扫描者——便携式激光测高仪

侯博超 许滕 叶鹏 周健 崔红娟

摘 要：针对传统测高仪器体积庞大，携带不便等问题，文中设计了一款便携式激光测高仪。仪器利用接收的漫反射光与发射光的相位延迟测距，精度高，能耗小，局限性小，再配合MAYA，Blender，Sketchup等后期软件可进行局部区域建模。

关键词：激光测高；相位延迟

1 作品简介

本项目根据激光测距的原理，从教员上课所使用的激光笔得到启发，采用激光测距技术和嵌入式系统技术，巧妙设计了一款便携式测高仪。这款测高仪具有测量范围广，抗干扰能力强，稳定性强，小巧便携等特点，采用扫描式一键测高方法，解决了日常生活中如何快速、方便地测量身高及工程建筑测高繁琐等现实问题，且测量结果准确可靠，有效地避免了传统测高方法高消耗、低精度、局限性大等缺陷。此外，该测高仪还可以成为独立模块，搭载在智能车、机器人等一系列可自行稳定移动的装置上（海陆空皆可），对一定范围内所有物体进行3D建模所需原始初数据的采集，再配合MAYA，Blender，Sketchup等后期软件即可进行局部區域建模。仪器实物如图1所示。

“小块头，大智慧”。该仪器简单小巧易操作，数据直观又可靠。同时还具有时尚便携，一键测高等优点。改进后可实现自动一体化测高，高效智能，探头易更换，如图2所示。

该仪器可搭载在智能车或无人机上，结合3D模拟，实现战场环境数字化呈现，在军事、工程、医疗等领域具有不可替代的作用，如图3所示。

2 工作原理

2.1 物体高度的测量原理

设仪器距地高度为h（改装后可直接读出），测出斜边长为l，水平距离为x，如图4所示。

高度H的数学表达式如下：

H=sqrt（l2-x2）+h（实验测得0

2.2 激光测距系统原理

采用方向性好、高度聚集的激光光源，利用接收的漫反射光与发射光的相位延迟测距，原理如图5所示。

文中所述的激光测距系统由激光发射模块、激光接收模块、相位差检测模块、微控制器、串口组成。

2.2.1 激光发射模块

激光发射模块将电信号转化为光信号，发出具有方向性好、高度聚集的激光，经过发射器透镜后射向目标。

2.2.2 激光接收模块

目标对激光发射模块进行漫反射后，接收器透镜接收到部分反射光后将其聚集到激光接收器，激光接收器接收到激光后将光信号转化为电信号。

2.2.3 相位差检测模块

检测发出的电信号和接收到的电信号的相位差。

2.2.4 微控制器

微控制器将测定光往返一次所产生的相位延迟换算成相位延迟所代表的距离：

L=λΔφ/4π（单位：m）

式中：λ为激光波长，φ为相位。

2.2.5 串口

串口将微控制器计算得出的距离以电信号的方式输出。

3 创新点

“扫描者”便携式激光测高仪利用激光方向性好、高度聚集、精确度高等特点，以测量水平方向距离的方法间接测量竖直高度，方法简单，却解决了很多棘手的问题。

（1）测量方法创新性强，彻底改变了只能在竖直方向由上至下测量的传统测高方法。

（2）便携易操作，可实现远距离测高，解决了传统测高方法只能贴着物体测量的问题。操作简单，易学，可随身

携带。

（3）随时随地测量，不受所处环境的影响。该仪器对使用者的姿态、所测物体的范围无限制。

（4）数据测量准确，测量范围广，不仅可以测量生活中常见的小物体、人的身高，还可以一键测出建筑物、树木、路灯、小山体的高度，并且可根据测量需要自行更换探头。

（5）对于一些常规测高方法无法测量的物体，以及测量环境危险、不便近距离测量的物体如山头、树木、敌方装甲车等，可一键测量，且数据准确，解决了生产生活中的现实

问题。

（6）实现了扫描式一键测高。经过改装，仪器可一次性测量多个物体如多个人的身高、多个工件或路灯，方便高效，不仅外观小巧时尚智能化，在军事建模、生活、工程、建筑、测绘、环保、城市管理、质量检测等方面也具有很大的实

用性。

（7）搭载至无人机或智能车，可在水、陆、空三种情况下进行测量，也可实现全自动一体化探测和测量。相比红外或摄像，可以实现数据精确的信息化战场环境的模拟，可应用于对未来战争以及地形勘测等方面，应用前景广阔。

（8）具有测距测高的双重功能。

4 市场前景

“扫描者”便携式激光测高仪外观小巧时尚智能化，在军事、生活、工程、建筑、测绘、环保、城市管理、质量检测等方面具有不错的市场前景。

（1）外观时尚小巧，便携易操作。对生活中的常见物体，无论大小高低远近，都可实现一键式扫描测高测距，可进行广泛的市场推广。

（2）测量高效快捷，可以批量测量。对于工程测量、测绘障碍物、器材、建筑等的高度将是生产效率和测量精度的一次革命，具有广阔的市场前景。

（3）在城市管理部门进行路灯、树木、门、雕塑、建筑等高度的测量检测过程中，大大提高了效率和准确程度。

（4）是野外生存、旅行以及地形勘测中必不可少的仪器。

（5）其具有测距、测高的双重功能，结合智能车或无人机，可实现实地环境的数字化精确模拟，对21世纪的信息化战场而言意义重大。