移动激光扫描测量系统集成与质量控制

发布时间：2020-10-30 06:40

　　地理信息技术、通信技术、感知技术和超算技术是智慧城市建设的关键技术。其中,地理信息技术是采集数据和信息的关键,高效高速高精度的采集用于智慧城市建设所需的城市空间地理信息数据,是当前研究的热点问题。基于多传感器集成的移动激光扫描测量系统是城市空间地理信息采集的一项主要技术,是一种新兴的、综合的、高动态的测量手段,已广泛用于街景数据采集、市政管理和道路测量等。然而,在移动激光扫描测量系统普及和实际应用过程中还存在着不少问题:(1)一套完整的移动测量系统价格昂贵,使用成本较高;(2)多线激光雷达与惯导间的位置关系存在偏差,导致点云数据偏移;(3)复杂环境下系统点云数据质量下降严重。因此,降低移动测量系统的使用成本,研究多线激光雷达安置参数标定和复杂环境下点云数据精度的质量控制方法对移动激光扫描测量系统的普及和使用具有重要的实践意义。基于此本文完成的主要工作如下:1、详细梳理了移动测量系统集成在国内外发展的现状;总结了安置参数标定和移动测量系统点云数据质量改善的研究现状;对移动测量系统涉及的相关理论基础进行了介绍。2、完成了移动激光扫描测量系统设计集成和实现工作。对系统进行模块化分解完成了系统的整体设计,介绍了传感器选型策略,利用双天线测姿技术辅助IMU初始对准提高IMU测量精度;针对系统的时间基准统一问题,提出了基于秒脉冲触发的时间同步方法,介绍了插值算法;而后,对传感器进行了连接和系统外观设计集成;针对空间基准统一问题,推导了坐标转换过程,介绍了基于直接测量法的安置参数初值标定;对于多线激光雷达特有的数据格式,在分析数据解析方法的基础上,基于Matlab平台编写了数据解析程序;最后,通过路测实验验证了本文设计集成的移动激光扫描测量系统能够实现数据采集与数据融合的功能。3、研究了基于矩形标志的多线激光雷达安置参数一站式快速标定方法。针对多线激光雷达安置参数解算问题,在分析多线激光雷达的扫描特性和传统人工标志局限性的基础上,提出使用标准的矩形纸板作为人工标志,并以标志角点为公共点;对于点云中矩形标志角点的提取,提出利用随机抽样一致算法拟合点云中矩形标志边缘,以边缘交点作为矩形标志角点的方法,当拟合边缘无交点时,以边缘距离最近处连线中点为角点;对于安置参数解算利用基于Kabsch算法求解最优旋转矩阵和平移参数并与直接测量法得到的安置参数进行对比;最后,将求得的安置参数带入路测实验的数据融合过程,验证安置参数的准确性。4、研究复杂环境下移动测量系统点云数据质量的控制方法。针对单帧激光扫描数据的质量控制,提出顾及激光内参数点云改正的方法改善激光雷达测距误差,提出基于测量范围约束的点云滤波剔除原始点云中的冗余数据;针对点云点位精度改化,提出基于已知约束的数据驱动质量控制方法,利用全站仪测得的已知控制点与点云中控制点建立对应关系,构建坐标转换模型求解转换参数,用该参数直接改化点云数据,并分析控制点数量和分布对检核点坐标改化效果的影响;针对融合后点云数据质量控制,提出改进的k-近邻算法剔除离散点和基于协方差矩阵剔除体外孤点;最后,通过实验验证以上方法对于复杂环境下点云数据质量控制的有效性。
【学位单位】：战略支援部队信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P225.2
【部分图文】：

道路测量,背负式,环境调查,小巷

[12][13]；船载 MLS 一般还会安装多波束声呐以同时获得水上和水下的数据，环境调查、岸线提取和数字航道等方面[14][15][16]；车载 MLS 是最常用的一类测量系统，由于适合城市道路行驶且效率较高，广泛用于街景数据采集、城市政管理和道路测量等[17][18][19]；无人机载 MLS 具有转移方便、操作灵活、限制、运营成本相对较低，可用于电网勘察、环境监测、土地普查等[20][21][2S 相当于以人为载体，可以根据需要针对性的进行扫描测量、设备小巧轻便同时可以到达其他 MLS 无法进入的胡同、小巷和室内等场景[23][24]。不同载如下图 1-1 所示。(a) 车载 MLS (b) 背负式 MLS (c) 机载 MLS

光纤陀螺仪,组合导航系统,加速度计,主机

本文移动激光扫描测量系统的系统组成和主要误差来标系；第三节介绍时间系统的相关理论；第四节介绍测姿技术；第五节介绍 GNSS/INS 组合导航的不同组描测量系统组成的核心组件，目前市场上主流的 POS 系统主要是德加拿大 NovAtel 公司的 SPAN 系列、美国 Trimble 公司 GNSS/INS/DMI 及其他传感器的组合，为点云和影像位置和姿态信息，是移动测量系统中的关键组成部分足够的情况下，移动测量系统的测量精度主要取决于择对集成的 MLS 具有重要意义，本文所用的 POS 是其具有很好的性价比，是一款集成了 GNSS+INS 的紧 SPAN-CPT 包括主机、GNSS 天线和连接线，主机如

模型图,激光雷达,多线,模型