)據(jù)，便于用戶實(shí)時(shí)了解自身所處 位置，還可以將釆集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大容量的存儲(chǔ)設(shè)備中，供用戶對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析、處理使用。所以本實(shí)用新型僅使用精度較低的 GPS接收機(jī)即可，因此具有成本低，效率高的特點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝置
的最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2為本實(shí)用新型中的一個(gè)最佳數(shù)據(jù)采集器實(shí)施例的電路框圖。 其中l(wèi).GPS接收機(jī)；2.GPS天線；3.數(shù)據(jù)釆集器；4.激光接收器；5.激光發(fā)射器；6.測(cè)量桿。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，進(jìn)一步詳細(xì)說明本實(shí)用新型所述的基于GPS和 激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝置的具體實(shí)施方式
，但不用來限制本實(shí) 用新型的保護(hù)范圍。如圖l所示，本實(shí)用新型的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè) 量裝置包括測(cè)量桿6、安裝在測(cè)量桿6上的用于測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的平面 坐標(biāo)的GPS接收機(jī)1和GPS天線2，用于測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的相對(duì)高程數(shù) 據(jù)的激光接收器4和激光發(fā)射器5，以及數(shù)據(jù)釆集器3。其中GPS天 線2安裝在測(cè)量桿6的頂端。其中激光接收器4固定在測(cè)量桿6上， 所述激光發(fā)射器5通過三腳架設(shè)置在高程已知點(diǎn)上。激光發(fā)射器5釆用蘇州 一光JP3作為激光信號(hào)源，其激光類型為 635nm，水平精度為士5mm/50m,工作半徑為150 m,工作電壓為 DC4.8-6V，掃描速度為0-600轉(zhuǎn)/分鐘。通過室內(nèi)測(cè)試，JP3激光發(fā) 射器出射光斑直徑為8mm，利用光學(xué)準(zhǔn)直壓縮系統(tǒng)可以將激光東發(fā) 散角壓縮到O.lmrad之內(nèi)，則在100米外激光東的光斑直徑不大于 2cm。室內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果表明激光發(fā)射系統(tǒng)可以正常掃出一個(gè)較大半 徑、精度較高的水平面，可以用作基準(zhǔn)平面。激光接收器4釆用蘇州一光JP3,其高探測(cè)精度為士lmm(士0.04in)， 普通探測(cè)精度為士2mm(士0.08in),顯示方式為雙面液晶顯示、蜂鳴器， 工作電壓為DC9V堿性電池，可通過聲音提示操作者找到激光發(fā)射器 掃出的基準(zhǔn)平面。激光接收器4內(nèi)置兩片2cm的硅光電池。GPS接收器1釆用NovAtel SUPERSTAR II作為GPS接收模塊。 此接收模塊具有12通道的碼相位與載波相位跟蹤功能，可輸出最高 達(dá)5Hz的PVT(位置、速度、時(shí)間)解算數(shù)據(jù)和高達(dá)10Hz原始觀測(cè) 數(shù)據(jù)，可輸出可調(diào)的、精度為50ns(典型值)的1PPS信號(hào)。其次，此模塊還可在苛刻的條件，如樹葉遮擋，城巿高樓林立等，下提供很 高的可靠性和優(yōu)異的性能。而且體積小、低功耗，易于集成。GPS天線2釆用了具有較高性價(jià)比的國(guó)產(chǎn)GPS和信標(biāo)(GPS Ll/300KHz頻段)二合一天線ZYAMG-B002。測(cè)量桿6可以是普通機(jī)械式升降桿。也可以是不能升降的桿， 這時(shí)，可以通過獨(dú)立的升降機(jī)構(gòu)將GPS接收器1安裝到測(cè)量桿6，使 GPS接收器1相對(duì)于測(cè)量桿6可以升降。升降機(jī)構(gòu)可以釆用現(xiàn)有的導(dǎo) 軌滑塊機(jī)構(gòu)或液壓機(jī)構(gòu)或氣壓機(jī)構(gòu)或電動(dòng)機(jī)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu)形式。如圖2所示，本實(shí)用新型中的數(shù)據(jù)采集器3，包括一微處理器、 一顯示模塊、 一存儲(chǔ)模塊和一鍵盤，高程數(shù)據(jù)通過鍵盤人工輸入數(shù)據(jù) 釆集器3。存儲(chǔ)模塊是U盤文件讀寫模塊。GPS接收機(jī)1通過串行接 口連接在數(shù)據(jù)釆集器3上。微處理器1釆用PHILIPS LPC2100系列32位ARM微控制器， 型號(hào)為L(zhǎng)PC2132。此處理器支持Thumb ( 16位)/ARM ( 32位)雙 指令集，能很好地兼容8位/16位器件；大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器 中完成，指令執(zhí)行速度更快；指令長(zhǎng)度固定；尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí) 行效率高；具有體積小、功耗低、成本低、性能高等特點(diǎn)。 鍵盤2釆用標(biāo)準(zhǔn)的4X4矩陣式鍵盤。GPS數(shù)據(jù)的釆集需要的存儲(chǔ)容量較大，若釆用RAM或EEPROM, 會(huì)受到尋址空間、功耗和體積等因素的限制，而且價(jià)格也較高。因此， 本實(shí)施例中的存儲(chǔ)設(shè)備釆用南京沁恒電子公司CH375U盤文件讀寫 模塊，可定時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到U盤中。顯示模塊釆用北京青云創(chuàng)新公司LCM12864ZK中文字庫(kù)圖形液 晶顯示模塊，工作電壓5V，最大工作電流lmA，主控制器芯片是 SED1520的圖形點(diǎn)陣式液晶模塊。接口電路釆用間接控制的方式，八 條數(shù)據(jù)線與并行接口電路相連，另外用微處理器的1/0 口來控制其讀 寫和使能。電源將提供大部分芯片正常工作所需的5V電壓，；釆用12V-5V 的電源芯片LT1764A。
電壓轉(zhuǎn)換電路芯片采用National Semiconductor低壓差電壓調(diào)節(jié) 器LM117-3.3。電壓轉(zhuǎn)換電路可將微處理器的TTL電平轉(zhuǎn)化為GPS 接收電路的RS232電平。
串口電路和并行接口電路釆用常規(guī)方式接入。
參照?qǐng)D1,其中A點(diǎn)為高程待測(cè)點(diǎn)，B點(diǎn)為高程已知點(diǎn)，a為激
光接收器距離地表高度，b為激光發(fā)射器距離地表高度，hAB為A點(diǎn)
和B點(diǎn)的相對(duì)高差。本實(shí)施例的工作過程為在高程已知點(diǎn)B點(diǎn)固 定激光發(fā)射器5，調(diào)整至水平后打開使其掃出一個(gè)水平基準(zhǔn)的激光平 面，該平面距離B點(diǎn)的高度為b。測(cè)量者攜帶此激光發(fā)射器5在待測(cè) 地中行走，并在標(biāo)記好的特征點(diǎn)處停頓測(cè)量。測(cè)量步驟為手動(dòng)升降 測(cè)量桿6，找到一個(gè)高度，該處距離地表A點(diǎn)距離為a，使得激光接 收器4的正中點(diǎn)剛好在基準(zhǔn)激光平面上。hAB為A點(diǎn)和B點(diǎn)的相對(duì)高 差，即hAB，b。此時(shí)，激光機(jī)收器4會(huì)發(fā)出"P畢"的聲音。操作人讀 出此時(shí)測(cè)量桿6的數(shù)值，即a值，并將其鍵入到附在測(cè)量桿6上的數(shù) 據(jù)采集器3中。同時(shí)將由GPS接收機(jī)1測(cè)量的經(jīng)絳度值和操作者鍵 入的高度值保存在數(shù)據(jù)采集器3的USB存儲(chǔ)設(shè)備中。
以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離 本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利 要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1. 一種基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝置，包括測(cè)量桿 (6)、安裝在測(cè)量桿(6)上的用于測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)的GPS接收機(jī)(1)和GPS天線(2)，其特征在于還包括用于測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的相 對(duì)高程數(shù)據(jù)的激光接收器(4)和激光發(fā)射器(5)，以及用于釆集、 處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量 裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)釆集器(3)包括微處理器，用于系統(tǒng)的初始化、數(shù)據(jù)處理和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控； 鍵盤，用于輸入高程數(shù)據(jù)，即測(cè)量桿的讀數(shù)； GPS接收電路，用于接收GPS數(shù)據(jù)；串行接口電路，與微處理器相連接，經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路后與GPS接收 電路的串口相連接；電源，與微處理器、GPS接收電路、存儲(chǔ)設(shè)備、顯示模塊、串行 接口電路、電壓轉(zhuǎn)換電路和串行接口電路相連接，為系統(tǒng)中各部分電 路與模塊提供穩(wěn)定的工作電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝置，其特征在于還包括一顯示模塊，該模塊通過并行接口電路，與微處理器相連接，用于實(shí)時(shí)顯示釆集的GPS信息和輸入的相對(duì)高程信 白^、 o
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形 測(cè)量裝置，其特征在于還包括一存儲(chǔ)設(shè)備，與微處理器相連接，用于 存儲(chǔ)測(cè)量點(diǎn)GPS數(shù)據(jù)和相對(duì)高程數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量 裝置，其特征在于所述存儲(chǔ)模塊是U盤文件讀寫模塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝 置，其特征在于所述激光接收器(4)固定在測(cè)量桿(6)上，所述激光發(fā)射器(5)通過三腳架設(shè)置在高程已知點(diǎn)上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝 置，其特征在于所述測(cè)量桿(6)是升降桿。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝 置，其特征在于所述測(cè)量桿(6)上安裝有升降機(jī)構(gòu)，所述GPS接收 機(jī)(1)安裝在該升降機(jī)構(gòu)上。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種基于GPS和激光技術(shù)的三維地形測(cè)量裝置，包括測(cè)量桿、安裝在測(cè)量桿上的用于測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)的GPS接收機(jī)和GPS天線，其中還包括用于測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的相對(duì)高程數(shù)據(jù)的激光接收器和激光發(fā)射器，以及用于采集、顯示、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器。使用GPS接收機(jī)獲取測(cè)量點(diǎn)的平面坐標(biāo)信息，使用激光設(shè)備獲取測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)高程信息，并且能夠?qū)崟r(shí)顯示采集的數(shù)據(jù)，便于用戶實(shí)時(shí)了解自身所處位置，還可以將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大容量的存儲(chǔ)設(shè)備中，供用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析、處理使用。所以本實(shí)用新型僅使用精度較低的GPS接收機(jī)即可，因此具有成本低，效率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/02GK201155968SQ20082007903
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者剛 劉, 漫 張, 汪懋華, 賈文濤, 雨 陳 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)