一種機(jī)載激光雷達(dá)航測技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機(jī)載激光雷達(dá)航測技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)有兩個缺點(diǎn)：
[0003] 1、高程精度依賴于空中GPS定位精度。激光測距精度在2~3cm，而空中GPS定位 高程的精度在10~15cm。因此所量測的地面點(diǎn)高程精度降至10~15cm。
[0004] 2、平面精度依賴于慣性測姿系統(tǒng)（IMU，Inertial measurement unit)的角度測量 精度。目前國際市場先進(jìn)的頂U(kuò)測角精度為，俯仰與側(cè)滾角0. 005。，航偏角0. 008。，以此計 算其平面精度為航高的0. 2~0. 3%。例如航高IOOm時為15~30cm。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是提供一種機(jī)載激光雷達(dá)航測技術(shù)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的高程精度 和平面精度低的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種機(jī)載激光雷達(dá)航測技術(shù)，包括等航高安全飛行的云臺， 在該云臺上裝載有成像傳感器，該成像傳感器包括輕小型激光掃描系統(tǒng)和定位機(jī)構(gòu)，其特 征在于，該成像傳感器還包括一套四面陣組合數(shù)碼相機(jī)和與其連接的同步控制電路，該四 面陣組合數(shù)碼相機(jī)由四個相機(jī)沿飛行方向排成一直線，每個相機(jī)的鏡頭中心都在此直線 上，其中第一相機(jī)橫擺，且向右傾斜〇. 4倍的像場角；第二相機(jī)橫擺，且向左傾斜0. 4倍的像 場角；第三相機(jī)縱置，且向前傾斜〇. 5倍的像場角。
[0007] 所述的云臺能夠在280米以下低空保持與地形地物近似等航高安全飛行；所述的 成像傳感器的總重量不超過15Kg。
[0008] 沿航線中軸線布設(shè)一排地面控制點(diǎn)；沿航線兩側(cè)布設(shè)少量地面控制點(diǎn)。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：針對單個相機(jī)構(gòu)建空中三角測量網(wǎng)精度不足的問題，設(shè)計出三 相機(jī)組合系統(tǒng)，使空中三角測量構(gòu)網(wǎng)精度得以成倍提高；在工程測量作業(yè)時，利用已有的地 面高精度控制網(wǎng)，提高空中三角測量網(wǎng)精度，從而提高Lidar與數(shù)碼影像聯(lián)合航測的成果 精度，航帶影像寬度不小于兩倍航高，高程量測精度優(yōu)于5cm，平面精度達(dá)到10cm。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2是本發(fā)明成像傳感器的位置圖；
[0012] 圖3是本發(fā)明四面陣幾何構(gòu)像圖；
[0013] 圖4是本發(fā)明激光掃描帶與相機(jī)影像帶及地面控制點(diǎn)布設(shè)示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 參見圖1~圖4,本發(fā)明一種機(jī)載激光雷達(dá)航測技術(shù)，包括等航高安全飛行的云臺 1，及裝載在該云臺1上的成像傳感器2,該成像傳感器2包括由輕小型激光掃描系統(tǒng)、定位 機(jī)構(gòu)（POS)組成的機(jī)載激光雷達(dá)，以及一套四面陣組合數(shù)碼相機(jī)和與其連接的同步控制電 路3,該四面陣組合數(shù)碼相機(jī)由四個相機(jī)A、B、C沿飛行方向排成一直線，每個相機(jī)的鏡頭中 心都在此直線上，其中第一相機(jī)A橫擺，且向右傾斜0. 4倍的像場角；第二相機(jī)B橫擺，且向 左傾斜〇. 4倍的像場角；第三相機(jī)C縱置，且向前傾斜0. 5倍的像場角。（如圖2)，四個相 機(jī)的成像區(qū)域A'、B'、C'有一定的重疊，用以實現(xiàn)影像的自動拼接和單中心轉(zhuǎn)換（如圖3)。
[0015] 所述的云臺1能夠在280米以下低空保持與地形地物近似等航高安全飛行；所述 的成像傳感器2的總重量不超過15Kg。
[0016] 本發(fā)明的Lidar (即激光掃描系統(tǒng)加 P0S)與四面陣組合相機(jī)間的互增強(qiáng)作用是通 過后續(xù)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)實現(xiàn)的。由四面陣組合相機(jī)影像進(jìn)行空中三角測量平差，能獲取到 的外方位元素值比POS直接測量值的精度高出一個數(shù)量級，因此可以用前者消除后者的累 積誤差；由Lidar獲取的地面高程精度比三相機(jī)影像匹配所獲得的地面高程模型的精度高 約一個數(shù)量級，因此采用前者的高程值與后者的平面值聯(lián)合構(gòu)建地面三維模型。
[0017] 如圖4所示，可以通過布設(shè)地面控制點(diǎn)D的方法進(jìn)一步提高精度，沿航線中軸線布 一排地面控制點(diǎn)D1，可以很有效控制航線模型的比例與彎曲誤差；沿航線兩側(cè)布少量地面 控制點(diǎn)D2,可以很有效地控制航線模型的扭曲誤差。
[0018] 地面控制點(diǎn)Dl和D2屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0019] 所述的云臺1，可以選擇有人駕駛直升機(jī)，無人駕駛直升機(jī)（旋翼機(jī)）或無人駕駛 飛艇，有效載荷不小于15Kg，具有良好的低空安全飛行性能。
[0020] 采購或定制輕小型激光掃描系統(tǒng)，要求達(dá)到下列指標(biāo)：
[0021] 0測距精度：5cm
[0022] 0 測角精度：0. 02。
[0023] 掃描角：'0。
[0024] 0 采樣頻率：IOOHz
[0025] 0儀器重量：彡IOKg
[0026] 所述的采購面陣數(shù)碼相機(jī)，并加工組裝成三相機(jī)成像系統(tǒng)，每個相機(jī)的像場角不 小于38° X53°，組合后的視場角不小于70° X90°。按攝影測量方法完成相機(jī)畸變差 檢校和從三鏡頭到一個中心投影的二次成像轉(zhuǎn)換。
[0027] 采購GPS板和MU(測姿陀螺儀），完成與激光掃描系統(tǒng)及四面陣相機(jī)的組裝聯(lián)調(diào)。
[0028] 布設(shè)一定量的野外的地面控制點(diǎn)控制點(diǎn)（或利用現(xiàn)有的檢校場）進(jìn)行試飛測試， 進(jìn)一步校正成像系統(tǒng)的內(nèi)外方位元素值，作為出廠標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。
[0029] 互增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理：
[0030] (I) Lidar數(shù)據(jù)獨(dú)立處理；
[0031] (2)四面陣相機(jī)獨(dú)立處理（空中三角測量和數(shù)字高程模型）；
[0032] (3)利用空中三角測量數(shù)據(jù)提高Lidar站位置精度；
[0033] (4)進(jìn)行Lidar點(diǎn)云與面陣影像DSM的匹配和最小二乘平差融合；
[0034] (5)生成高精度三維模型。
[0035] 本發(fā)明針對當(dāng)前Lidar系統(tǒng)的高程精度受制于GPS和平面精度受制于IMU的缺 陷，利用面陣數(shù)碼相機(jī)構(gòu)建高精度空中三角測量網(wǎng)，以提高聯(lián)合系統(tǒng)精度。
[0036] 針對單個相機(jī)構(gòu)建空中三角測量網(wǎng)精度不足的問題，設(shè)計出三相機(jī)組合系統(tǒng)，使 空中三角測量構(gòu)網(wǎng)精度得以成倍提高。
[0037] 在工程測量作業(yè)時，利用已有的地面高精度控制網(wǎng)（由地面控制點(diǎn)組成），提高空 中三角測量網(wǎng)精度，從而提高Lidar與數(shù)碼影像聯(lián)合航測的成果精度。
[0038] 本發(fā)明的航帶影像寬度不小于兩倍航高，高程量測精度優(yōu)于5cm，平面精度達(dá)到 IOcm0
【主權(quán)項】
1. 一種機(jī)載激光雷達(dá)航測技術(shù)，包括等航高安全飛行的云臺，在該云臺上裝載有成像 傳感器，該成像傳感器包括輕小型激光掃描系統(tǒng)和定位機(jī)構(gòu)，其特征在于，該成像傳感器還 包括一套四面陣組合數(shù)碼相機(jī)和與其連接的同步控制電路，該四面陣組合數(shù)碼相機(jī)由四個 相機(jī)沿飛行方向排成一直線，每個相機(jī)的鏡頭中心都在此直線上，其中第一相機(jī)橫擺，且向 右傾斜0. 4倍的像場角；第二相機(jī)橫擺，且向左傾斜0. 4倍的像場角；第三相機(jī)縱置，且向 前傾斜〇. 5倍的像場角，所述的云臺能夠在280米以下低空保持與地形地物近似等航高安 全飛行；所述的成像傳感器的總重量不超過15Kg，沿航線中軸線布設(shè)一排地面控制點(diǎn)；沿 航線兩側(cè)布設(shè)少量地面控制點(diǎn)。
【專利摘要】一種機(jī)載激光雷達(dá)航測技術(shù)，包括等航高安全飛行的云臺，在該云臺上裝載有成像傳感器，該成像傳感器包括輕小型激光掃描系統(tǒng)、定位機(jī)構(gòu)、一套四面陣組合數(shù)碼相機(jī)和與其連接的同步控制電路，該四面陣組合數(shù)碼相機(jī)由四個相機(jī)沿飛行方向排成一直線，每個相機(jī)的鏡頭中心都在此直線上，其中第一相機(jī)橫擺，向右傾斜0.4倍的像場角；第二相機(jī)橫擺，向左傾斜0.4倍的像場角；第三相機(jī)縱置，向前傾斜0.5倍的像場角。本發(fā)明利用面陣數(shù)碼相機(jī)構(gòu)建高精度空中三角測量網(wǎng)，提高了聯(lián)合系統(tǒng)精度。針對單個相機(jī)構(gòu)建空中三角測量網(wǎng)精度不足的問題，利用三相機(jī)組合系統(tǒng)，使空中三角測量構(gòu)網(wǎng)精度得以成倍提高。
【IPC分類】G01S17/02, G01C11/34
【公開號】CN104914442
【申請?zhí)枴緾N201510274654
【發(fā)明人】宋琪, 陳之典, 羅詩旭, 王宇航, 檀劍飛, 汪言康, 陳坤, 朱倩, 鄧禹
【申請人】蕪湖航飛科技股份有限公司
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月26日