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《山东科技大学》 2011年
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车载移动测量系统激光扫描仪和线阵相机的检校技术研究

韩友美  
【摘要】:车载移动测量系统VMSS(Vehicle-borne Mobile Surveying System)是一种快速移动三维信息获取系统,该类系统集成有激光扫描仪、线阵/面阵CCD相机、GPS、IMU、里程计等传感器。自上世纪70年代起,VMSS广泛地应用于数字城市、环境监测、城市规划、文物保护、城市三维建模等多个领域。 近年来随着测绘科学的发展,三维信息获取对VMSS的精度提出了更高的要求。VMSS整个系统的精度问题除多传感器综合标定之外,更重要的还取决于单个传感器的精度。因此本文对自主研发的车载移动测量系统SSW(ShoushiSiWei)集成标定之前的核心传感器(激光扫描仪和线阵CCD相机)的单机检校进行了系统的研究,研究内容及取得的成果主要包括: (1)激光扫描仪检校研究 ①分析和比较VMSS的激光扫描仪特性,剖析影响其测量精度的关键因素,并设计了相应的检校靶标。 ②从影响激光扫描仪三维坐标精度的角度出发,验证RA-360锥扫角的存在,并设计相应的动态和静态方案对其进行测量,从而消除其对激光扫描仪距离和角度测量的影响。 ③对RA-360系列激光扫描仪的测角精度进行深入的研究,建立了一套激光扫描仪角度检校模型,并根据现有条件提出了两种测角误差检校方法,并验证了检校精度。 ④对RA-360采用的脉冲式激光扫描仪的测距原理进行剖析,建立了RA-360系列激光扫描仪的测距误差检校模型,首次将反射强度纳入到测距检校模型中,设计相应的实验解求出相关的参数,并验证了其精度。 (2)线阵相机检校研究 ①设计了并实现了车载移动测量系统的平行性结构,推导了其在垂直工位和斜工位下的实现公式。 ②提出一种新的线阵相机标定思想,建立了线阵相机标定模型,设计实验求出标定模型参数,并对结果进行了精度评定。 (3)车载移动测量系统数据融合研究 ①提出了基于设计的平行性结构将激光扫描仪数据与线阵相机影像数据进行了融合的方法,得到了彩色激光点云,为后期的点云数据处理、分类、建模和测图奠定了基础。 ②将车载移动测量系统的应用于实际生产,得到了相关的实验精度和经验,通过实例验证了系统的精度。 综上所述,本文细致的剖析了影响车载激光扫描仪的精度影响因素,据此建立起激光扫描仪角度测量误差和距离测量误差检校模型,并设计相应的方案解求出模型参数,对检校结果进行了精度评定。设计了激光扫描仪和线阵相机的平行性结构,并在此基础上提出了一种新的线阵相机检校的方法,建立起相应的线阵相机检校模型,设计相关实验解求模型参数并进行精度评定。最后,实现了激光扫描仪和线阵相机影像的物理方法融合。
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