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《中国地质大学(北京)》 2014年
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轻小型三维激光扫描测量系统的设计与研究

孙义博  
【摘要】:三维激光扫描测量技术作为最新发展起来的地理信息数据获取手段,集成了GPS全球定位技术、惯性导航技术、激光测距技术以及自动控制等先进技术,具有点位精度高、作业速度快、受天气影响小、自动化程度高以及大量直接获取目标三维信息等特点,被越来越多的应用在了数字城市建设、城市测绘、城市规划、土地资源调查、资源评价、地理信息系统以及文物保护等多个领域。目前大多数的三维激光扫描系统体积庞大、重量重,多由大型车辆或有人驾驶飞机搭载,往往只针对大面积、大场景进行数据采集工作,对小片区域的数据采集便不能充分发挥优势,在很大程度上限制了三维激光扫描测量技术的应用。针对上述不足,本文设计了一种轻小型移动三维激光扫描系统,本系统可搭载于空中小型移动平台,用于开发区、住宅小区、学校、工厂矿区、城镇等小区域在低空完成数据采集工作,实现真三维模型重建。本文首先对国内外三维激光扫描测量技术的发展现状进行了详细的分析,指出了当前移动三维激光扫描测量系统中存在的不足和当前亟待解决的问题。详细介绍了机载三维激光扫描技术的数学原理,对轻小型三维激光扫描系统的总体设计包括集成方案、硬件选型方案和数据采集软件的设计方案进行详细讲解。采用串口编程技术及多线程技术完成了多传感器集成的数据采集软件的实现。对于采集后的多源数据,完成了对INS原始数据的解算,并设计与实现了一种组合的数据滤波与融合方案,采用kalman滤波融合了 INS和GPS数据生成高精度的位置和姿态数据,最后结合激光扫描数据生成了固定格式的点云数据并进行了显示。本研究所设计的三维激光扫描测量系统,在精度满足要求的情况下均采用了轻小型低成本的硬件系统集成,经济性、灵活性以及体积与重量方面大大优于目前商业设备。通过试验结果表明,本文所实现的数据采集软件能够稳定的完成各传感器数据的实时采集和保存,所设计的组合kalman滤波算法能够有效的融合INS和GPS数据,提高位置和姿态数据精度。整个系统具有良好的可行性,可搭载于无人机等小型移动平台进行数据采集及建模工作。
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:P225.2

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