一种测量装置的制作方法

本申请涉及测量技术领域，尤其涉及一种测量装置。

背景技术：

目前，用于实现对待测量点的测量设备包括全站仪、水准仪、GPS(Global Positioning System，全球定位系统)接收机等。这些测量设备能够较精准地测量出待测量点的位置，但对于一些位置偏僻、不易测量的待测量点，例如陡峭的悬崖顶部、湖泊中央的特征点等，其无法实现对其的测量。

因此，现有技术急需一种能够实现对例如陡峭的悬崖顶部、湖泊中央的特征点等位置偏僻、不易测量的待测量点进行测量的测量装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种测量装置，以实现对例如陡峭的悬崖顶部、湖泊中央的特征点等，位置偏僻、不易测量的待测量点进行测量。技术方案如下：

本申请提供一种测量装置，包括：

支撑装置，所述支撑装置包括顶端、中间体和底端；

GPS接收机，所述GPS接收机设置在所述支撑装置的顶端，用于测量所述测量装置的位置坐标；

激光测距仪，所述激光测距仪设置在所述支撑装置的中间体上，用于测量待测量点与所述测量装置的空间距离；

相机，所述相机设置在所述支撑装置的中间体上，用于捕获包括所述待测量点的场景图像。

优选地，所述激光测距仪距离所述支撑装置的顶端的长度，为所述中间体长度的三分之一；

所述相机距离所述支撑装置的顶端的长度，为所述中间体长度的二分之一。

优选地，所述支撑装置为对中杆。

优选地，所述对中杆的底端为底部尖端，所述底部尖端接触的位置为所述测量装置的位置。

优选地，所述支撑装置的底端为三脚架结构。

本申请提供的测量装置包括：支撑装置、GPS接收机、激光测距仪和相机。所述GPS接收机设置在所述支撑装置的顶端，用于测量所述测量装置的位置坐标，所述激光测距仪设置在所述支撑装置的中间体上，用于测量待测量点与所述测量装置的空间距离，所述相机设置在所述中间体上，用于捕获包括所述待测量点的场景图像。本申请基于GPS接收机测量得到的测量装置的位置坐标、激光测距仪测量得到的待测量点与测量装置的空间距离、以及相机捕获到的包含待测量点的场景图像，通过计算得到待测量点的空间坐标。本申请借助于激光测距仪和相机，能够实现对例如陡峭的悬崖顶部、湖泊中央的特征点等，位置偏僻等不易测量的待测量点进行测量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种测量装置的结构示意图；

图2为本申请中支撑装置的结构示意图；

图3为本申请中支撑装置的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请的主要思想之一包括，将立体视觉测量方法和传统的GPS测量方法相结合，提供了一种具有远程定位功能的测量装置。如图1所示，该图为本申请提出的一种测量装置的结构示意图，包括：支撑装置100、GPS接收机200、激光测距仪300和相机400。其中，

支撑装置100包括顶端101、中间体102和底端103。

本申请中的支撑装置100可以具体为对中杆110，如图2所示，该对中杆110的底端可以设计为圆锥体状，即对中杆110的底端为底部尖端，所述底部尖端接触的位置为所述测量装置的位置。

当然，本申请中支撑装置100的底端103还可以为三脚架结构，如图3所示。本申请对于支撑装置100、以及支撑装置100的底端103的具体结构形式不做限定。

GPS接收机200设置在所述支撑装置100的顶端101，用于测量所述测量装置的位置坐标(x_A，y_A，z_A)。

激光测距仪300设置在所述支撑装置100的中间体102上，用于测量待测量点(x₀，y₀，z₀)与所述测量装置的空间距离。

在本申请实际应用时，激光测距仪300发射的激光需要对准待测量点，为了保证测量精度，应尽量保证激光形成的红点与待测量点严格对准。

作为本申请的一个优选实施例，激光测距仪300具体设置在中间体102上临近顶端101侧的三分之一位置处，即激光测距仪300距离所述支撑装置100的顶端101的长度，为所述中间体102长度的三分之一。

相机400设置在所述支撑装置100的中间体102上，用于捕获包括所述待测量点的场景图像。

本申请中的相机400优选为高像素相机。

在本申请中，为了保证相机400能够较全面的捕获到包括待测量点的场景图像，本申请优选将相机400设置在所述支撑装置100的中间体102的中间位置，即相机400距离所述支撑装置100的顶端101的长度，为所述中间体102长度的二分之一。

在本申请实际应用过程中，首先需要将本申请提供的测量装置放置在利于观测待测量点O(x₀，y₀，z₀)和标定模板的位置A处，且需要保证该位置A可以接收到GPS信号。测量装置开始工作后，利用GPS接收机200，测量得到测量装置的位置坐标(x_A，y_A，z_A)，然后利用激光测距仪300，将其激光对准待测量点O(x₀，y₀，z₀)，测量得到待测量点O(x₀，y₀，z₀)与测量装置的空间距离L_A-O。最后，利用相机400，捕获包含标定模板、待测量点O(x₀，y₀，z₀)、以及激光测距仪300透射出的红点在内的第一场景图像。

将本申请提供的测量装置更换到位置B，位置B与位置A不同，采用同样的方法，利用GPS接收机200得到测量装置的位置坐标(x_B，y_B，z_B)，利用激光测距仪300得到待测量点O(x₀，y₀，z₀)与测量装置的空间距离L_B-O，以及相机400再次捕获包含标定模板、待测量点O(x₀，y₀，z₀)、以及激光测距仪300透射出的红点在内的第二场景图像。

基于获取的上述两组数据，(x_A，y_A，z_A)、L_A-O、第一场景图像、(x_B，y_B，z_B)、L_B-O、第二场景图像计算得到待测量点O的空间位置坐标(x₀，y₀，z₀)。

具体地，本申请首先需要对相机400进行标定，主要包括对相机400的内、外参数及镜头的畸变参数的确定。

相机400内、外参数的获取：

本申请利用公式(1)的成像模型，根据物点和像点的已知坐标求解出相机400的内、外参数。

其中，(x，y，z)是待测量点在空间中的三维坐标，(u，v)是待测量点在图像上对应的像点坐标。

R和T包含了相机400的内部参数和外部参数。为了不失一般性，可以令t₃＝1，那么上式就包含11个未知数。只要能够知道N(N>5)个待测量点的三维空间坐标，及其在两幅场景图像中相应的像点坐标，利用最小二乘的方法就可以求得相机400的内、外参数。

利用公式(2)，求取畸变参数。

其中，(u_t，v_t)为通过针孔相机模型计算出来的归一化图像点坐标，而(u_d，v_d)是实际的包含畸变的图像点坐标，δ_u和δ_v是畸变值。δ_u和δ_v可以用下述公式(3)表示。

其中，r₂＝u_t²+v_t²，k₁、k₂、k₃、k₄为非线性畸变参数，k₁、k₂为径向畸变参数，k₃、k₄为切向畸变参数。

将公式(2)与公式(3)联立，利用待测量点的空间坐标和对应的像点坐标即可求得畸变参数k₁、k₂、k₃、k₄。

在标点完相机400的内、外参数后，利用图像处理软件读取待测量点O分别在第一场景图像和第二场景图像中的图像坐标，分别为(u_o1，v_o1)、(u_o2，v_o2)，利用上述公式(3)求取相机400的畸变参数。进而利用式(2)求得排除畸变误差的待测量点的图像坐标和将公式(1)进行变换后得到：

将和带入上述公式(4)中，得到：

进而，基于本申请利用激光测距仪300两次测得的待测量点O(x₀，y₀，z₀)与测量装置的空间距离L_A-O和L_B-O，可以得到：

将上述公式(6)作为限制条件方程，公式(5)作为误差方程，组成附有限制条件的间接平差，利用最小二乘原理求出待测量点O的位置坐标(x₀，y₀，z₀)，保证了测得的待测量点的位置坐标的准确性。

本申请提供的测量装置包括：支撑装置100、GPS接收机200、激光测距仪300和相机400。所述GPS接收机200设置在所述支撑装置100的顶端101，用于测量所述测量装置的位置坐标，所述激光测距仪300设置在所述支撑装置100的中间体102上，用于测量待测量点与所述测量装置的空间距离，所述相机400设置在所述中间体102上，用于捕获包含所述待测量点的场景图像。本申请基于GPS接收机200测量得到的测量装置的位置坐标、激光测距仪300测量得到的待测量点与测量装置的空间距离、以及相机400捕获到的包含待测量点的场景图像，计算得到待测量点的空间坐标。本申请借助于激光测距仪300和相机400，能够实现对例如陡峭的悬崖顶部、湖泊中央的特征点等，位置偏僻等不易测量的待测量点进行测量。

本申请将立体视觉测量数据、GPS接收机200所测量的数据一并进行处理，并在运算过程中，将测距方程与成像模型形成的方程组合形成附有限制条件的间接平差，利用最小二乘原理进行计算，提高了待测量点测量的准确性。

以上对本申请所提供的一种测量装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。