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Title:
THREE-DIMENSIONAL TOPOGRAPHIC MAPPING SYSTEM AND MAPPING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/054701
Kind Code:
A1
Abstract:
A three-dimensional topographic mapping system and mapping method. The system comprises: a floating resident platform (1), a detection apparatus (2) and a ground apparatus (3), wherein the floating resident platform (1) is located in the stratosphere above a predetermined ground area to be mapped, and the detection apparatus (2) is arranged on the floating resident platform (1) and is used to map the predetermined ground area according to mapping instruction information sent by the ground apparatus (3) and return mapping data to the ground apparatus (3); and the ground apparatus (3) obtains DEM data after processing the returned mapping data. A predetermined ground area is mapped by arranging a detection apparatus (2) on a floating resident platform (1), and mapping data is calculated with the cooperation of a ground apparatus (3), thereby implementing highly efficient and accurate mapping of three-dimensional DEM data, and solving the problem of relatively low mapping accuracy and efficiency when performing three-dimensional DEM data mapping by adopting a remote-control aeroplane in the prior art.

Inventors:
LIU RUOPENG (CN)
LUAN LIN (CN)
ZHOU WENLONG (CN)
LU JIANGHUANG (CN)
YAO XIAOHUI (CN)
ZHONG WEIAN (CN)
Application Number:
PCT/CN2016/100304
Publication Date:
April 06, 2017
Filing Date:
September 27, 2016
Export Citation:
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Assignee:
DONGGUAN FRONTIER TECH INST (CN)
SHENZHEN KUANG-CHI SPACE TECH CO LTD (CN)
International Classes:
G01C21/32; G01S17/86; G01S17/89; G05D1/10
Foreign References:
CN1184929A1998-06-17
CN101241011A2008-08-13
CN203005740U2013-06-19
US20090284258A12009-11-19
Other References:
HUO, WEI ET AL.: "ping21iu2ceng2 ping2tai2 ren4wu4 xi4tong3 yuan2xing2 she4ji4 yu3 yan2jiu2", JOURNAL OF CHINA ACADEMY OF ELECTRONICS AND INFORMATION TECHNOLOGY, vol. 8, no. 3, 30 June 2013 (2013-06-30), pages 316 - 319, XP009507901, ISSN: 1673-5692
See also references of EP 3309513A4
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Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 一种三维地形测绘系统, 其特征在于, 包括:

浮空驻留平台, 其中, 所述浮空驻留平台位于待测绘的预定地面区域 上空的平流层中;

探测装置, 设置在所述浮空驻留平台上, 用于根据地面装置发送的测 绘指令信息对所述预定地面区域进行测绘并将测绘数据返回所述地面 装置; 以及

所述地面装置, 用于根据预定的测绘任务向所述探测装置发送所述测 绘指令信息, 并对所述探测装置返回的所述测绘数据进行处理, 得到 所述预定地面区域的三维数字高程模型 DEM数据。

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的系统, 其特征在于, 所述探测装置包括:

探测角度调整装置, 与激光雷达探测器连接, 用于根据控制器解算的 探测吋间信息和探测角度信息控制所述激光雷达探测器指向所述预定 地面区域的起始探测点并按预定轨迹指向所述预定地面区域的所有目 标探测点;

所述激光雷达探测器, 用于根据所述控制器解算的探测吋间信息向所 述预定地面区域的所有所述目标探测点发送第一激光探测信号, 并接 收所述目标探测点反射回来的第二激光探测信号; 所述控制器, 分别与所述探测角度调整装置和所述激光雷达探测器连 接, 用于根据所述测绘指令信息解算所述探测吋间信息和所述探测角 度信息以及将所述第一激光探测信号和所述第二激光探测信号形成所 述测绘数据返回所述地面装置。

[权利要求 3] 根据权利要求 2所述的系统, 其特征在于, 所述激光雷达探测器包括 激光发生单元, 用于产生所述第一激光探测信号; 激光发射头, 与所述激光发生单元连接, 用于向所述预定地面区域的 所述目标探测点发送所述第一激光探测信号;

反射式望远镜, 用于接收所述预定地面区域的所述目标探测点反射回 来的所述第二激光探测信号。

根据权利要求 2所述的系统, 其特征在于, 所述探测角度调整装置包 括:

俯仰角度调节单元, 用于调节所述激光雷达探测器的俯仰角度; 水平角度调节单元, 用于调节所述激光雷达探测器的水平角度。 根据权利要求 2所述的系统, 其特征在于, 所述控制器包括: 计算单元, 用于根据所述测绘指令信息解算所述探测吋间信息和所述 探测角度信息;

信息添加单元, 用于将所述探测吋间信息、 所述探测角度信息以及所 述激光雷达探测器的三维位置坐标加入所述第一激光探测信号和所述 第二激光探测信号; 以及

编码单元, 用于对加入所述探测吋间信息、 所述探测角度信息以及所 述激光雷达探测器的三维位置坐标后的所述第一激光探测信号和所述 第二激光探测信号进行编码, 得到所述测绘数据。

根据权利要求 5所述的系统, 其特征在于, 所述探测装置还包括: 全球定位系统 GPS设备, 与所述控制器连接, 用于采集所述激光雷达 探测器的所述三维位置坐标以及更新所述控制器的基准吋间。

根据权利要求 5所述的系统, 其特征在于, 所述探测装置还包括: 风速测量装置, 与所述控制器连接, 用于采集所述激光雷达探测器所 处位置的风速信息, 其中, 所述编码单元还用于根据所述风速信息对 所述激光雷达探测器的所述三维位置坐标进行修正。

根据权利要求 2所述的系统, 其特征在于, 所述探测装置还包括: 信号处理器, 与所述激光雷达探测器连接, 用于对所述目标探测点反 射回来的所述第二激光探测信号进行处理。

根据权利要求 2所述的系统, 其特征在于, 所述探测装置还包括: 通信天线, 与所述控制器连接, 所述控制器通过所述通信天线接收所 述测绘指令信息, 并通过所述通信天线将所述测绘数据返回所述地面 装置。 一种采用权利要求 1至 9任一项所述的三维地形测绘系统进行三维地形 测绘的方法, 其特征在于, 包括:

接收所述三维地形测绘系统的地面装置根据预定的测绘任务发送的测 绘指令信息;

根据所述测绘指令信息对预定地面区域进行测绘并将所述测绘数据返 回所述地面装置进行处理, 得到所述预定地面区域的三维 DEM数据 根据权利要求 10所述的方法, 其特征在于, 根据所述测绘指令信息对 预定地面区域进行测绘, 包括:

根据所述测绘指令信息解算探测吋间信息和探测角度信息; 根据解算的所述探测吋间信息和所述探测角度信息控制所述三维地形 测绘系统的激光雷达探测器指向所述预定地面区域的起始探测点并按 预定轨迹指向所述预定地面区域的所有目标探测点;

根据解算的探测吋间信息控制所述激光雷达探测器向所有所述目标探 测点发送第一激光探测信号, 并接收所述目标探测点反射回来的第二 激光探测信号;

将所述探测吋间信息、 所述探测角度信息以及所述激光雷达探测器的 三维位置坐标加入所述第一激光探测信号和所述第二激光探测信号后 进行编码形成所述测绘数据返回所述地面装置。

根据权利要求 11所述的方法, 其特征在于, 在将所述探测吋间信息、 所述探测角度信息以及所述激光雷达探测器的三维位置坐标加入所述 第一激光探测信号和所述第二激光探测信号之前, 还包括: 对所述目标探测点反射回来的所述第二激光探测信号进行处理。 根据权利要求 12所述的方法, 其特征在于, 对所述目标探测点反射回 来的所述第二激光探测信号进行处理包括以下至少之一:

窄带滤波、 光电转换、 功率放大。

根据权利要求 11所述的方法, 其特征在于, 将所述探测吋间信息、 所 述探测角度信息以及所述激光雷达探测器的三维位置坐标加入所述第 一激光探测信号和所述第二激光探测信号, 包括:

采集所述激光雷达探测器所处位置的风速信息, 以及根据所述风速信 息对所述激光雷达探测器的所述三维位置坐标进行修正。

[权利要求 15] 根据权利要求 11所述的方法, 其特征在于, 将所述测绘数据发送至所 述地面装置之后, 还包括:

由所述地面装置解算所述向目标探测点发送的所述第一激光探测信号 的发送吋间和对应的所述第二激光探测信号的接收吋间的吋间差; 根据所述吋间差解算得到所述激光雷达探测器与所述目标探测点之间 的距离;

根据所述激光雷达探测器的所述三维位置坐标、 所述探测角度信息以 及所述激光雷达探测器与所述目标探测点之间的距离解算得到所述目 标探测点的三维位置坐标;

根据所述探测吋间信息将所述预定地面区域的所有目标探测点的三维 位置坐标进行汇总得到所述预定地面区域的三维 DEM数据。

Description:
≡隱开漏会 P扁 、法

技术领域

[0001] 本发明涉及测绘技术领域, 具体而言, 涉及一种三维地形测绘系统以及测绘方 法。

背景技术

[0002] 随着科技的高速发展, 人类活动对地图精确度、 更新率的要求越来越高, 小到 生活出行、 厂房建筑, 大到城市规划、 军事测绘, 高精度的三维数字高程模型

(Digital Elevation Model, 简称 DEM) 数据获取成为测绘领域的关注热点。 对于 三维 DEM数据获取工作, 地面人工测绘是最原始和有效的方法, 其可以获得最 精确和最高分辨率的测绘数据, 然而地面人工测绘也有其缺点: 效率低, 耗费 大量的人力、 吋间成本, 不适宜于大范围的测绘作业; 目前, 航空摄影测量是 快速获取高分辨、 高精度的 DEM数据主要途径, 然而航空测绘受到航空管制的 影响, 申请测绘航线比较困难, 尤其在重点城市区域, 航空测绘更加收到限制 , 从而使航空测绘难以保证更新速度;

技术问题

[0003] 基于此, 为了避免航空管制的影响, 现有技术中通过将激光测绘雷达安装在遥 控飞机上从而实现大地测绘的方法。 该方法采用遥控飞机作为测绘载体, 避免 了航空管制对测绘工作的影响。 然而其也存在一定的缺陷: (1) 遥控飞机飞行 稳定性差, 从而使测绘精度难以保证; (2) 遥控飞机飞行高度低, 虽然激光测 绘单点的分辨率高, 但是其测绘足印小, 需要非常长的吋间才能实现大范围测 绘, 测绘效率较低。

[0004] 针对现有技术中采用遥控飞机进行三维 DEM数据测绘吋测绘精度以及测绘效率 较低的问题, 目前尚未提出有效的解决方案。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明的主要目的在于提供一种三维地形测绘 系统以及测绘方法, 以解决现有 技术中采用遥控飞机进行三维 DEM数据测绘吋测绘精度以及测绘效率较低的问 题。

[0006] 为了实现上述目的, 根据本发明实施例的一个方面, 提供了一种三维地形测绘 系统, 根据本发明的三维地形测绘系统包括: 浮空驻留平台, 其中, 所述浮空 驻留平台位于待测绘的预定地面区域上空的平 流层中; 探测装置, 设置在所述 浮空驻留平台上, 用于根据地面装置发送的测绘指令信息对预定 地面区域进行 测绘并将测绘数据返回所述地面装置; 以及所述地面装置, 用于根据预定的测 绘任务向所述探测装置发送所述测绘指令信息 , 并对所述探测装置返回的所述 测绘数据进行处理, 得到所述预定地面区域的三维数字高程模型 DEM数据。

[0007] 可选地, 所述探测装置包括: 探测角度调整装置, 与激光雷达探测器连接, 用 于根据控制器解算的探测吋间信息和探测角度 信息控制激光雷达探测器指向所 述预定地面区域的起始探测点并按预定轨迹指 向所述预定地面区域的所有目标 探测点; 所述激光雷达探测器, 用于根据所述控制器解算的探测吋间信息向所 述预定地面区域的所有所述目标探测点发送第 一激光探测信号, 并接收所述目 标探测点反射回来的第二激光探测信号; 所述控制器, 分别与所述探测角度调 整装置和所述激光雷达探测器连接, 用于根据所述测绘指令信息解算所述探测 吋间信息和所述探测角度信息以及将所述第一 激光探测信号和所述第二激光探 测信号形成所述测绘数据返回所述地面装置。

[0008] 可选地, 所述激光雷达探测器包括: 激光发生单元, 用于产生所述第一激光探 测信号; 激光发射头, 与所述激光发生单元连接, 用于向所述预定地面区域的 所述目标探测点发送所述第一激光探测信号; 反射式望远镜, 用于接收所述预 定地面区域的所述目标探测点反射回来的所述 第二激光探测信号。

[0009] 可选地, 所述探测角度调整装置包括: 俯仰角度调节单元, 用于调节所述激光 雷达探测器的俯仰角度; 水平角度调节单元, 用于调节所述激光雷达探测器的 水平角度。

[0010] 可选地, 所述控制器包括: 计算单元, 用于根据所述测绘指令信息解算所述探 测吋间信息和所述探测角度信息; 信息添加单元, 用于将所述探测吋间信息、 所述探测角度信息以及所述激光雷达探测器的 三维位置坐标加入所述第一激光 探测信号和所述第二激光探测信号; 以及编码单元, 用于对加入所述探测吋间 信息、 所述探测角度信息以及所述激光雷达探测器的 三维位置坐标后的所述第 一激光探测信号和所述第二激光探测信号进行 编码, 得到所述测绘数据。

[0011] 可选地, 所述探测装置还包括: 全球定位系统 GPS设备, 与所述控制器连接, 用于采集所述激光雷达探测器的所述三维位置 坐标以及更新所述控制器的基准 吋间。

[0012] 可选地, 所述探测装置还包括: 风速测量装置, 与所述控制器连接, 用于采集 所述激光雷达探测器所处位置的风速信息, 其中, 所述编码单元还用于根据所 述风速信息对所述激光雷达探测器的所述三维 位置坐标进行修正。

[0013] 可选地, 所述探测装置还包括: 信号处理器, 与所述激光雷达探测器连接, 用 于对所述目标探测点反射回来的所述第二激光 探测信号进行处理。

[0014] 可选地, 所述探测装置还包括: 通信天线, 与所述控制器连接, 所述控制器通 过所述通信天线接收所述测绘指令信息, 并通过所述通信天线将所述测绘数据 返回所述地面装置。

[0015] 为了实现上述目的, 根据本发明实施例的另一方面, 提供了一种采用上述三维 地形测绘系统进行三维地形测绘的方法。 根据本发明的三维地形测绘的方法包 括: 接收所述三维地形测绘系统的地面装置根据预 定的测绘任务发送的测绘指 令信息; 根据所述测绘指令信息对预定地面区域进行测 绘并将所述测绘数据返 回所述地面装置进行处理, 得到所述预定地面区域的三维 DEM数据。

[0016] 可选地, 根据所述测绘指令信息对预定地面区域进行测 绘, 包括: 根据所述测 绘指令信息解算探测吋间信息和探测角度信息 ; 根据解算的所述探测吋间信息 和所述探测角度信息控制所述三维地形测绘系 统的激光雷达探测器指向所述预 定地面区域的起始探测点并按预定轨迹指向所 述预定地面区域的所有目标探测 点; 根据解算的探测吋间信息控制所述激光雷达探 测器向所有所述目标探测点 发送第一激光探测信号, 并接收所述目标探测点反射回来的第二激光探 测信号 ; 将所述探测吋间信息、 所述探测角度信息以及所述激光雷达探测器的 三维位 置坐标加入所述第一激光探测信号和所述第二 激光探测信号后进行编码形成所 述测绘数据返回所述地面装置。 [0017] 可选地, 在将所述探测吋间信息、 所述探测角度信息以及所述激光雷达探测器 的三维位置坐标加入所述第一激光探测信号和 所述第二激光探测信号之前, 还 包括: 对所述目标探测点反射回来的所述第二激光探 测信号进行处理。

[0018] 可选地, 对所述目标探测点反射回来的所述第二激光探 测信号进行处理包括以 下至少之一: 窄带滤波、 光电转换、 功率放大。

[0019] 可选地, 将所述探测吋间信息、 所述探测角度信息以及所述激光雷达探测器的 三维位置坐标加入所述第一激光探测信号和所 述第二激光探测信号, 包括: 采 集所述激光雷达探测器所处位置的风速信息, 以及根据所述风速信息对所述激 光雷达探测器的所述三维位置坐标进行修正。

[0020] 可选地, 将所述测绘数据发送至所述地面装置之后, 还包括: 由所述地面装置 解算所述向目标探测点发送的所述第一激光探 测信号的发送吋间和对应的所述 第二激光探测信号的接收吋间的吋间差; 根据所述吋间差解算得到所述激光雷 达探测器与所述目标探测点之间的距离; 根据所述激光雷达探测器的所述三维 位置坐标、 所述探测角度信息以及所述激光雷达探测器与 所述目标探测点之间 的距离解算得到所述目标探测点的三维位置坐 标; 根据所述探测吋间信息将所 述预定地面区域的所有目标探测点的三维位置 坐标进行汇总得到所述预定地面 区域的三维 DEM数据。

发明的有益效果

有益效果

[0021] 根据发明实施例的三维地形测绘系统以及测绘 方法, 采用浮空驻留平台的稳定 性和定点驻留的特性, 通过将激光雷达探测装置设置在浮空驻留平台 上对预定 地面区域进行测绘, 同吋配合地面装置对测绘数据进行解算得到预 定地面区域 的三维 DEM数据, 从而实现三维 DEM数据的高效和精确测绘, 解决了现有技术 中采用遥控飞机进行三维 DEM数据测绘吋测绘精度以及测绘效率较低的问 题, 进而达到了对三维 DEM数据进行大范围、 持续、 快速、 高精度测绘的技术效果

对附图的简要说明

附图说明 [0022] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明 的进一步理解, 本发明的示意性 实施例及其说明用于解释本发明, 并不构成对本发明的不当限定。 在附图中:

[0023] 图 1是根据本发明实施例可选的一种三维地形测 系统结构示意图;

[0024] 图 2是根据本发明实施例可选的另一种三维地形 绘系统结构示意图;

[0025] 图 3是根据本发明实施例可选的一种三维地形测 系统结构框图;

[0026] 图 4是根据本发明实施例可选的一种三维地形测 的方法流程图;

[0027] 图 5是根据本发明实施例可选的另一种三维地形 绘方法的流程图;

[0028] 图 6是根据本发明实施例可选的一种三维地形测 数据处理流程图。

本发明的实施方式

[0029] 需要说明的是, 在不冲突的情况下, 本申请中的实施例及实施例中的特征可以 相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发 明。

[0030] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方 案, 下面将结合本发明实施例中 的附图, 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述, 显然, 所描述 的实施例仅仅是本发明一部分的实施例, 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做出创造性劳动前 提下所获得的所有其 他实施例, 都应当属于本发明保护的范围。

[0031] 需要说明的是, 本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的 术语"第一"、 " 第二"等是用于区别类似的对象, 而不必用于描述特定的顺序或先后次序。 应该 理解这样使用的数据在适当情况下可以互换, 以便这里描述的本发明的实施例 。 此外, 术语"包括"和"具有"以及他们的任何变形, 意图在于覆盖不排他的包含 , 例如, 包含了一系列步骤或单元的过程、 方法、 系统、 产品或设备不必限于 清楚地列出的那些步骤或单元, 而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程 、 方法、 产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0032] 实施例 1 :

[0033] 本发明实施例提供了一种三维地形测绘系统。

[0034] 图 1是根据本发明实施例可选的一种三维地形测 系统结构示意图。 如图 1所示 , 该系统包括:浮空驻留平台 1、 探测装置 2以及地面装置 3, 其中, 浮空驻留平 台 1位于待测绘的预定地面区域上空的平流层中 平流层的垂直方向大气运动几 乎为零, 高度稳定, 从而使三维地形测绘数据更加准确; 探测装置 2设置在浮空 驻留平台 1上, 用于根据地面装置 3发送的测绘指令信息对预定地面区域进行测 绘并将测绘数据返回地面装置 3; 地面装置 3用于根据预定的测绘任务向探测装 置 2发送测绘指令信息, 并对探测装置 2返回的测绘数据进行处理, 得到预定地 面区域的三维数字高程模型 DEM数据。

[0035] 根据发明实施例的三维地形测绘系统, 采用浮空驻留平台的稳定性和定点驻留 的特性, 通过将探测装置设置在浮空驻留平台上对预定 地面区域进行测绘, 同 吋配合地面装置对测绘数据进行解算得到预定 地面区域的三维 DEM数据, 从而 实现三维 DEM数据的高效和精确测绘, 解决了现有技术中采用遥控飞机进行三 维 DEM数据测绘吋测绘精度以及测绘效率较低的问 题, 进而达到了对地图数据 进行快速更新的技术效果。

[0036] 图 2是根据本发明实施例可选的另一种三维地形 绘系统结构示意图。

[0037] 图 3是根据本发明实施例可选的一种三维地形测 系统结构框图。

[0038] 如图 2和图 3所示, 探测装置 2包括: 探测角度调整装置 21、 激光雷达探测器 22 以及控制器 23, 探测角度调整装置 21与激光雷达探测器 22连接, 用于根据控制 器 23解算的探测吋间信息和探测角度信息控制激 雷达探测器 22指向预定地面 区域的起始探测点并按预定轨迹指向预定地面 区域的所有目标探测点; 具体地 , 探测角度调整装置 21包括: 俯仰角度调节单元 2102和水平角度调节单元 2104 , 俯仰角度调节单元 2102用于调节激光雷达探测器 22的俯仰角度, 水平角度调 节单元 2104用于调节激光雷达探测器 22的水平角度。 可选地, 俯仰角度以水平 面为基准可在 -60°至 +60°范围内调整, 水平可在 360°范围内自由转动, 通过探测 角度调整装置 21的调节, 激光雷达探测器 22可覆盖地面范围为 3000平方公里以 上。

[0039] 激光雷达探测器 22用于根据控制器 23解算的探测吋间信息向从预定地面区域的 所有目标探测点发送第一激光探测信号, 并接收目标探测点反射回来的第二激 光探测信号; 具体地, 激光雷达探测器 22包括: 激光发生单元 2202、 激光发射 头 2204、 反射式望远镜 2206, 激光发生单元 2202用于产生第一激光探测信号, 可选地, 激光发生单元 2202采用 Nd:YAG固体激光器, 发射的第一激光探测信号 波长为 1064nm, 发射能量均小于 50mJ, 重复频率不低于 1000Hz。 激光发射头 22 04和反射式望远镜 2206安装在探测角度调整装置 21上跟随探测角度调整装置 21 进行移动, 激光发射头 2204通过光纤与激光发生单元 2202连接, 用于直接向目 标探测点发送第一激光探测信号; 激光发射头 2204安装在反射式望远镜 2206的 中心部位, 反射式望远镜 2206与激光发射头 2204以相同的方向指向地面, 用于 接收预定地面区域的目标探测点反射回来的第 二激光探测信号。

[0040] 控制器 23, 分别与探测角度调整装置 21和激光雷达探测器 22连接, 用于根据测 绘指令信息解算探测吋间信息和探测角度信息 以及将第一激光探测信号和第二 激光探测信号形成测绘数据返回地面装置 3。 具体地, 如图 3所示, 控制器 23包 括: 计算单元 2302、 信息添加单元 2304以及编码单元 2306, 计算单元 2302用于 根据测绘指令信息解算探测吋间信息和探测角 度信息, 探测吋间信息包括探测 任务的幵始吋间以及探测过程中探测各目标探 测点的吋间信息, 探测角度信息 为激光雷达探测器 22指向预定地面区域的起始探测点的初始角度 信息添加单 元 2304用于将探测吋间信息、 探测角度信息以及激光雷达探测器 22的三维位置 坐标加入第一激光探测信号和第二激光探测信 号; 编码单元 2306用于对加入探 测吋间信息、 探测角度信息以及激光雷达探测器 22的三维位置坐标后的第一激 光探测信号和第二激光探测信号进行编码, 得到测绘数据。

[0041] 如图 2和图 3所示, 探测装置 2还包括: 全球定位系统 GPS设备 24、 信号处理器 2 5、 通信天线 26和风速测量装置 27。 全球定位系统 GPS设备 24和风速测量装置与 控制器 23连接, 其中, 激光雷达探测器 22的三维位置坐标由全球定位系统 GPS设 备 24来获取, 由于激光雷达探测器 22的三维位置坐标会受到其所处平流层位置 的风速影响, 因此, 通过风速测量装置 27能够测量激光雷达探测器 22所处平流 层位置的风速信息, 并将该风速信息发送到控制器 23中的编码单元 2306中, 由 编码单元 2306根据测量到的风速信息对所述激光雷达探 器的三维位置坐标进 行修正。 同吋, 全球定位系统 GPS设备 24还用于更新控制器 23的基准吋间, 从而 保证信息添加单元 2304能够将精确的探测吋间信息加入到第一激 探测信号和 第二激光探测信号。 信号处理器 25与激光雷达探测器 22中的反射式望远镜 2206 连接, 用于对目标探测点反射回来的第二激光探测信 号进行处理。

[0042] 激光发射头 2204发送出去的第一激光探测信号到达地面后 生漫反射, 反射后 的第二激光探测信号再通过大气传播回到反射 式望远镜 2206, 期间信号会产生 衰减并惨杂噪音。 反射式望远镜 2206接收到第二激光探测信号后首先送到信号 处理器 25进行窄带滤波、 光电转换和功率放大, 窄带滤波能够提高信号的信噪 比, 光电转换将激光信号转换成可以处理的数字形 式的电信号。

[0043] 通信天线 26与控制器 23连接, 编码单元 2306对第一激光探测信号和第二激光探 测信号进行编码得到测绘数据后, 通过通信天线 26将测绘数据返回地面装置 3。 另外, 控制器 23接收来自地面装置的测绘指令信息, 也通过通信天线 26来完成

[0044] 实施例 2:

[0045] 本发明实施例提供了一种采用上述实施例的三 维地形测绘系统进行三维地形测 绘的方法。

[0046] 图 4是根据本发明实施例可选的一种三维地形测 的方法流程图。 如图 4所示, 该方法包括如下步骤 S102和步骤 S104:

[0047] 步骤 S102, 接收三维地形测绘系统的地面装置 3根据预定的测绘任务发送的测 绘指令信息;

[0048] 步骤 S104, 根据测绘指令信息对预定地面区域进行测绘并 将测绘数据返回地面 装置 3进行处理, 得到预定地面区域的三维 DEM数据。

[0049] 根据发明实施例的三维地形测绘的方法, 采用浮空驻留平台的稳定性和定点驻 留的特性, 通过将探测装置设置在浮空驻留平台上接收地 面装置根据预定的测 绘任务发送的测绘指令信息对预定地面区域进 行测绘, 同吋将测绘数据返回地 面装置进行处理得到预定地面区域的三维 DEM数据, 从而实现三维 DEM数据的 高效和精确测绘, 解决了现有技术中采用遥控飞机进行三维 DEM数据测绘吋测 绘精度以及测绘效率较低的问题, 进而达到了对地图数据进行快速更新的技术 效果。

[0050] 图 5是根据本发明实施例可选的另一种三维地形 绘方法的流程图。 如图 5所示 , 该方法包括如下步骤 S202至步骤 S214: [0051] 步骤 S202, 接收三维地形测绘系统的地面装置 3根据预定的测绘任务发送的测 绘指令信息;

[0052] 步骤 S204, 根据测绘指令信息解算探测吋间信息和探测角 度信息;

[0053] 步骤 S206, 根据解算的探测吋间信息和探测角度信息控制 三维地形测绘系统的 激光雷达探测器 22指向预定地面区域的起始探测点并按预定轨 指向预定地面 区域的所有目标探测点;

[0054] 步骤 S208 , 根据解算的探测吋间信息控制激光雷达探测器 22从预定地面区域的 起始探测点幵始按预定轨迹向所有目标探测点 发送第一激光探测信号, 并接收 目标探测点反射回来的第二激光探测信号;

[0055] 步骤 S210, 对目标探测点反射回来的第二激光探测信号进 行处理;

[0056] 步骤 S212, 将探测吋间信息、 探测角度信息以及激光雷达探测器 22的三维位置 坐标加入第一激光探测信号和第二激光探测信 号后进行编码形成测绘数据返回 地面装置;

[0057] 步骤 S214, 对返回的测绘数据进行处理, 得到预定地面区域的三维 DEM数据

[0058] 具体实施吋, 由探测装置 2中的控制器 23通过通信天线 26接收地面装置 3根据预 定的测绘任务发送的测绘指令信息, 在通信吋, 地面装置 3采用 L波段实吋向控 制器 23发送测绘指令信息。 测绘指令信息包括需要探测的预定地面区域、 起始 探测点的三维位置坐标、 探测吋间信息, 控制器 23接收到测绘指令信息后由计 算单元 2302根据激光雷达探测器 22当前的三维位置坐标以及起始探测点的三维 位置坐标计算激光雷达探测器 22的初始探测角度, 计算单元 2302计算好探测角 度后, 通过向探测角度调整装置 21发送控制指令, 分别由俯仰角度调节单元 210 2和水平角度调节单元 2104对激光雷达探测器 22的探测角度进行调整使其指向预 定地面区域的起始探测点。 在后续测绘过程中, 探测角度调整装置 21根据控制 器 23计算的预定轨迹控制激光发射头 2204从起始探测点幵始移动对预定地面区 域的所有目标探测点进行扫描式探测, 与此同吋, 控制器 23控制激光发射头 220 4向各目标探测点发送第一激光探测信号, 并记录第一激光探测信号的发送吋间 T1, 第一激光探测信号到达地面目标探测点经反射 后产生第二激光探测信号通 过大气传播回到反射式望远镜 2206, 此吋记录第二激光探测信号返回到反射式 望远镜 2206的吋间 T2。 经过反射回来的第二激光探测信号通过与反射 式望远镜 2 206连接的信号处理器 25进行处理, 包括通过窄带滤波提高信号的信噪比、 通过 光电转换将激光信号转换成可以处理的数字形 式的电信号以及功率放大。

[0059] 控制器 23随后按照探测的吋间先后顺序给第一激光探 信号和经过处理的第二 激光探测信号加入对应的探测吋间信息、 探测角度信息以及激光雷达探测器 22 的三维位置坐标, 再经过编码后将数据包通过通信天线 26返回给地面装置 3, 由 地面装置 3对数据包进行处理。

[0060] 图 6是根据本发明实施例可选的一种三维地形测 数据处理流程图。 如图 6所示 , 对返回的测绘数据进行处理, 得到预定地面区域的三维 DEM数据包括以下步 骤 S302至步骤 S308:

[0061] 步骤 S302, 由地面装置 3解算向目标探测点发送的第一激光探测信号 发送吋 间和对应的第二激光探测信号的接收吋间的吋 间差;

[0062] 步骤 S304, 根据吋间差解算得到激光雷达探测器 22与目标探测点之间的距离;

[0063] 步骤 S306, 根据激光雷达探测器 22的三维位置坐标、 探测角度信息以及激光雷 达探测器 22与目标探测点之间的距离解算得到目标探测 的三维位置坐标;

[0064] 步骤 S308, 根据探测吋间信息将预定地面区域的所有目标 探测点的三维位置坐 标进行汇总得到预定地面区域的三维 DEM数据。

[0065] 具体地, 地面装置 3接收到探测装置 2返回的数据包后, 首先解算向目标探测点 发送的第一激光探测信号的发送吋间 T1和对应的第二激光探测信号的接收吋间 T 2的吋间差 ΔΤ=Τ2— T1 ; 根据吋间差由公式 H=1/2CAT (其中, H为激光雷达探 测器 22与目标探测点之间的距离, C为光速) 计算得到激光雷达探测器 22与目标 探测点之间的距离; 再根据激光雷达探测器 22的三维位置坐标、 探测角度信息 以及激光雷达探测器 22与目标探测点之间的距离即可得到目标探测 的三维位 置坐标; 最后根据各个目标探测点的探测吋间的先后顺 序将预定地面区域的所 有目标探测点的三维位置坐标进行汇总即可得 到预定地面区域的三维 DEM数据

[0066] 需要说明的是, 本发明实施例的三维地形测绘系统可以用于执 行本发明实施例 所提供的三维地形测绘的方法, 本发明实施例的三维地形测绘的方法也可以通 过本发明实施例所提供的三维地形测绘系统来 执行。

[0067] 需要说明的是, 对于前述的各方法实施例, 为了简单描述, 故将其都表述为一 系列的动作组合, 但是本领域技术人员应该知悉, 本发明并不受所描述的动作 顺序的限制, 因为依据本发明, 某些步骤可以采用其他顺序或者同吋进行。 其 次, 本领域技术人员也应该知悉, 说明书中所描述的实施例均属于优选实施例 , 所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须 的。

[0068] 在上述实施例中, 对各个实施例的描述都各有侧重, 某个实施例中没有详述的 部分, 可以参见其他实施例的相关描述。

[0069] 在本申请所提供的几个实施例中, 应该理解到, 所揭露的装置, 可通过其它的 方式实现。 例如, 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的, 例如所述单元的 划分, 仅仅为一种逻辑功能划分, 实际实现吋可以有另外的划分方式, 例如多 个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个 系统, 或一些特征可以忽略, 或 不执行。 另一点, 所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或 通信连接可以 是通过一些接口, 装置或单元的间接耦合或通信连接, 可以是电性或其它的形 式。

[0070] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可 以不是物理上分幵的, 作为单元 显示的部件可以是或者也可以不是物理单元, 即可以位于一个地方, 或者也可 以分布到多个网络单元上。 可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部 单元 来实现本实施例方案的目的。

[0071] 另外, 在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成 在一个处理单元中, 也可 以是各个单元单独物理存在, 也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中 。 上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现, 也可以采用软件功能单元的形式 实现。

[0072] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已, 并不用于限制本发明, 对于本领域的 技术人员来说, 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内 , 所作的任何修改、 等同替换、 改进等, 均应包含在本发明的保护范围之内。