一种地理信息测绘系统及其方法

本发明属于地理信息测绘，具体涉及一种地理信息测绘系统及其方法。

背景技术：

1、地理信息是指与空间地理分布有关的信息，它表示地表物体和环境固有的数据、质量、分布特征，联系和规律的数字、文字、图形、图像等总称，在城乡建设、国土资源利用、环境保护等工作中，必须进行土地测量和测绘各种地图，供规划和管理使用，在地质勘探、矿产开发、水利、交通等建设中，必须进行控制测量、矿山测量、路线测量和绘制地形图，供地质普查和各种建筑物设计施工用。

2、激光扫描测绘是以激光为载波，通过解调回波信号所携带的目标调制信息的来获取目标的特征参数，如距离、高度、目标表面反射率等，通过对激光扫描图像的处理获得目标的轮廓特征信息。脉冲式测量距离远，扫描速率快，测量精度低，角度测量精度高，随着测程与扫描速率的增加，精度呈下降趋势。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种地理信息测绘系统及其方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种地理信息测绘系统，包括：激光发射模块、信号处理模块、激光接收模块、扫描模块、供电模块，所述激光发射模块和激光接收模块的作用是发射准直的激光光束并接收返回的激光光束，所述扫描模块的作用是对发射光束和接收视场方向进行同步扫描，所述信号处理模块的作用是根据获得的信息进行计算得到区域距离图像，所述供电模块的作用是为其他区块的硬件提供电源供应。

4、优选的，所述激光发射系统包含驱动电路、激光器、发射光学元件，所述驱动电路的作用是产生脉冲电流驱动激光器输出激光，所述发射光学元件的作用是对激光器输出的激光束进行准直，准直后的激光发散角为mrad量级，所述激光接收模块包含探测器、控制电路、接收光学元件，所述控制电路的作用是将探测器接收激光产生的脉冲电流进行增益与输出，所述接收光学元件的作用与发射光学元件的作用相同。

5、优选的，所述扫描模块包含反射镜、直流力矩电机和角位置传感器，所述直流力矩电机的作用是带动反射镜转动，角位置传感器的作用是实时提供反射镜的转动位置，所述扫描模块中设置有时钟管理单元，所述时钟管理单元的作用是接收主频时钟及输出工作所需时钟(如采样时钟)，所述时钟管理单元在启用时会进行时刻校准。

6、优选的，所述扫描模块中设置有回波判别单元，所述回波判别单元的作用是根据探测距离、回波峰值信息对敏感信号进行检测，包括最小距离值、最大距离值，位置等，所述数据处理模块包含处理单元、采集单元，所述处理单元中根据预设的绘图比例、数字与文字信息等参数特征结合扫描信息生成区域层图，录入属性进而将不同的区域层图汇总规划生成总图。

7、优选的，所述采样单元中通过实时采样对收到的回波进行采集，对应采集的回波信号进行差分转换并存储，所述信号处理模块中设置有序列控制子单元和数据整合子单元，所述序列控制子单元对同步时钟的不同回波信号的先后顺序，所述数据整合子单元根据序列控制子单元提供的先后顺序情况对不同的回波信号进行接收并整合成同一数据，所述系统还包含数据库，包含测量数据子库、图形子库、测量成果子库，且三种子库之间存在层级式关联。

8、优选的，所述该系统中采用滤波法对获取的回波信号进行过滤分析，并结合截止法分离正常回波信号与干扰信号的作用来降低外部干扰对正常回波信号的影响，简要过程如下：1)先存储系统上电后的多个周期内的采样数据，对相同位置的存储数据取平均值并存储到一个新的位置，得到多个周期内的平均发射干扰；2)获取新的采样数据并将其划分为多组区段数据，在单个区段数据内将干扰信号未与正常回波信号重叠的部分截断；3)在单个区段数据中若干扰信号与正常回波信号重叠，则将其与1)中计算后存储的采样数据中相对应的数据相减法，得到去除发射干扰之后的回波信号。

9、优选的，所述系统中通过数字化的全波形回波中心测距技术，是对激光发射、接收信号进行全波形采集分析，寻找一定的时间参考点，通过计算激光发射与接收信号的参考点之间间距得到两点之间的时间差，进而完成测距，所述系统中采用中心识别算法获取几何中心，对于激光回波电压波形信号而言，脉冲波形的中心就等同于几何中心，回波中心的计算公式：

10、

11、

12、其中，f(x,y)为回波信号的函数，xc、yc分别代表脉冲波形中心的时间位置和幅度信息。

13、一种地理信息测绘方法，包括：s1：初始化自检，在控制信号作用下发射激光采集地形测量数据并进行存储；s2：根据绘图比例、数字与文字信息等参数特征对获取的测量数据进行分析；s3：确定几何中心并结合分析结果计算探测距离，通过物空间光机扫描成像；s4：根据定义的各单元及分摊配置录入生成的图像中，并将数据存入数据库。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、本发明通过数字化情况下直接脉冲激光测距方法，通过激光发射模块、激光接收模块、扫描模块的配合进行探测，采用物空间光机扫描方式进行扫描成像，使用转镜进行激光扫描，进而对区域地形进行扫描测绘，提高了测距精度，同时未影响其角度测量的精度。

技术特征：

1.一种地理信息测绘系统，其特征在于，包括：激光发射模块、信号处理模块、激光接收模块、扫描模块、供电模块，所述激光发射模块和激光接收模块的作用是发射准直的激光光束并接收返回的激光光束，所述扫描模块的作用是对发射光束和接收视场方向进行同步扫描，所述信号处理模块的作用是根据获得的信息进行计算得到区域距离图像，所述供电模块的作用是为其他区块的硬件提供电源供应。

2.根据权利要求1所述的一种地理信息测绘系统，其特征在于：所述激光发射系统包含驱动电路、激光器、发射光学元件，所述驱动电路的作用是产生脉冲电流驱动激光器输出激光，所述发射光学元件的作用是对激光器输出的激光束进行准直，准直后的激光发散角为mrad量级，所述激光接收模块包含探测器、控制电路、接收光学元件，所述控制电路的作用是将探测器接收激光产生的脉冲电流进行增益与输出，所述接收光学元件的作用与发射光学元件的作用相同。

3.根据权利要求1或2所述的一种地理信息测绘系统，其特征在于：所述扫描模块包含反射镜、直流力矩电机和角位置传感器，所述直流力矩电机的作用是带动反射镜转动，角位置传感器的作用是实时提供反射镜的转动位置，所述扫描模块中设置有时钟管理单元，所述时钟管理单元的作用是接收主频时钟及输出工作所需时钟(如采样时钟)，所述时钟管理单元在启用时会进行时刻校准。

4.根据权利要求1或3所述的一种地理信息测绘系统，其特征在于：所述扫描模块中设置有回波判别单元，所述回波判别单元的作用是根据探测距离、回波峰值信息对敏感信号进行检测，包括最小距离值、最大距离值，位置等，所述数据处理模块包含处理单元、采集单元，所述处理单元中根据预设的绘图比例、数字与文字信息等参数特征结合扫描信息生成区域层图，录入属性进而将不同的区域层图汇总规划生成总图。

5.根据权利要求1或4所述的一种地理信息测绘系统，其特征在于：所述采样单元中通过实时采样对收到的回波进行采集，对应采集的回波信号进行差分转换并存储，所述信号处理模块中设置有序列控制子单元和数据整合子单元，所述序列控制子单元对同步时钟的不同回波信号的先后顺序，所述数据整合子单元根据序列控制子单元提供的先后顺序情况对不同的回波信号进行接收并整合成同一数据，所述系统还包含数据库，包含测量数据子库、图形子库、测量成果子库，且三种子库之间存在层级式关联。

6.根据权利要求1所述的一种地理信息测绘系统，其特征在于：所述该系统中采用滤波法对获取的回波信号进行过滤分析，并结合截止法分离正常回波信号与干扰信号的作用来降低外部干扰对正常回波信号的影响，简要过程如下：1)先存储系统上电后的多个周期内的采样数据，对相同位置的存储数据取平均值并存储到一个新的位置，得到多个周期内的平均发射干扰；2)获取新的采样数据并将其划分为多组区段数据，在单个区段数据内将干扰信号未与正常回波信号重叠的部分截断；3)在单个区段数据中若干扰信号与正常回波信号重叠，则将其与1)中计算后存储的采样数据中相对应的数据相减法，得到去除发射干扰之后的回波信号。

7.根据权利要求1-6所述的一种地理信息测绘系统，进一步地公开一种地理信息测绘方法，其特征在于，包括：s1：初始化自检，在控制信号作用下发射激光采集地形测量数据并进行存储；s2：根据绘图比例、数字与文字信息等参数特征对获取的测量数据进行分析；s3：确定几何中心并结合分析结果计算探测距离，通过物空间光机扫描成像；s4：根据定义的各单元及分摊配置录入生成的图像中，并将数据存入数据库。

技术总结
本发明涉及地理信息测绘技术领域，具体公开了一种地理信息测绘系统及其方法，包括：激光发射模块、信号处理模块、激光接收模块、扫描模块、供电模块，激光发射模块和激光接收模块的作用是发射准直的激光光束并接收返回的激光光束，扫描模块的作用是对发射光束和接收视场方向进行同步扫描，信号处理模块的作用是根据获得的信息进行计算得到区域距离图像，供电模块的作用是为其他区块的硬件提供电源供应；本发明通过数字化情况下直接脉冲激光测距方法，通过激光发射模块、激光接收模块、扫描模块的配合进行探测，采用物空间光机扫描方式进行扫描成像，使用转镜进行激光扫描，提高了测距精度，同时未影响其角度测量的精度。

技术研发人员：赵军华,李笑娜,田华
受保护的技术使用者：石家庄铁道大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19