轨道移动激光扫描平台的嵌入式定位同步系统研究

发布时间：2017-05-09 13:03

  本文关键词：轨道移动激光扫描平台的嵌入式定位同步系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：三维激光扫描技术具有可对空间物体进行高分辨率和高精度检测的特点,已在轨道交通隧道建筑空间结构的检测领域得到了广泛应用。对隧道进行扫描检测的方式有两种:分站固定式扫描和轨道移动式扫描。与传统的分站固定式扫描相比,采用轨道移动式扫描效率较高,现场操作人员的劳动强度较低,并且扫描的数据质量较恒定,点云数据的处理量也较小。但是移动式激光扫描系统需要保障扫描数据与移动位置的严格同步以及在扫描行程中对扫描空间坐标系的准确设定。本论文在参考前期移动激光扫描原型系统的基础上,研究和设计了一个基于ARM嵌入式定位同步技术的轨道移动激光扫描系统。这个新型的系统具有定位同步可靠性高和移动平台姿态数据完整的优点,同时还可以电机助动,具有重量轻、体积小和耗能低等特点。论文首先研究了系统整体结构框架,论证了同步数据处理流程与方法的可行性,提出了应用模块化设计的实现方法。系统采用STM32微处理器作为核心数据处理单元,将光电编码器和二维倾角仪相结合用于实时检测平台的动态位置和水平面姿态,从而有效提供了空间数据动态三维坐标信息。系统设计中采用了将同步数据实时保存至SD卡中并通过RS232串口上传并且存储至上位机的双向保存机制,保障了数据存储的可靠性。相关的研究工作还延伸到实际工程应用方面,利用与移动激光扫描平台相关联的上位机,设计了与嵌入式系统之间的专门通信协议和Lab View工作界面,除了完成工作状态显示和同步数据存储外,还可向移动扫描系统发送指令来管理系统运行。本论文所论及的新型移动激光扫描平台是以嵌入式定位同步系统作为研究重点,分别在定位同步方法、功能实现方法、空间坐标检测和平台驱动方式等几个方面展开。研究工作还对设计完成的系统进行了功能验证和整体测试,结果表明系统基本达到了预定的研究目标。论文最后对系统数据误差来源及其可能的减少误差的办法和途径给予了分析。
【关键词】：轨道移动激光扫描 嵌入式系统 定位同步
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN249;TP368.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 研究背景12-18
• 1.1.1 城市轨道交通发展与隧道安全检测12-13
• 1.1.2 三维激光扫描技术13-15
• 1.1.3 轨道移动式扫描15-17
• 1.1.4 现有研究工作基础及研究方向17-18
• 1.2 研究意义18
• 1.3 前期移动扫描系统状况分析18-24
• 1.3.1 系统硬件结构总成18-19
• 1.3.2 系统处理工作流程19-23
• 1.3.3 系统不足之处23-24
• 1.4 研究内容及章节安排24-26
• 1.4.1 研究内容24
• 1.4.2 章节安排24-26
• 第二章 基于移动激光扫描的嵌入式定位同步系统总体研究26-38
• 2.1 移动激光扫描的定位同步技术26
• 2.2 基于螺旋扫描模式的定位同步系统方案研究26-32
• 2.2.1 基于螺旋TTL模式的定位同步方案研究27
• 2.2.2 基于螺旋CAN模式的定位同步方案研究27-29
• 2.2.3 系统定位同步方案分析与总结29-32
• 2.3 基于螺旋TTL模式的嵌入式定位同步系统总体研究32-35
• 2.3.1 嵌入式系统概述32
• 2.3.2 嵌入式定位同步系统可行性需求分析32-33
• 2.3.3 嵌入式定位同步系统总体方案设计思想33-34
• 2.3.4 嵌入式定位同步系统关键问题研究34-35
• 2.4 基于倾斜传感检测的扫描切片截面的坐标校正方法研究35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 嵌入式定位同步系统模块设计与实现38-47
• 3.1 系统总体结构设计38-39
• 3.2 三维激光扫描仪39-40
• 3.3 系统功能模块分析40-42
• 3.3.1 处理器模块40-41
• 3.3.2 液晶显示模块41
• 3.3.3 数据存储模块41-42
• 3.4 传感器选用及信号调理与电压转换模块设计42-45
• 3.4.1 光电编码器42-43
• 3.4.2 二维倾角仪43
• 3.4.3 信号调理与电压转换模块43-45
• 3.5 系统机电模块设计45-46
• 3.5.1 电机及控制器45-46
• 3.5.2 电源模块46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 嵌入式定位同步系统软件程序设计47-74
• 4.1 系统软件整体设计思路47-48
• 4.2 软件开发平台48-49
• 4.2.1 STM32 软件开发平台48
• 4.2.2 上位机软件开发平台48-49
• 4.3 下位机STM32 应用程序设计49-68
• 4.3.1 系统初始化程序49-50
• 4.3.2 系统主程序50-51
• 4.3.3 系统时钟配置51
• 4.3.4 系统SysTick定时器程序51-52
• 4.3.5 数据采集程序52-56
• 4.3.6 数据同步绑定程序56-57
• 4.3.7 外扩内存驱动程序57-59
• 4.3.8 SD卡驱动程序59-62
• 4.3.9 FAT文件系统的移植62-63
• 4.3.10 USB读卡器程序63-64
• 4.3.11 LCD初始化与字符显示程序64-66
• 4.3.12 红外遥控程序66-68
• 4.4 上位机软件程序设计68-73
• 4.4.1 串口号自动识别程序68-69
• 4.4.2 串口数据接收解析程序69-70
• 4.4.3 数据显示和存储程序70-71
• 4.4.4 指令控制程序71-72
• 4.4.5 上位机软件界面设计72-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第五章 系统测试与误差来源分析74-84
• 5.1 系统测试平台搭建74
• 5.2 系统关键功能测试74-78
• 5.2.1 扫描仪脉冲响应能力测试75-76
• 5.2.2 串口通信测试76
• 5.2.3 数据存储功能测试76-78
• 5.3 系统整体测试78-80
• 5.3.1 隧道环境模拟测试78-79
• 5.3.2 地铁隧道现场测试79-80
• 5.4 数据误差来源分析80-83
• 5.4.1 2D空间数据误差来源分析80-81
• 5.4.2 定位同步数据误差来源分析81-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第六章 总结与展望84-86
• 6.1 论文工作总结84-85
• 6.2 后续工作展望85-86
• 参考文献86-88
• 附录88-91
• 附录1 扫描仪接口引脚分布和说明88
• 附录2 预定义的扫描仪CAN指令信息88-89
• 附录3 TFTLCD模块信号引脚描述89
• 附录4 光电编码器电气参数89
• 附录5 二维倾角仪性能技术参数89-90
• 附录6 信号调理与电压转换接口板线路连接图90-91
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果91-92
• 致谢92-93

【参考文献】

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本文编号：352524