林业背包式激光雷达多传感器集成系统及数据融合的研究

【摘要】：近年来,随着遥感技术的日益发展和成熟,尤其是大区域森林制图、灾害监测等方面的应用,特别是三维激光雷达扫描系统的广泛应用,根据地基激光雷达中的背包式激光雷达系统当前研究现状,本文研发一种适用于林业测量环境下的背包式激光雷达多传感器(激光雷达探头、GNSS、IMU、CCD、双目相机等)集成系统,结合多传感器数据融合技术构建林木参数采集体系,提高林木参数采集的精准度,促进林业信息化和林业科学化管理发展。研究结果如下:(1)分析林业背包式激光雷达多传感器集成系统的背景和意义,以及进行多传感器数据融合的重要意义,总结了多传感器数据融合的国内外研究现状以及数据融合算法概述。进行林业背包式激光雷达多传感器集成系统的硬件构建,系统各传感器的选型、技术指标组成以及硬件驱动。实现林业背包式激光雷达多传感器集成系统的软件设计,完成系统硬件和软件的配合,软件方面的集成处理和控制处理,软件部分的设计,主要包括人机界面设计、嵌入式开发环境的搭建、软件主要功能的实现。(2)使用林业背包式激光雷达多传感器集成系统提取的人工林株数和胸径参数,采集精度要达到平原地区≥90%、山区≥85%,系统在50m测距精度误差≤30mm。为了达到这一要求,研究基于无迹卡尔曼滤波算法的数据融合实现,结合林业背包式激光雷达多传感器集成系统平台运用和点云数据以及当前的位置和姿态信息,获得非线性量测方程更新。并结合UKF和滤波器目标运动模型得到目标状态估计,最后完成系统测试,验证使用的可靠性和实用性,提高了系统多传感器数据融合精度。(3)确定林业背包式激光雷达多传感器集成系统的安装方式,在原有技术的基础上进行优化,使系统更具灵活性、便携性的特点,拆卸式连接结构使本系统维护维修成本更低。综上所述,对林业背包式激光雷达多传感器集成系统各传感器进行构建、选型、技术指标组成以及硬件驱动,设计出林业背包式激光雷达多传感器集成系统,该系统具有稳定性、同步性、精度高、灵活性的特点,通过融合多传感器的数据来改善采样精度,选取该算法能在保证较高滤波精度和稳定性的同时大大减少了计算量,实地参数提取测试验证了系统的稳定性和精准性。