專利名稱：野外攝影測量手持機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種野外攝影測量手持機，主要用于全球定位、三維姿態(tài)測量、攝影測量、寬帶無線通信等功能的近景攝影測量野外設(shè)備，完成野外近景攝影測量的實時數(shù)據(jù)采集和實時數(shù)據(jù)傳輸工作。
背景技術(shù)：
目前市場上只有用于道路攝影測量數(shù)據(jù)采集的設(shè)備集成系統(tǒng)。在國外，美國、加拿大、北歐諸國、澳大利亞、日本均有基于設(shè)備集成技術(shù)的道路攝影測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；在國內(nèi)有由武漢大學(xué)、武漢立得公司等單位聯(lián)合開發(fā)的“基于3S集成技術(shù)的LD2000系列移動道路測量系統(tǒng)(道路攝影測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))。國內(nèi)外的道路攝影測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有相同的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作方法和工作結(jié)果。其硬件特征是設(shè)備集成。它將位置測量設(shè)備(GPS)、姿態(tài)測量與定位補償設(shè)備(INS或航位推算系統(tǒng))、視頻設(shè)備(CCD系統(tǒng))、車載計算機系統(tǒng)設(shè)備連接在一起，安裝在汽車上，在車輛的行進(jìn)之中采集道路及道路兩旁地物的空間位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，如:道路中心線或邊線位置坐標(biāo)、目標(biāo)地物的位置坐標(biāo)、路(車道)寬、橋(隧道)高、交通標(biāo)志、道路設(shè)施等。數(shù)據(jù)同步存儲在車載計算機系統(tǒng)中；軟件特征是基于GPS、RS、GIS、數(shù)據(jù)的3S集成，將外業(yè)采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行事后編輯處理，形成各種有用的專題數(shù)據(jù)成果，如導(dǎo)航電子地圖等等。它的顯著特點是:a.獨立的測成圖系統(tǒng)。無需借助任何底圖，即可獨立完成路網(wǎng)圖測量。在作業(yè)流程上形成了攝影測量的閉環(huán)控制，高精度的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)與包含豐富屬性信息的立體影像同時獲得，外業(yè)與內(nèi)業(yè)緊密銜接，避免了人工方式下的人為誤差；b.實景三維可視化的數(shù)據(jù)成果。它以面狀的方式快速采集道路及道路周邊的地理空間數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)成果是連續(xù)拍攝的實景可量測影像；c.與衛(wèi)片/航片無縫鏈接，形成“天地一體化”的新一代地理信息系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外的道路攝影測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仍然存在如下問題:(I)無法進(jìn)行野外作業(yè)，工作范圍限于道路:移動道路測量系統(tǒng)(道路攝影測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))是將GPS (全球定位系統(tǒng))、CCD (視頻系統(tǒng))、INS (慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或航位推算系統(tǒng))、車載計算機系統(tǒng)等先進(jìn)的傳感器和設(shè)備裝配在汽車上，這就意味著它僅能用于道路的攝影測量，無法進(jìn)行野外環(huán)境的攝影測量；(2)系統(tǒng)本身的移動、操作均不便:組成系統(tǒng)的各設(shè)備體積大、重量大，各設(shè)備之間用電纜連接。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)松散，必須固定于汽車等大型載體上，多人操作；(3)功能單一、工作效率較低:只能在道路上進(jìn)行外景攝影測量數(shù)據(jù)采集且不具備數(shù)據(jù)傳輸功能，這種外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)事后處理的傳統(tǒng)工作方式導(dǎo)致重復(fù)性外業(yè)勞動不可避免且耗時、耗財、耗力；(4)價格昂貴:移動道路測量系統(tǒng)的全部組件均系外購，這些高端設(shè)備的昂貴價格使得“移動道路測量系統(tǒng)”的成本居高不下，國內(nèi)產(chǎn)品LD2000系列移動道路測量系統(tǒng)(道路攝影測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))的價格為300萬元人民幣/套，國外產(chǎn)品更貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能夠進(jìn)行野外作業(yè)、攜帶操作方便、高效多功能、高精度、高可靠性、低成本的野外攝影測量手持機。為完成上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:野外攝影測量手持機，包括:安裝在機殼內(nèi)的電路板、電路板插接件和安裝在機殼外的圖像采集系統(tǒng)組成；所述電路板由各單元模塊焊接組成，包括高速處理單元，以及與之連接的三維姿態(tài)感測模塊、顯示模塊、GPS模塊、GPS天線、通信模塊、圖像接收模塊、電源管理模塊、多路接口 ；所述電源管理模塊連接上述其他模塊的電源輸入端；所述電路板插接件插接在電路板上；所述圖像采集系統(tǒng)包括安裝在圖像接收模塊上的多路接口以及與多路接口連接的光學(xué)鏡頭和紅外/微光夜視儀。所述高速處理單元由CPU、系統(tǒng)內(nèi)存SDRAM、系統(tǒng)閃存Nand Flash組成最小處理單元，所述高速處理單元選用嵌入式ARM內(nèi)核的高速CPU芯片。所述三維姿態(tài)感測模塊包括模塊內(nèi)電源電路、微控制器單元、加速度感測單元、磁通感測單元，其中模塊內(nèi)電源電路連接上述三個單元，微控制器單元連接加速度感測單元和磁通感測單元。野外攝影測量手持機還包括:存儲器接口單元、擴(kuò)展存儲器單元、語音通話單元，以上三單元均與高速處理單元連接。所述通信模塊包括1.5G、3G、WIFI/ZigBee、藍(lán)牙等現(xiàn)有通訊方式的一種或幾種的組合。本發(fā)明的野外攝影測量手持機分類方法是:按照其定位定姿原理、使用環(huán)境和用途不同進(jìn)行分類，可分為三種類型，每種類型均包含兩種工作模式:獨立工作模式(單臺手持機獨立工作)、協(xié)同工作模式(兩臺或多臺手持機協(xié)同工作)；上述任一種工作模式均可利用當(dāng)?shù)貐⒖颊具M(jìn)行GPS差分定位、定向。工作原理:以嵌入式ARM內(nèi)核為中央處理器，在最小處理單元的基礎(chǔ)上通過GPS模塊/天線實現(xiàn)實時定位；通過圖像接收模塊實現(xiàn)現(xiàn)場圖像的采集；通過加速度感測單元實時獲取橫滾和仰俯數(shù)據(jù)；通過WIFI/ZigBee自組網(wǎng)進(jìn)行近程(1000M內(nèi))通信支持手持機間的差分定位和定向以獲取高精度的定位定姿數(shù)據(jù)、通過GPS相位差分實時獲取航向數(shù)據(jù)；通過紅外/微光夜視儀實現(xiàn)300米距離內(nèi)的夜視觀察，遠(yuǎn)距離觀察和攝取目標(biāo)物影像；通過各種光學(xué)鏡頭實現(xiàn)遠(yuǎn)距離觀察和攝取目標(biāo)物影像并自動完成光/電信號的轉(zhuǎn)換和數(shù)字/模擬信號的轉(zhuǎn)換；通過2.5G或3G公用無線通信網(wǎng)絡(luò)和有線INTERNET遠(yuǎn)程連接后方計算機服務(wù)器，實現(xiàn)云計算和內(nèi)業(yè)外業(yè)的一體化。本發(fā)明的有益效果:將攝影測量的工作范圍擴(kuò)展到了道路以外的野外；用單人隨身攜帶、單人操作的傻瓜型手持機替代龐大、笨重、松散的車載型設(shè)備集成系統(tǒng)；多功能、高效率的完成部分?jǐn)z影測量數(shù)據(jù)的本地實時處理、通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)內(nèi)業(yè)與外業(yè)工作的實時一體化等；用集成電路板取代電纜連接、用芯片取代設(shè)備，通過緊密物理結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高可靠性；分米級精度的實時定位、誤差值為0.1度-0.001度的航向姿態(tài)數(shù)據(jù)、高精度的物方三維坐標(biāo)測定；不受磁干擾的影響，可靠性高，可在各種強磁干擾環(huán)境中正常工作并實時獲取誤差值為0.1度-0.001度的高精度的航向姿態(tài)數(shù)據(jù)；集成度高，生產(chǎn)成本低。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明電路原理框圖；圖3為本發(fā)明通訊原理圖。圖中:1、機殼，2、電路板，3、電路板插接件，4、圖像采集系統(tǒng)，5、高速處理單元，6、三維姿態(tài)感測模塊，7、顯示模塊，8、GPS模塊，9、GPS天線，10、通信模塊，11、圖像接收模塊，12、電源管理模塊,13、多路接口，14、光纖陀螺或微機械陀螺，15、光學(xué)鏡頭，16、紅外/微光夜視儀，17、IXD觸摸顯示屏，18、顯示芯片，19、存儲接口單元，20、擴(kuò)展存儲器單元，21、語音通話單元,61、模塊內(nèi)電源電路，62、微控制器單元，63、加速度感測單元，64、磁通感測單元。
具體實施例方式如圖1、2、3所示，野外攝影測量手持機，包括:機殼I以及安裝在機殼I內(nèi)的電路板2、電路板插接件3和安裝在機殼I外的圖像采集系統(tǒng)4組成；所述電路板2由各單元模塊焊接組成，包括高速處理單元5，以及與之連接的三維姿態(tài)感測模塊6、顯示模塊7、GPS模塊8、GPS天線9、通信模塊10、圖像接收模塊11、電源管理模塊12、多路接口 13 ;所述電源管理模塊12連接上述其他模塊的電源輸入端；所述電路板插接件3插接在電路板2上；所述圖像采集系統(tǒng)4包括安裝在圖像接收模塊11上的多路接口 13以及與多路接口 13連接的光學(xué)鏡頭15和紅外/微光夜視儀16。所述高速處理單元5由CPU、系統(tǒng)內(nèi)存SDRAM、系統(tǒng)閃存Nand Flash組成最小處理單元，所述高速處理單元5選用嵌入式ARM內(nèi)核的高速CPU芯片(0.4G-1G)。野外攝影測量手持機還包括:存儲器接口單元19、擴(kuò)展存儲器單元20、語音通話單元21，以上三單元均與高速處理單元5連接。所述通信模塊10包括2.5G、3G、WIFI/ZigBee、藍(lán)牙等現(xiàn)有通訊方式的一種或幾種的組合。所述三維姿態(tài)感測模塊6包括模塊內(nèi)電源電路61、微控制器單元62、加速度感測單元63、磁通感測單元64，其中模塊內(nèi)電源電路61連接上述三個單元，微控制器單元62連接加速度感測單元63和磁通感測單元64。所述顯示模塊7包括IXD觸摸顯示屏17和顯示芯片18，顯示芯片18安裝在電路板2上，IXD觸摸顯示屏17安裝在機殼I上，IXD觸摸顯示屏17和顯示芯片18通過排線連接。野外攝影測量手持機按照其定位定姿原理、使用環(huán)境和用途分為三種類型:A型、B型和C型，每種類型的手持機均具有兩種工作方式:獨立工作模式、協(xié)同工作模式，其中，A型和B型手持機適用于靜態(tài)野外攝影測量，C型手持機則同時適用于靜態(tài)野外攝影測量和動態(tài)的道路攝影測量(置于汽車上，在移動中完成工作任務(wù))。A 型A型手持機采用單GPS模塊8、單GPS天線9 (體積< =60*50*16mm、重量< =IlOg)、磁通感測單元64、加速度感測單元63配合。其獨立工作模式下:磁通感測單元測量航向:在磁干擾弱的環(huán)境中航向測量誤差小于0.5度；現(xiàn)場存在強磁性干擾時，誤差隨磁場強度變化(城市中存在大量磁干擾因素，比如建筑物的鋼筋、汽車等；在野外環(huán)境下，金屬礦場是著強地磁干擾源之一)；或利用當(dāng)?shù)氐膮⒖颊?如Cors網(wǎng))差分定向。橫滾、仰俯數(shù)據(jù)測量:加速度感測單元63測定橫滾、仰俯數(shù)據(jù)。GPS定位:誤差小于或等于1.5M的GPS單點定位，或利用當(dāng)?shù)氐膮⒖颊?如Cors網(wǎng))差分定位達(dá)到分米級精度。GPS觀測環(huán)境:可收到4顆以上的GPS衛(wèi)星信號。其協(xié)同工作模式下:GPS相位差分測量航向:每臺A型手持機通過WIFI/ZigBee自組網(wǎng)自動連續(xù)發(fā)送自身的GPS信息、自動接收其它手持機發(fā)來的GPS信息(收發(fā)同步)并據(jù)此自動解算出自身的實時航向數(shù)據(jù)。測量精度與兩臺手持機之間的距離(基線長)相關(guān):基線長2米時測量誤差為0.1度，基線長20米時測量誤差為0.01度，依此類推?；€長等于或大于200米時測量誤差為0.001度。使用GPS相位差分方法測量航向角不受磁干擾的影響，可在各種強磁干擾環(huán)境中正常工作，獲取高精度的航向角數(shù)據(jù)。橫滾、仰俯數(shù)據(jù)測量:加速度感測單元63測定橫滾、仰俯數(shù)據(jù)。在WIFI/ZigBee自組網(wǎng)或當(dāng)?shù)貐⒖颊镜闹С窒聦崿F(xiàn)分米級精度的GPS差分定位。GPS觀測環(huán)境:可收到4顆以上的GPS衛(wèi)星信號。B 型B型手持機采用一個GPS模塊8 (或雙GPS模塊8)、兩個中心距為20cm的GPS天線9、加速度感測單元63配合。其獨立工作模式下:GPS相位差分測量航向:在沒有WIF1、ZigBee自組網(wǎng)或當(dāng)?shù)貐⒖颊局С值那樾蜗?，B型手持機可獨立完成航向角數(shù)據(jù)的測量，不受磁干擾的影響，可在各種強磁干擾環(huán)境中正常工作，獲取測量誤差為0.5度的航向角數(shù)據(jù)。橫滾、仰俯數(shù)據(jù)測量:加速度感測單元63測定橫滾、仰俯數(shù)據(jù)。GPS定位:誤差小于或等于1.5M的GPS單點定位，或利用當(dāng)?shù)氐膮⒖颊?如Cors網(wǎng))差分定位達(dá)到分米級精度。GPS觀測環(huán)境:可收到4顆以上的GPS衛(wèi)星信號。其協(xié)同工作模式下:GPS相位差分測量航向與A型手持機的協(xié)同工作模式相同。橫滾、仰俯數(shù)據(jù)測量:加速度感測單元63測定橫滾、仰俯數(shù)據(jù)。GPS定位:在WIFI/ZigBee自組網(wǎng)的支持下實現(xiàn)分米級精度的GPS差分定位。GPS觀測環(huán)境:可收到4顆以上的GPS衛(wèi)星信號。C 型C型手持機米用一個光纖陀螺或微機械陀螺14、一個GPS模塊8 (或雙GPS模塊8)、兩個中心距為20cm的GPS天線9、一個加速度感測單元63配合。其獨立工作模式下:航向測量:在沒有WIFI/ZigBee自組網(wǎng)和當(dāng)?shù)貐⒖颊局С值那樾蜗?，C型手持機可獨立完成航向角測量，不受磁干擾的影響，可在各種強磁干擾環(huán)境中正常工作，同時獲取兩組航向角數(shù)據(jù):(I)獲取測量誤差為0.5度左右的基于GPS相位差分的航向角數(shù)據(jù)；(2)獲取測量誤差小于或等于0.1度的基于光纖陀螺或微機械陀螺的航向角數(shù)據(jù)。
橫滾、仰俯數(shù)據(jù)測量:加速度感測單元63測定橫滾、仰俯數(shù)據(jù)GPS定位:誤差小于或等于1.5M的GPS單點定位，或利用當(dāng)?shù)氐膮⒖颊?如Cors網(wǎng))差分定位達(dá)到分米級精度。GPS觀測環(huán)境:可收到4顆以上的GPS衛(wèi)星信號。光纖陀螺或微機械陀螺輔助定位定姿:以最近接收到的GPS信號為基準(zhǔn)，通過光纖陀螺或微機械陀螺儀測得手持機的角速度，通過高速處理單元算出手持機的三維位置、速度和姿態(tài)，為手持機處于以下狀態(tài)時提供短時間的定位定姿服務(wù)=GPS信號受地形影響淹沒、建筑物密集的市區(qū)、無信號的室內(nèi)或地鐵中、載體做大機動運動時，可能出現(xiàn)的GPS信號錯誤而不能滿足實施要求等。當(dāng)GPS信號恢復(fù)正常時，手持機自動回復(fù)到用GPS和加速度感測芯片聯(lián)合定位定姿的工作常態(tài)。其協(xié)同工作模式下:GPS相位差分測量航向與A型手持機的協(xié)同工作模式相同。橫滾、仰俯數(shù)據(jù)測量:加速度感測單元63測定橫滾、仰俯數(shù)據(jù)。GPS定位:在WIFI/ZigBee自組網(wǎng)的支持下實現(xiàn)分米級精度的GPS差分定位。GPS觀測環(huán)境:可收到4顆以上的GPS衛(wèi)星信號。
權(quán)利要求
1.野外攝影測量手持機，其特征在于，包括:安裝在機殼(I)內(nèi)的電路板(2)、電路板插接件(3)和安裝在機殼(I)外的圖像采集系統(tǒng)(4)組成；所述電路板(2)由各單元模塊焊接組成，包括高速處理單元(5)，以及與之連接的三維姿態(tài)感測模塊￠)、顯示模塊(7)、GPS模塊(8)、GPS天線(9)、通信模塊(10)、圖像接收模塊(11)、電源管理模塊(12)、多路接口(13);所述電源管理模塊(12)連接上述其他模塊的電源輸入端；所述電路板插接件(3)插接在電路板⑵上；所述圖像采集系統(tǒng)⑷包括安裝在圖像接收模塊(11)上的多路接口(13)以及與多路接口(13)連接的光學(xué)鏡頭(15)和紅外/微光夜視儀(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外攝影測量手持機，其特征在于:所述高速處理單元(5)由CPU、系統(tǒng)內(nèi)存SDRAM、系統(tǒng)閃存Nand Flash組成最小處理單元，所述高速處理單元(5)選用嵌入式ARM內(nèi)核的高速CPU芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外攝影測量手持機，其特征在于:野外攝影測量手持機還包括:存儲器接口單元(19)、擴(kuò)展存儲器單元(20)、語音通話單元(21)，以上三單元均與高速處理單元(5)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外攝影測量手持機，其特征在于:所述通信模塊(10)包括2.5G、3G、WIFI/ZigBee、藍(lán)牙等現(xiàn)有通訊方式的一種或幾種的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外攝影測量手持機，其特征在于:所述三維姿態(tài)感測模塊(6)包括模塊內(nèi)電源電路(61)、微控制器單元(62)、加速度感測單元(63)、磁通感測單元(64)，其中模塊內(nèi)電源電路￠1)連接上述三個單元，微控制器單元￠2)連接加速度感測單元(63)和磁通感測單元(64)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外攝影測量手持機，其特征在于:所述顯示模塊(7)包括IXD觸摸顯示屏(17)和顯示芯片(18)，顯示芯片(18)安裝在電路板(2)上，IXD觸摸顯示屏(17)安裝在機殼(I)上，IXD觸摸顯示屏(17)和顯示芯片(18)通過排線連接。
7.野外攝影測量手持機，其特征在于:分類方法是:按照其定位定姿原理、使用環(huán)境和用途不同進(jìn)行分類，可分為三種類型(A型、B型、C型)，每種類型均包含兩種工作模式:獨立工作模式、協(xié)同工作模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的野外攝影測量手持機，其特征在于:所述A型手持機采用單GPS模塊(8)、單GPS天線(9)、磁通感測單元(64)、加速度感測單元￠3)配合。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的野外攝影測量手持機，其特征在于:所述B型手持機采用一個GPS模塊(8)/或雙GPS模塊(8)、兩個中心距為20cm的GPS天線(9)、加速度感測單元(63)配合。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的野外攝影測量手持機，其特征在于:所述C型手持機采用一個光纖陀螺或微機械陀螺(14)、一個GPS模塊(8)/或雙GPS模塊(8)、兩個中心距為20cm的GPS天線(9)、一個加速度感測單元￠3)配合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種野外攝影測量手持機，包括安裝在機殼內(nèi)的電路板、電路板插接件和安裝在機殼外的圖像采集系統(tǒng)組成；所述電路板由各單元模塊焊接組成，包括高速處理單元，以及與之連接的三維姿態(tài)感測模塊、顯示模塊、GPS模塊、GPS天線、通信模塊、圖像接收模塊、電源管理模塊、多路接口；所述電源管理模塊連接上述其他模塊的電源輸入端；所述電路板插接件插接在電路板上；所述圖像采集系統(tǒng)包括安裝在圖像接收模塊上的多路接口以及與多路接口連接的光學(xué)鏡頭和紅外/微光夜視儀。本發(fā)明產(chǎn)品是一種能夠進(jìn)行野外作業(yè)、攜帶操作方便、高效多功能、高精度、高可靠性、低成本的野外攝影測量手持機。
文檔編號G01C11/00GK103217146SQ20121001826
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者許凱華 申請人:華中師范大學(xué)