[發明專利]一種面向地表微弱變化時序探測的機載LiDAR采集移動式定標器

在審

• 申請號: 202211115721.8
• 申請日: 2022-09-14
• 公開（公告）號: CN115453499A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 廖蔚茗;陳立川;黎力;劉滿乾;任曉虎;王琦;鄧興波
• 申請（專利權）人: 重慶地質礦產研究院
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S17/88;G01S17/931;G01S17/86;G01S19/46
• 代理公司: 重慶萃智邦成專利代理事務所(普通合伙) 50231
• 代理人: 竺棟

本發明涉及地質災害領域，公開了一種面向地表微弱變化時序探測的機載LiDAR采集移動式定標器，包括：激光反射裝置和用于測定激光反射裝置位置的GPS裝置，所述激光反射裝置包括：球狀透鏡、信號反射基座和底座，所述球狀透鏡和信號反射基座均位于底座上，所述信號反射基座用于反射球狀透鏡匯聚的激光信號，所述GPS裝置位于底座的頂部。本方案通過激光反射裝置可以采集到穩定的點云，同時通過GPS基站可以獲取該點云對應的高精度定位信息，從而可以根據該點云對后續機載LiDAR采集的地面數據進行誤差抑制，從而可以探測到地物微弱變化。

技術領域

本發明涉及地質災害領域，具體涉及一種面向地表微弱變化時序探測的機載LiDAR采集移動式定標器。

背景技術

機載LiDAR作為一種主動式遙感技術，結合了傳統雷達技術與現代激光測距技術，可以對地形、海底、植被等對象進行高精度觀測，被廣泛應用于生態學、火山學、冰川學、地貌學等眾多領域。近年來，隨著機載LiDAR技術的不斷更新，機載LiDAR數據(ALS)日趨豐富，使得地物變化探測等應用場景逐步成為可能。尤其是在地質災害領域，機載LiDAR技術可以獲取過濾植被后的地表點云數據，為地形起伏植被陡峭的山地區域提供了最直觀的面域觀測數據。機載LiDAR技術已被應用于高密覆植被山區的滑坡隱患識別。此外，除了利用單期機載LiDAR數據識別滑坡隱患的位置與體量，基于多期數據的變化探測技術已被應用于持續跟蹤滑坡演化過程與滑體體量等應用場景。

機載LiDAR系統是由全球定位系統(GPS)、慣性測量系統(IMS)與激光測距系統等多個部件組成的多傳感器集成系統，測量精度將受到系統內每個獨立部件、地物目標材質、飛行航線等多個內外因素的耦合影響。學者Okyay等(2019)將采用ALS數據用于多期變化探測時影響觀測精度的誤差來源分為兩大類：一是定位原因引起的誤差，二是分類原因引起的誤差。張小紅(2007)將ALS數據的測量誤差進一步細分為定位誤差、測角誤差、測距誤差、動態時延誤差、二類高程誤差、掃描角誤差、激光束發散角所產生的系統誤差、系統集成誤差。根據學者James和Robson(2012)的研究總結，ALS數據的測量精度在0.05-0.2m(豎向)和0.2-0.6m(水平向)。利用ALS數據進行多期變化探測時，不同期ALS數據間的誤差累積將極大影響最終結算精度，可能導致最終分析成果難以對微小變化的地物目標進行有效觀測。

為了有效抑制誤差提升多期ALS數據觀測精度，目前的主流研究思路之一是優化機載LiDAR硬件來弱化ALS數據采集時的誤差，如在測區內建設若干分布均勻的基準站以弱化GPS動態定位誤差，通過降低合理規劃飛機航線的方式(如降低飛行高度/速度)來弱化IMS測量誤差，定期對激光掃描設備進行標定以降低測距誤差等。

由于實際數據采集工作時，上述硬件層級的誤差修正方法并不總是具備可行性，因此部分學者提出了多種軟件算法層級的誤差修正方法。然而在多期ALS數據采集時，設備工作狀態、飛機飛行時的氣候條件以及地物目標所處狀態因采集時間不同而存在差異性，對于地物目標的微弱變化進行綜合分析時，僅靠機載LiDAR設備自身的誤差控制仍難以有效保障地物目標微弱變化信息從其他噪聲誤差中的精準剝離。因此，針對利用多期ALS數據進行地物微弱變化探測這一高難度應用場景，在現有誤差修正算法的基礎上，需要為多期ALS數據引入基于標準化硬件設備的外部檢校方法，盡可能提升基于機載LiDAR體系的變化探測精度，助力拓展機載LiDAR技術在地學領域的應用場景。

發明內容

本發明意在提供一種面向地表微弱變化時序探測的機載LiDAR采集移動式定標器，以解決設備工作狀態、飛機飛行時的氣候條件及地物目標所處狀態會導致多期ALS數據存在差異性，導致利用多期ALS數據進行地物微弱變化探測難度比較高的問題。