發(fā)布時(shí)間：2020-03-19 18:47

【摘要】：在機(jī)載LiDAR技術(shù)發(fā)展成熟之前,測(cè)繪領(lǐng)域生產(chǎn)地圖普遍采用航空攝影圖像處理技術(shù),航空攝影測(cè)量的制圖理論已經(jīng)基本完善,可經(jīng)過(guò)一系列的圖像處理手段,計(jì)算航空影像的方位信息,恢復(fù)各航空影像的位置與姿態(tài),再利用經(jīng)典的三維重建技術(shù)即可得到基于航空影像的數(shù)字地圖�；诤娇諗z像測(cè)量的地形恢復(fù)能夠獲取連續(xù)的地表紋理信息,但存在計(jì)算復(fù)雜、精度不高、易受環(huán)境影響等局限。而近年來(lái),隨著機(jī)載LiDAR技術(shù)的發(fā)展逐漸成熟,其直接獲取地表三維坐標(biāo)的先天優(yōu)勢(shì)引起了測(cè)繪測(cè)量技術(shù)的一次革命。機(jī)載LiDAR作為測(cè)繪領(lǐng)域新一代的對(duì)地測(cè)量技術(shù),具有主動(dòng)性、高效性、精確性、受天氣影響小、多次回波等特點(diǎn),擁有航空攝影測(cè)量技術(shù)所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。然而,機(jī)載LiDAR技術(shù)所生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有離散性、密度不一等特性,并且無(wú)法獲取地表真實(shí)紋理信息,在地物分類與識(shí)別等方面比較弱勢(shì),而這恰是圖像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)所在。因此,將機(jī)載LiDAR技術(shù)與航空攝影測(cè)量技術(shù)相結(jié)合,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),彌補(bǔ)各測(cè)量技術(shù)的局限性具有重要的意義。本文的研究目標(biāo)為機(jī)載LiDAR點(diǎn)云與航拍圖像點(diǎn)云的融合方法,基于機(jī)載LiDAR技術(shù)與航空攝影技術(shù),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套機(jī)載LiDAR測(cè)繪系統(tǒng),并對(duì)LiDAR激光三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與航拍圖像點(diǎn)云數(shù)據(jù)的融合算法以及具體實(shí)現(xiàn)展開(kāi)研究,旨在得到具有真實(shí)紋理信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。本文首先基于嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套高精度、自主式機(jī)載LiDAR硬件系統(tǒng),利用樹(shù)莓派計(jì)算模塊作為控制核心,同步采集激光掃描數(shù)據(jù)、航拍圖像數(shù)據(jù)、慣性測(cè)量單元imu姿態(tài)數(shù)據(jù)以及全球?qū)Ш蕉ㄎ籊PS數(shù)據(jù),同時(shí)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套地面站點(diǎn)云處理軟件系統(tǒng),能對(duì)機(jī)載LiDAR硬件系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)接收,并實(shí)時(shí)生成地面點(diǎn)云,支持點(diǎn)云濾波與點(diǎn)云拼接等功能。其次,本文詳細(xì)分析了機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成的數(shù)學(xué)模型以及相機(jī)的成像模型,并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用最小二乘法對(duì)激光雷達(dá)以及相機(jī)的安裝誤差進(jìn)行校檢以提高融合精度。最后,本文分別提出兩種融合方法,一種是根據(jù)相機(jī)成像原理將地面點(diǎn)云映射到航拍圖像中,從而得到具有真實(shí)紋理信息三維點(diǎn)云的融合方法,另一種為依據(jù)序列圖像所生成的三維圖像點(diǎn)云,利用點(diǎn)云拼接的思想,將LiDAR點(diǎn)云與圖像點(diǎn)云重合拼接,進(jìn)而數(shù)據(jù)融合的方法。本文結(jié)合實(shí)際飛行掃描試驗(yàn),利用本文所設(shè)計(jì)的軟硬件系統(tǒng),對(duì)所提出的融合算法進(jìn)行驗(yàn)證,并計(jì)算各融合算法的融合精度,最終結(jié)果顯示,本文的基于機(jī)載LiDAR激光點(diǎn)云與圖像點(diǎn)云的融合算法具有分米級(jí)的融合精度。
【圖文】：

R 系統(tǒng)的關(guān)鍵傳感器，是直接，比較重要的是測(cè)距精度、測(cè)場(chǎng)角、垂直視場(chǎng)角、水平角分空小型無(wú)人機(jī)為載體的機(jī)載 L本文選用美國(guó) Velodyne 公司轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)，測(cè)距精度為±視場(chǎng)角，±15°垂直視場(chǎng)角，功耗約 8W，支持二次回波，體太網(wǎng)，在各方面都滿足本文設(shè)6 實(shí)物圖如圖 2-1 所示。

美國(guó)的 GPS、俄羅斯的格格納斯、歐洲的伽利略以及中國(guó)的北斗，可提供全天候高精度定位導(dǎo)航服務(wù)。GNSS 定位導(dǎo)航系統(tǒng)包括 GNSS 板卡以及配套的天線，要解算當(dāng)前經(jīng)緯度等位置信息，至少需要接收 4 顆衛(wèi)星的發(fā)射信號(hào)。一般而言，單點(diǎn)定位模式下 GNS系統(tǒng)定位精度為 1m 以內(nèi)，而若采用差分模式，其定位精度可達(dá) 1cm。文本選用加拿大諾瓦泰生產(chǎn)的高性能定位定向板卡 OEM-617D[25]，其可接收目前所有衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)，具有多個(gè) UART 串行接口與 USB 接口，數(shù)據(jù)輸出頻率可達(dá)20Hz，并且支持雙天線，，同時(shí)具備定位定向功能，在 2 米基線下其航向精度可達(dá)±0.1°同時(shí)，為使定位系統(tǒng)測(cè)量精度更高，本文采用差分定位模式[26]。該模式需要在地面搭設(shè)基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站本身也是 GNSS 定位系統(tǒng)，根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。GNSS 移動(dòng)站在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的改正數(shù)，并對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。GNSS 移動(dòng)板卡、基準(zhǔn)站以及它們配套的天線實(shí)物如圖 2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41;TN249

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2590569