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基于机载激光雷达系统的飞行动态定标技术研究

马振廷  
【摘要】:机载激光雷达(Light Detection And Ranginge,LiDAR)是一种快速获取地形表面三维空间信息的主动遥感技术,具有数据精度高、外业控制少、可穿透植被、可夜间作业等优势,在地形测绘、数字城市、电力巡线、林业资源调查等方面得到了广泛应用。然而,机载的LiDAR具有多系统集成、直接定位模式、数据离散不规则等特点,使得激光点云位置信息易受多种误差的影响。特别是系统误差,必须进行严格周密的定标操作,才能保证点云数据的几何精度。本文的研究内容及贡献如下:(1)根据机载LiDAR定位原理,推导了从原始观测值到三维点云坐标之间坐标系转换关系及坐标计算方程;分析了机载LiDAR误差来源,根据系统误差和偶然误差联合传播定律,定性定量分析了误差影响。(2)运用手工定标方法对IMU安置角偏差进行了检校。通过特征地物,选择不同航,逐步分离侧滚、俯仰和航向方向的IMU安置角偏差,依据经验公式多次迭代计算出IMU安置角偏差值大小。(3)针对目前IMU安置角误差定标自动化程度低等原因,进行了自动化的IMU安置角定标方法。通过点云滤波去除地面点,然后利用基于距离聚类方法提取建筑物,通过RANSAC算法分割屋顶平面,实现连接平面的匹配。最后通过共面约束条件,计算点到参考平面的距离,平差解算IMU安置角误差,并通过实际飞行数据进行了验证。(4)根据侧滚、俯仰和航线三个方向IMU安置角误差影响,提出了"对称性"和"低相关性"连接平面组合原则,降低了影响误差的各因素之间的相关性,提高了检校结果的可靠性。


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