為了解決多線激光雷達(dá)在三維空間重構(gòu)任務(wù)中數(shù)據(jù)吞吐量過(guò)大導(dǎo)致運(yùn)算負(fù)擔(dān)過(guò)重以及掃描俯仰范圍有限的問(wèn)題,本文提出了一種利用單線激光雷達(dá)與慣性測(cè)量單元GNSS/INS相互結(jié)合的多站點(diǎn)掃描空間重構(gòu)方案及相應(yīng)解算方法。首先使用單線激光雷達(dá)掃描待測(cè)空間獲取三維尺度信息,然后將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的任意方向的航向角相結(jié)合,再利用四元數(shù)姿態(tài)解算獲取各站點(diǎn)掃描的點(diǎn)云圖像。為提高計(jì)算效率,使用迭代最近點(diǎn)算法實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)間點(diǎn)云配準(zhǔn)時(shí),對(duì)待匹配點(diǎn)云數(shù)據(jù)篩選并更新。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在保留點(diǎn)云數(shù)字特征前提下,單線激光雷達(dá)與GNSS/INS系統(tǒng)能夠提高76%的運(yùn)算速率。本文提出的硬件方案和解算方法不但能夠?qū)崿F(xiàn)較高的配準(zhǔn)精度,與多線激光雷達(dá)方案相比工程成本也得到顯著下降。

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【部分圖文】：

圖1UTM-30LX雷達(dá)的工作掃描區(qū)域

單線激光雷達(dá)利用飛行時(shí)間法（TimeofFlight,TOF)[9]實(shí)現(xiàn)距離的測(cè)量，并且結(jié)合測(cè)角技術(shù)直接獲取目標(biāo)點(diǎn)的角度信息。實(shí)驗(yàn)中選用的激光雷達(dá)傳感器是由日本HOKUYO公司生產(chǎn)的UTM-30LX單線激光雷達(dá)。該款激光雷達(dá)擁有30m的有效測(cè)量距離、270°水平測(cè)量角度以及2....

圖2空間三維重構(gòu)流程

在實(shí)驗(yàn)中將單線激光雷達(dá)和GNSS/INS慣性測(cè)量單元固定在一起，由于實(shí)驗(yàn)測(cè)試的空間場(chǎng)景相對(duì)于兩個(gè)傳感器的體積較大，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可近似將它視作一個(gè)在空間內(nèi)重心重合的質(zhì)點(diǎn)，那么GNSS/INS反饋的位置姿態(tài)信息亦可視為激光雷達(dá)的姿態(tài)信息。但是二者之間會(huì)始終存在一個(gè)由初始狀態(tài)決定的角度....

圖3載體姿態(tài)解算流程

傳感器的姿態(tài)解算是實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)的核心技術(shù)之一。實(shí)驗(yàn)中，三維重構(gòu)研究系統(tǒng)的姿態(tài)和航向角能夠有效地反映各個(gè)時(shí)刻下其所在空間的位置，從而繪制在空間某一位置的三維掃描圖像。運(yùn)用四元數(shù)進(jìn)行姿態(tài)解算，能夠減小因航向角分析順序不同而導(dǎo)致的誤差，并解決在某一個(gè)航向角的旋轉(zhuǎn)值為90°時(shí)會(huì)出現(xiàn)萬(wàn)向節(jié)....

圖4采集數(shù)據(jù)場(chǎng)景

為了驗(yàn)證本文提出的空間三維重構(gòu)方法的可行性，實(shí)驗(yàn)選擇200mm×200mm×300mm的立方體作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集對(duì)象；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)為i5-4200Mcpu,8GB內(nèi)存，win7操作系統(tǒng)。如圖4所示，利用GNSS/INS收集的多維歐拉角信息和單線激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，可以得到兩組未配準(zhǔn)的....

本文編號(hào)：3948860