一种机载和地面激光扫描配准标靶组合装置的制作方法

1.本实用新型涉及测绘设备技术领域，特别涉及一种适用于林业调查的机载和地基激光扫描配准标靶组合装置。


背景技术：

2.激光雷达主动向探测目标发射高频率的激光脉冲，可直接获取林分树木枝叶的精准三维空间坐标和回波信息等，在估测森林树高、胸径、冠层高度等关键结构参数中得到了广泛应用。机载激光雷达在林业调查方面采用的是自上而下的空间采样方式，可以快速便捷的获取森林的树高、树冠顶层信息，但由于树冠遮挡等原因，对于树干和林下信息的描述有限。地面激光雷达通过自下而上的扫描方式，近距离、高密度获取森林内部的详细侧面和树干信息，但同样由于树冠遮挡等原因，对森林的上层信息的获取能力不足。
3.机载激光雷达和地面激光雷达形成了互补观测视角，在其他行业调查中，往往可以通过建筑物、道路拐角或孤立物等形状特征明显的地物进行机载和地基数据的拼接配准。但是在林业调查工作中，森林条件复杂，机载和地基雷达很难找到特征明显的地物进行配准实现点云融合。总体而言，当前在林业调查中的机载和地基激光雷达点云配准主要采用以下两种方法：一、通过手动寻找3对以上的机载和地基激光点云中的相似点对，计算转换和平移参数，然后以机载或地基点云为参考，对另一个数据进行转换；二、通过复杂的算法提取机载和地基点云中的树木位置或树冠特征点，通过随机一致性方法进行数据之间的配准。从中不难发现以下几点缺陷：一、精度问题，手动寻找的相似点对往往是技术人员主观判断的结果，存在较大的偏差，同时，算法提取机载和地基的树木位置和树冠特征点并不一致，也需要进行算法迭代调整，两种方法都存在误差，精度较低；二、技术问题，无论是通过机载还是地基点云数据提取树木位置或者树冠特征点，都需要研究人员开发新的算法，技术难度较高；三、效率问题，手动寻找相似点对或者开发新的算法提取匹配点，都需要耗费大量的时间，影响工作效率。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中同时使用机载激光雷达和地面激光雷达进行数据拼接配准时所存在的技术问题，本实用新型提供一种便捷、高效、精度高、成本低的机载和地基激光扫描配准标靶组合装置。
5.为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是，
6.一种机载和地面激光扫描配准标靶组合装置，包括依次竖直连接的支撑件、下连接杆6、下靶球8、上连接杆10和上靶球12；
7.所述的支撑件的底端放置于标靶设置地点，顶端连接至下连接杆6的底部，所述的下连接杆的顶部设置有下靶球8，所述的下靶球8的顶部连接上连接杆10的底部，所述的上连接杆10的顶部设置有上靶球12。
8.所述的一种机载和地面激光扫描配准标靶组合装置，所述的下连接杆6和下靶球8
之间、下靶球8和上连接杆10之间、上连接杆10和上靶球12之间均通过螺纹连接；其中下连接杆6的顶部设有下连接杆外螺杆7；下靶球8的底部开有内侧具有内螺纹并与下连接杆外螺杆7相匹配的下靶球螺口，顶部设有下靶球外螺杆9；上连接杆10的底部开有内侧具有内螺纹并与下靶球外螺杆9相匹配的上连接杆螺口，顶部设有上连接杆外螺杆11；上靶球12的底部开有内侧具有内螺纹并与上连接杆外螺杆11相匹配的上靶球螺口。
9.所述的一种机载和地面激光扫描配准标靶组合装置，还包括中间连杆，所述的中间连杆的一端连接下靶球8的顶部，另一端连接上连接杆10的底部。
10.所述的一种机载和地面激光扫描配准标靶组合装置，所述的中间连杆的数量至少为两根，多根中间连杆之间依次竖直连接后形成中间连接单元，中间连接单元的两端分别连接下靶球8的顶部和上连接杆10的底部。
11.所述的一种机载和地面激光扫描配准标靶组合装置，所述的中间连杆之间均通过螺纹连接，中间连杆的一端设有中间连杆外螺杆，另一端开有内侧具有内螺纹并与中间连杆外螺杆相匹配的中间连杆螺口，且中间连杆外螺杆与上连接杆外螺杆11的形状相同。
12.所述的一种机载和地面激光扫描配准标靶组合装置，还包括调平单元，所述的调平单元包括基座、调平螺栓和顶板，所述的基座的底部固定于支撑件的顶部，所述的调平螺栓的数量为3个，且3个调平螺栓互相之间等间距的设置于基座与顶板之间，并通过改变自身高度来调整基座与顶板的水平夹角，顶板的顶部连接下连接杆6的底部。
13.所述的一种机载和地面激光扫描配准标靶组合装置，还包括水平仪4，所述的水平仪4固定于调平单元的顶板上。
14.所述的一种机载和地面激光扫描配准标靶组合装置，所述的支撑件为伸缩式三脚架。
15.本实用新型的技术效果在于，通过使用最佳数量的连接杆将双靶球组合在一起，可满足在林业调查的森林环境中机载和地面激光扫描同时观测，从而进行数据融合配准。避免了开发复杂算法进行数据融合的技术难题，操作便捷，成本极低，提高了数据融合的效率和精度。同时，高精度的融合点云数据，更进一步的提高了的林业调查因子的精度，达到精准的森林资源监测。由于本实用新型获取的相似点对是通过机载雷达和地基雷达直接观测的结果，不存在人为判读和算法迭代的误差，点云融合的精度极高，更进一步的也提高了林业调查因子的精度。而常规的装置在林地内均无法满足被机载和地面激光扫描同时观测的条件，只能使用复杂的数据融合算法进行配准，得到机载和地基激光扫描融合数据进行林业调查因子提取。故本实用新型解决了森林环境中机载和地面激光扫描无法同时观测到特征地物的难题，通过本实用新型装置提供的关键点对，可直接计算机载和地面激光扫描点云数据的配准参数，获取融合点云数据。且本实用新型装置拆卸组合方便，携带便捷，提高了林业调查的作业效率。
16.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述。
附图说明
17.图1为本实用新型机载和地基激光扫描配准标靶组合装置的结构示意图。
18.图2为本实用新型的上靶球截面示意图。
19.图3为本实用新型的上连接杆截面示意图。
20.图4为本实用新型的下靶球截面示意图。
21.其中：1
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三脚架、2
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基座、3
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调平旋钮、4
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水准气泡、5
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基座螺旋、6
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下连接杆、7
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下连接杆螺旋、8
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下靶球、9
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下靶球顶部螺旋、10
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上连接杆、11
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上连接杆螺旋、12
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上靶球。
具体实施方式
22.参见图1，本实施例包括依次竖直连接的支撑件、下连接杆6、下靶球8、上连接杆10和上靶球12。
23.其中支撑件的底端放置于标靶设置地点，顶端连接至下连接杆6的底部，下连接杆的顶部设置有下靶球8，本实施例所采用的支撑件为伸缩式的三脚架1，采用常见的每根支撑脚上设有内外杆式的三脚架即可，每根支撑脚都可根据具体需要来伸长缩短，以适应不同标靶设置地点实际情况的需要。在下靶球8的顶部连接上连接杆10的底部，上连接杆10的顶部设置有上靶球12。
24.参见图2
‑
4，为了实现牢固的连接并便于拆卸，本实施例的下连接杆6和下靶球8之间、下靶球8和上连接杆10之间、上连接杆10和上靶球12之间均通过螺纹连接。其中下连接杆6的顶部设有下连接杆外螺杆7。下靶球8的底部开有内侧具有内螺纹并与下连接杆外螺杆7相匹配的下靶球螺口，顶部设有下靶球外螺杆9。上连接杆10的底部开有内侧具有内螺纹并与下靶球外螺杆9相匹配的上连接杆螺口，顶部设有上连接杆外螺杆11。上靶球12的底部开有内侧具有内螺纹并与上连接杆外螺杆11相匹配的上靶球螺口。
25.为了进一步增加本实施例高度的可调整范围，本实施例还包括中间连杆，中间连杆的一端连接下靶球8的顶部，另一端连接上连接杆10的底部。其中中间连杆的数量至少为两根，多根中间连杆之间依次竖直连接后形成中间连接单元，中间连接单元的两端分别连接下靶球8的顶部和上连接杆10的底部。这样能够有效地通过多根连杆来调整本实施例的整体高度。且中间连杆之间均通过螺纹连接，中间连杆的一端设有中间连杆外螺杆，另一端开有内侧具有内螺纹并与中间连杆外螺杆相匹配的中间连杆螺口，且中间连杆外螺杆与上连接杆外螺杆11的形状相同。
26.为了确保本实施例的上靶球和下靶球的中心处于同一垂线上，本实施例还包括调平单元，调平单元包括基座、调平螺栓和顶板，基座的底部固定于支撑件的顶部，调平螺栓的数量为3个，且3个调平螺栓互相之间等间距的设置于基座与顶板之间，即三个调平螺栓之间的连线呈现等边三角形状，并通过改变自身高度来调整基座与顶板的水平夹角，顶板的顶部连接下连接杆6的底部。本调平单元的结构类似于市面上常见的水平调节座，以确保使用时能够实现较好的调整。
27.为了便于观测顶板是否处于水平状态，本实施例还包括水平仪4，水平仪4固定于调平单元的顶板上。
28.本装置在激光雷达林业调查应用时，专业人员可依据上述方式将下靶球8、上连接杆10和上靶球12连接起来，根据调查区域的地形和大小，合理设计该组合装置的摆放数量(大于3个)和位置，然后进行机载激光雷达和地面激光雷达扫描作业；实际作业时，机载激光扫描仪可获取本装置的上靶球12点云，地面激光扫描仪可获取本装置的下靶球8点云，通过球面拟合算法获取靶标球的中心坐标，上靶球12的中心坐标记为pi(x,y,h),下靶球8的中心坐标记为qi(x,y,h)；将下靶球8中心坐标的h值增加组合的上连接杆10的长度h得到
qi’(x,y,h h),依据三对以上的pi和qi’计算平移和旋转参数，利用此参数实现机载激光雷达点云和地面激光雷达点云的配准；本实用新型装置可轻松获得机载激光雷达和地面激光雷达点云数据配准同名点对，从而计算平移和旋转矩阵实现点云融合，避免了从复杂算法上实现数据配准的难题；此外，该装置各部件均可拆卸，在林地环境中携带方便、灵活，依据不同的林分类型设置上连接杆的数量，可在各种林地环境下使用。
29.综上，本实用新型的装置，通过双靶球组合的方式，避免了林地环境中机载和地基激光雷达点云数据匹配时无特征点对的难题，使得无人机激光雷达扫描仪和地面激光扫描仪可以进行同时观测；极大的提升了工作效率、降低了工作难度的同时，提升了数据融合的精度。本实用新型装置对激光雷达进行林业调查的工作效率和调查精度的提升具有重大意义。
30.上述实施方式为结合附图说明本实用新型装置的技术构思和特点，但是本实用新型并不局限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本实用新型装置宗旨的前提下还可以做出各种变化。