[發明專利]一種大批量機載LiDAR點云數據整體優化的方法

有效

• 申請號: 201711062434.4
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN110148218B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 閆繼揚;王國飛;江宇;李文棋;王剛;李振;張帆;李建平;王力
• 申請（專利權）人: 星際空間（天津）科技發展有限公司
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06F17/11;G06F16/29
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本發明公開了一種大批量機載LiDAR點云數據整體優化的方法，涉及基礎測繪和帶狀工程勘測設計領域，包括如下步驟：點云數據準備；點云數據精度檢查；點云數據誤差源分析；點云平差誤差模型構建，逐步迭代解算優化區域內機載激光點云數據。本發明的優越性為：本發明遵循“分塊平差、逐步優化”原則，按照單航線平差、單架次平差、局部平差法、殘差捏合、絕對精度改正的先后順序采用分級、逐步的平差思路進行點云的分階段平差處理。解決了多架次、大批量、大數據的機載點云數據的平差匹配，控制了數據質量、保證了后續點云數據制作的質量與精度。

技術領域

本發明涉及數據采集及數據優化領域，特別涉及一種通過不同架次的機載LiDAR對點云數據進行采集，通過分析、構建模型等過程對采集后的點云數據進行整體優化的大批量機載LiDAR點云數據整體優化的方法。

背景技術

LIDAR(激光雷達)即LightDetectionAndRanging，大致分為機載和地面兩大類，其中機載激光雷達是一種安裝在飛機上的機載激光探測和測距系統，可以量測地面物體的三維坐標。機載LIDAR是一種主動式對地觀測系統，是上世紀九十年代初首先由西方國家發展起來并投入商業化應用的一門新興技術。它集成激光測距技術、計算機技術、慣性測量單元(IMU)/DGPS差分定位技術于一體，該技術在三維空間信息的實時獲取方面產生了重大突破，為獲取高時空分辨率地球空間信息提供了一種全新的技術手段。它具有自動化程度高、受天氣影響小、數據生產周期短、精度高等特點。機載LIDAR傳感器發射的激光脈沖能部分地穿透樹林遮擋，直接獲取高精度三維地表地形數據。機載LIDAR數據經過相關軟件數據處理后，可以生成高精度的數字地面模型DTM、等高線圖，具有傳統攝影測量和地面常規測量技術無法取代的優越性，因此引起了測繪界的濃厚興趣。機載激光雷達技術的商業化應用，使航測制圖如生成DEM、等高線和地物要素的自動提取更加便捷，其地面數據通過軟件處理很容易用于各種成果制作。

機載LIDAR技術在國外的發展和應用已有十幾年的歷史，但是我國在這方面的研究和應用還只是剛剛起步,其中利用航空激光掃描探測數據進行困難地區DEM、DOM、DLG數據產品生產是當今的研究熱點之一。該技術在地形測繪、環境檢測、三維城市建模等諸多領域具有廣闊的發展前景和應用需求，目前已成為新型測繪技術的代表性技術。

針對不同的應用領域及成果要求，結合靈活的搭載方式，LiDAR技術可以廣泛應用于基礎測繪、道路工程、電力電網、水利、石油管線、海岸線及海島礁、數字城市等領域，提供多尺度(1:500至1:10000)、高精度的空間數據成果。

大范圍的機載LiDAR點云數據獲取通常需要多個架次的飛行采集。由于空域、天氣等各方面因素的影響，通常需較長的周期來獲得多架次的飛行數據。各個架次的數據采集由多條點云條帶組成。不同條帶的點云由于時間、環境、溫度等各種情況的不同，激光點云條帶內部及接邊重疊區域存在著匹配接邊誤差。該誤差對后續的數據處理及應用影響較大。甚至會直接影響成果數據的最終精度。

影響機載激光雷達測量點云精度的誤源很多，主要包括：GNSS定位誤差x,y,z、GNSS/INS組合定姿誤差heading,roll,pitch和激光測距的比率誤差scale。GNSS定位誤差參數，與眾多誤差源密切相關，在局部范圍內具有一定的隨機性。GNSS軌跡線關于姿態定位的角度誤差，與航線飛行狀態直接相關，具有同一航線內誤差恒定、航線間存在變化的特點。激光測距儀縮放誤差，與飛行時段測區的氣溫和氣壓外界觀測條件相關，具有單架次內誤差恒定、架次間存在變化的特點。

針對以上誤差源導致的機載LiDAR點云存在的匹配接邊誤差，現提出了一種大批量機載激光LiDAR點云整體優化的方法。該方法通過機載點云誤差源分析，構建誤差模型，采用間接平差最小二乘的方法計算誤差源數值。針對不同條件下的飛行數據進行精度的整體優化。其中充分考慮了影響機載LiDAR點云數據精度的誤差源，并通過實例數據驗證誤差模型的正確性和可行性。

發明內容