【摘要】：在機載LiDAR技術(shù)發(fā)展成熟之前,測繪領(lǐng)域生產(chǎn)地圖普遍采用航空攝影圖像處理技術(shù),航空攝影測量的制圖理論已經(jīng)基本完善,可經(jīng)過一系列的圖像處理手段,計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,但存在計算復(fù)雜、精度不高、易受環(huán)境影響等局限。而近年來,隨著機載LiDAR技術(shù)的發(fā)展逐漸成熟,其直接獲取地表三維坐標的先天優(yōu)勢引起了測繪測量技術(shù)的一次革命。機載LiDAR作為測繪領(lǐng)域新一代的對地測量技術(shù),具有主動性、高效性、精確性、受天氣影響小、多次回波等特點,擁有航空攝影測量技術(shù)所無法比擬的優(yōu)勢。然而,機載LiDAR技術(shù)所生成的點云數(shù)據(jù)具有離散性、密度不一等特性,并且無法獲取地表真實紋理信息,在地物分類與識別等方面比較弱勢,而這恰是圖像技術(shù)的優(yōu)點所在。因此,將機載LiDAR技術(shù)與航空攝影測量技術(shù)相結(jié)合,優(yōu)勢互補,彌補各測量技術(shù)的局限性具有重要的意義。本文的研究目標為機載LiDAR點云與航拍圖像點云的融合方法,基于機載LiDAR技術(shù)與航空攝影技術(shù),設(shè)計并實現(xiàn)了一套機載LiDAR測繪系統(tǒng),并對LiDAR激光三維點云數(shù)據(jù)與航拍圖像點云數(shù)據(jù)的融合算法以及具體實現(xiàn)展開研究,旨在得到具有真實紋理信息的三維點云數(shù)據(jù)。本文首先基于嵌入式技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)了一套高精度、自主式機載LiDAR硬件系統(tǒng),利用樹莓派計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),同時設(shè)計并實現(xiàn)了一套地面站點云處理軟件系統(tǒng),能對機載LiDAR硬件系統(tǒng)進行遠程控制與數(shù)據(jù)接收,并實時生成地面點云,支持點云濾波與點云拼接等功能。其次,本文詳細分析了機載LiDAR點云數(shù)據(jù)生成的數(shù)學(xué)模型以及相機的成像模型,并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用最小二乘法對激光雷達以及相機的安裝誤差進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)相機成像原理將地面點云映射到航拍圖像中,從而得到具有真實紋理信息三維點云的融合方法,另一種為依據(jù)序列圖像所生成的三維圖像點云,利用點云拼接的思想,將LiDAR點云與圖像點云重合拼接,進而數(shù)據(jù)融合的方法。本文結(jié)合實際飛行掃描試驗,利用本文所設(shè)計的軟硬件系統(tǒng),對所提出的融合算法進行驗證,并計算各融合算法的融合精度,最終結(jié)果顯示,本文的基于機載LiDAR激光點云與圖像點云的融合算法具有分米級的融合精度。
【圖文】：

R 系統(tǒng)的關(guān)鍵傳感器，是直接，比較重要的是測距精度、測場角、垂直視場角、水平角分空小型無人機為載體的機載 L本文選用美國 Velodyne 公司轉(zhuǎn)式激光雷達，測距精度為±視場角，±15°垂直視場角，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 實物圖如圖 2-1 所示。

美國的 GPS、俄羅斯的格格納斯、歐洲的伽利略以及中國的北斗，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。一般而言，單點定位模式下 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 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，具有多個 UART 串行接口與 USB 接口，數(shù)據(jù)輸出頻率可達20Hz，并且支持雙天線，，同時具備定位定向功能，在 2 米基線下其航向精度可達±0.1°同時，為使定位系統(tǒng)測量精度更高，本文采用差分定位模式[26]。該模式需要在地面搭設(shè)基準站，基準站本身也是 GNSS 定位系統(tǒng)，根據(jù)基準站已知精密坐標，計算出基準站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準站實時將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。GNSS 移動站在接收衛(wèi)星信號的同時，也接收到基準站發(fā)出的改正數(shù)，并對其定位結(jié)果進行改正，從而提高定位精度。GNSS 移動板卡、基準站以及它們配套的天線實物如圖 2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TN249

【參考文獻】

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本文編號：2590569