Портативный геодезический приемник (варианты) и способ получения геодезических данных
PORTABLE GEODESIC RECEIVER (OPTIONS) AND METHOD FOR OBTAINMENT OF GEODESIC DATA

Портативный геодезический приемник (варианты) и способ получения геодезических данных Группа изобретений относится к области инженерной геодезии, а именно к устройствам и способам, предназначенным для проведения геодезических измерений. Предложенные устройства и способ имеют широкий спектр применения и могут быть использованы, например, при инженерно-геодезических изысканиях различных участков, площадок и трасс с целью составления планов и профилей, инженерно-геодезическом проектировании для подготовки геодезических данных для строительных работ, при осуществлении наблюдений за деформациями зданий и сооружений, а также при проведении инженерных инвентаризационных работах и др.
Из уровня техники известны устройства и способы, предназначенные для осуществления геодезических измерений.
Например, известно устройство (патент RU142555 U1, опубл. 27.06.2014), содержащее корпус и снабженное механизмом его крепления к штативу, имеющее установленные в корпусе процессор, лазерный дальномер, камеру, навигационный приемник, инерциальную систему и средства отображения и ввода информации. Кроме того, из уровня техники известен способ получения геодезических данных (патент RU142555 U1, опубл. 27.06.2014), заключающийся в том, что корпус устройства устанавливают на штативе с помощью механизма крепления, посредством навигационного приемника определяют координаты (GPS, ГЛОНАС) и ориентацию корпуса устройства в пространстве, далее с помощью камеры наводят устройство на заданные точки объектов, производят измерения расстояния до объектов с помощью лазерного дальномера, после чего результаты измерений передают в процессор и рассчитывают заданные параметры. Одним из недостатков данного геодезического устройства является необходимость в дополнительном объемном оборудовании, а именно, в штативе или вехе для осуществления измерений, то есть процесс измерений растянут во времени за счет монтажа/демонтажа оборудования в точках измерений, а перенос полного комплекта геодезического оборудования невозможен человеком, имеющим при переносе 2 свободные руки, например, в рюкзаке или сумке.
Кроме того, способ получения геодезических данных, основанный на измерении каждой заданной точки лазерным дальномером, требует значительного времени для выполнения измерений.
Таким образом, технич. проблема заключается в создании портативных геодезич. приемников с улучшенными массогабаритными показателями, способных заменить целый ряд геодезического оборудования, и выполненных с возможностью осуществления измерений одним оператором в отсутствие дополнительного оборудования при уменьш. временных затрат на геодезическую съемку.
Технический результат, достигаемый первым вариантом заявленного портативного геодезического приемника, заключается в повышении удобства осуществления измерений одним оператором при уменьшении временных затрат на геодезическую съемку, а также повышение точности геодезических измерений. Техническая проблема решается тем, что портативный геодезический приемник представляет собой цифровое мобильное устройство, имеющее корпус, размещенные в нем блок управления, содержащий материнскую плату с процессором, контроллерами и памятью, камеру, устройство ввода и вывода информации, инерциальную систему, навигационный приемник, программное обеспечение, взаимодействующее с операционной системой, а также съемный модуль дальномера, выполненный с возможностью крепления к цифровому мобильному устройству, имеющий корпус, размещенный в нем аккумулятор, процессор и связанный с ним навигационный приемник, а также включающий узел измерения высоты, размещенный на нижнем торце корпуса, и содержащий лазерный дальномер.
В частном случае осуществления изобретения модуль дальномера содержит лазерный дальномер, оптическая ось которого совмещена с оптической осью камеры цифрового мобильного устройства. В частном случае осуществления изобретения узел измерения высоты съемного модуля дальномера содержит фото- и/или видеокамеру. В частном случае осуществления изобретения съемный модуль дальномера содержит инерциальную систему. Выполнение портативного геодезического приемника в виде цифрового мобильного устройства со съемным модулем дальномера, предназначенным для крепления к цифровому мобильному устройству, а также снабжение съемного модуля дальномера узлом измерения высоты, размещенным на нижнем торце корпуса и содержащим лазерный дальномер, позволяет создать компактное устройство, способное заменить целый ряд геодезического оборудования и повысить удобство осуществления измерений одним оператором, а также снизить временные затраты за счет исключения необходимости в переносе и установке штатива или геодезической вехи при осуществлении измерений. Наличие в съемном модуле дальномера процессора и связанного с ним навигационного приемника позволяет принимать точные навигационные данные и учитывать их при дальнейших расчетах, повышая точность геодезической съемки. Наличие лазерного дальномера, оптическая ось которого совмещена с оптической осью камеры цифрового мобильного устройства, способствует повышению точности геодезической съемки за счет возможности выполнения дополнительных измерений расстояния до объектов в качестве контрольных замеров. Наличие фото- и/или видеокамеры в узле измерения высоты съемного модуля дальномера также способствует получению более точных геодезических данных исследуемой поверхности за счет возможности построения трехмерной карты земной поверхности.
Наличие собственной инерциальной системы в съемном модуле дальномера также позволит получить более точные геодезические данные.
Технический результат, достигаемый вторым вариантом заявленного портативного геодезического приемника, заключается в повышении удобства осуществления измерений одним оператором при уменьшении временных затрат на геодезическую съемку. Техническая проблема решается тем, что портативный геодезический приемник представляет собой цифровое мобильное устройство, имеющее корпус, размещенные в нем блок управления, содержащий материнскую плату с процессором, контроллерами и памятью, камеру, устройство ввода и вывода информации, инерциальную систему, навигационный приемник, программное обеспечение, взаимодействующее с операционной системой, а также узел измерения высоты, размещенный на нижнем торце корпуса, и содержащий лазерный дальномер. В частном случае осуществления изобретения приемник содержит лазерный дальномер, оптическая ось которого совмещена с оптической осью камеры цифрового мобильного устройства. В частном случае осуществления изобретения узел измерения высоты имеет фото- и/или видеокамеру. Выполнение портативного геодезического приемника в виде цифрового мобильного устройства, снабженного узлом измерения высоты, размещенным на нижнем торце корпуса и содержащим лазерный дальномер, позволяет создать одно удобное и компактное устройство, способное заменить целый ряд геодезического оборудования, уменьшить объем и вес геодезического оборудования, а также сократить временные затраты за счет исключения необходимости в переносе и установке штатива или геодезической вехи при осуществлении измерений. Наличие лазерного дальномера, оптическая ось которого совмещена с оптической осью камеры цифрового мобильного устройства, способствует повышению точности геодезической съемки за счет возможности выполнения дополнительных измерений расстояния до объектов в качестве контрольных замеров. Наличие фото- и/или видеокамеры в узле измерения высоты также способствует получению более точных геодезических данных исследуемой поверхности за счет возможности построения трехмерной карты земной поверхности.
Также техническая проблема заключается в создании способа получения геодезических данных с использованием портативных геодезических приемников, позволяющего получать более точные геодезические параметры при снижении временных затрат на осуществление работ.
Технический результат, достигаемый заявленным способом получения геодезических данных, заключается в снижении временных затрат на осуществление работ при повышении точности геодезических измерений. Техническая проблема решается тем, что выравнивают положение портативного геодезического приемника с помощью его инерциальной системы в пространстве, производят видеозапись либо серию фотоснимков местности с помощью камеры приемника при движении по заданной траектории, кроме того осуществляют измерение высоты положения приемника с помощью узла измерения высоты приемника, передают полученные данные в процессор приемника, обрабатывают данные от камеры приемника с учетом полученных данных о высоте положения приемника, данных от инерциальной системы приемника и данных от навигационного приемника, формируют трехмерную сцену местности для получения необходимых параметров заданных объектов.
Учет данных, полученных от камеры приемника, от инерциальной системы приемника, данных от навигационного приемника и данных от узла измерения высоты позволяет сформировать трехмерную сцену местности и получить параметры исследуемых объектов, обеспечивая высокую точность геодезической съемки при снижении временных затрат на осуществление работ.
Сущность заявленной группы изобретений поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен первый вариант портативного геодезического приемника, представляющий собой цифровое мобильное устройство и съемный модуль дальномера (вид сзади).
На фиг.2 представлен второй вариант портативного геодезического приемника, выполненного в виде цифрового мобильного устройства (вид спереди). Портативный геодезический приемник (фиг.1) содержит цифровое мобильное устройство 1, а также модуль дальномера 2, выполненный с возможностью крепления к цифровому мобильному устройству 1. Крепление может быть выполнено любым известным из уровня техники способом, например, модуль дальномера может быть закреплен на мобильном цифровом устройстве посредством чехла, а также посредством болтов. Кроме того, крепление может быть выполнено в виде захвата 3, предназначенного для модуля дальномера, установленного на цифровое мобильное устройство посредством магнита, а также в виде двухстороннего захвата. В качестве цифрового мобильного устройства 1 может быть использован, например, смартфон, планшет, карманный персональный компьютер или другое устройство. Цифровое мобильное устройство содержит размещенные в нем блок управления, имеющий материнскую плату с процессором, контроллерами и памятью, оперативной и внутренней. Также цифровое мобильное устройство снабжено камерой 4, устройством ввода и вывода информации, инерциальной системой, навигационным приемником. Кроме того, цифровое мобильное устройство имеет аккумулятор. Цифровое мобильное устройство 1 имеет установленное программное обеспечение (приложение), взаимодействующее с процессором и позволяющее выбирать режимы работы портативного геодезического приемника при выполнении измерений. Модуль дальномера 2 имеет корпус, который может быть выполнен любой формы, например, в виде удлиненного цилиндра, прямоугольный, квадратной, и др. Модуль дальномера 2 содержит процессор, получающий данные от его узлов, аккумулятор и связанный с ним навигационный приемник 5, который может быть выполнен, в частности, в виде GNSS-приемника. Кроме того, модуль дальномера 2 имеет узел измерения высоты, который размещен на нижнем торце его корпуса и содержит лазерный дальномер 6. Модуль дальномера 2 может также иметь собственную инерциальную систему, выполненную с возможностью выставления в пространстве модуля дальномера 2 для фиксации измерений. Кроме того, инерциальная система модуля дальномера либо цифрового мобильного устройства может выполнять роль автономной навигационной системы в отсутствие спутникового сигнала. Модуль дальномера 2 может содержать лазерный дальномер (на фигуре не показан), оптическая ось которого совмещена с оптической осью камеры цифрового мобильного устройства. При этом измерения лазерного дальномера могут быть учтены для повышения точности определения параметров, рассчитанных по трехмерным сценам. Узел измерения высоты модуля дальномера 2 может содержать фото- и/или видеокамеру 7, которая предназначена для выполнения серии фотоснимков или видео при движении по заданной траектории для дальнейшего построения трехмерной модели земной поверхности и получения информации о характере рельефа местности. Кроме того, в портативном геодезическом приемнике реализована возможность получения, записи и дальнейшей обработки данных одновременно от двух фото- и/или видеокамер, а именно, от камеры, размещенной на задней поверхности цифрового мобильного устройства, а также от камеры, расположенной в узле измерения высоты съемного модуля дальномера. Другой вариант выполнения портативного геодезического приемника (фиг. 2) заключается в том, что приемник выполнен в виде цифрового мобильного устройства 1, например, смартфона, планшета, карманного персонального компьютера или другого устройства. При этом портативный геодезический приемник содержит размещенные в нем блок управления, содержащий материнскую плату с процессором, контроллерами и памятью, камеру, устройство ввода и вывода информации (дисплей 8), инерциальную систему, навигационный приемник, в частности, GNSS-приемник. Кроме того, геодезический приемник содержит навигационный приемник, связанный с процессором, а также узел измерения высоты, размещенный на нижнем торце корпуса, и содержащий лазерный дальномер 9. Корпус портативного геодезического приемника может быть выполнен ударопрочным и/или с защитой от пыли и влаги. Портативный геодезический приемник имеет программное обеспечение (приложение), взаимодействующее с операционной системой, позволяющее выбирать режимы работы и осуществлять измерения. Портативный геодезический приемник также может включать лазерный дальномер (на фигуре не показан), размещенный рядом с камерой на задней панели приемника, оптическая ось которого совмещена с оптической осью камеры цифрового мобильного устройства. При этом измерения заданных точек объектов исследования, выполненные лазерным дальномером, сравнивают с параметрами, рассчитанными по трехмерным сценам, и корректируют полученную модель в случае необходимости. Портативный геодезический приемник также может быть оборудован фото- и/или видеокамерой 10, размещенной в узле измерения высоты, которая предназначена для выполнения серии фотоснимков или видео при движении по заданной траектории для дальнейшего построения трехмерной модели земной поверхности и получения информации о характере рельефа местности. В портативном геодезическом приемнике также реализована возможность получения, записи и обработки данных одновременно от двух фото- и/или видеокамер, а именно, от камеры, размещенной на задней поверхности приемника, а также от камеры, размещенной в узле измерения высоты, для получения более точной трехмерной модели.
Способ получения геодезических данных осуществляют следующим образом. Геодезические измерения производят с использованием одного из вариантов портативного геодезического приемника (фиг.1, фиг.2), по меньшей мере, в 2-х режимах работы. Основной режим измерений заключается в том, что выравнивают положение портативного геодезического приемника с помощью его инерциальной системы либо с помощью инерциальной системы цифрового мобильного устройства в пространстве. Далее наводят камеру 4 портативного геодезического приемника на объекты исследования, параметры которых необходимо измерить. Включают с помощью приложения запись видео либо производят серию фотоснимков, при этом двигаются по заданной траектории, удерживая в кадре объекты исследования. При этом также регистрируют и записывают данные лазерного дальномера (фиг.1 позиция 6, фиг.2 позиция 9), полученные от узла измерения высоты съемного модуля дальномера или узла измерения высоты портативного геодезического приемника соответственно в процессе движения в сторону исследуемого объекта. При необходимости также регистрируют данные, полученные от фото- и/или видеокамеры (фиг.1 позиция 7, фиг.2 позиция 10), размещенной в узле измерения высоты съемного модуля дальномера или узла измерения высоты портативного геодезического приемника. Все собранные данные, а именно, данные, полученные от фото- или видеокамеры, размещенной на задней поверхности портативного геодезического приемника либо на задней поверхности цифрового мобильного устройства, от лазерного дальномера (фиг.1 позиция 6, фиг.2 позиция 9) узла измерения высоты съемного модуля дальномера или узла измерения высоты портативного геодезического приемника, данные инерциальной системы, а также данные, полученные от навигационного приемника, передают в процессор портативного геодезического приемника или процессор цифрового мобильного устройства, а далее подготовленные данные передают на сервер для дальнейших расчетов либо могут быть обработаны процессором портативного геодезического приемника или процессором цифрового мобильного устройства.
Данные обрабатывают с помощью методов фотограмметрии с целью получения трехмерной сцены. Далее с помощью алгоритмов нейронных сетей выделяют объекты, подлежащие измерению. После чего автоматизировано их сегментируют и описывают необходимые параметры. Кроме того, возможен режим, при котором производят измерения в заданных точках. Для этого устанавливают с помощью программного обеспечения, установленного в портативном геодезическом приемнике, соответствующий режим работы. Далее с помощью инерциальной системы приемника или цифрового мобильного устройства выставляют приемник для дальнейшей работы. Включают лазерный дальномер (фиг.1 позиция 6, фиг.2 позиция 9) узла измерения высоты съемного модуля дальномера или узла измерения высоты портативного геодезического приемника и записывают значения, которые также совместно с данными инерциальной системы, а также данными, полученными от навигационного приемника, передают в процессор портативного геодезического приемника или процессор цифрового мобильного устройства, а далее подготовленные данные передают на сервер для вычисления заданных параметров в соответствии с поставленными геодезическими задачами либо обрабатывают с помощью процессора портативного геодезического приемника или процессора цифрового мобильного устройства.
Таким образом, группа изобретений решает поставленные технические задачи.