面向航帶平差的機載LiDAR系統(tǒng)誤差處理方法研究.pdf

1、作為一種全新的數(shù)據(jù)獲取手段,機載激光雷達(Light Detection And Ranging,LiDAR)系統(tǒng)的精度一直是各方關(guān)注的焦點。能否將其成果作為基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品直接應(yīng)用,這是開展機載LiDAR大規(guī)模工程化應(yīng)用必須面對的問題。系統(tǒng)誤差是影響機載LiDAR系統(tǒng)精度的主要因素,如何消除或削弱系統(tǒng)誤差影響,提高空間數(shù)據(jù)獲取精度是機載LiDAR數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的研究熱點和技術(shù)前沿,具有重要理論意義和工程實用價值。本文系統(tǒng)地歸納總結(jié)了機載Li

2、DAR系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的相關(guān)理論,重點研究機載LiDAR數(shù)據(jù)中系統(tǒng)誤差處理方法,以航帶平差方法為理論核心,提出了基于航帶平差的機載LiDAR系統(tǒng)誤差處理新方法,并通過實驗進行了驗證,有效提高了LiDAR系統(tǒng)精度。全文主要研究內(nèi)容如下:
　?、贆C載LiDAR數(shù)據(jù)系統(tǒng)誤差源理論分析與估計。機載LiDAR系統(tǒng)集成了多個子系統(tǒng),其定位精度會受到來自姿態(tài)、測距、GPS定位、系統(tǒng)集成等多種誤差的影響。這些子系統(tǒng)對激光腳點的定位結(jié)果的影響一般表現(xiàn)為

3、系統(tǒng)性的,會在不同程度上歪曲定位結(jié)果。為了獲取高精度的三維地表信息,就必須研究這些誤差的大小和影響規(guī)律,并采取一定的措施來減小這些誤差的影響。本文從機載LiDAR系統(tǒng)幾何定位方程出發(fā)、基于誤差傳播規(guī)律推導(dǎo)了機載LiDAR系統(tǒng)的綜合誤差計算公式,分別研究了姿態(tài)角、GPS、激光測距、掃描角等多種誤差源對激光腳點定位精度的影響規(guī)律,從理論上分析了機載LiDAR系統(tǒng)定位精度;進而全面總結(jié)和回顧了現(xiàn)有的系統(tǒng)誤差消除方法。
　?、跈C載LiDA

4、R航帶平差理論基礎(chǔ)。包括機載LiDAR數(shù)據(jù)的表面表達方式、對航帶平差有特殊影響的典型數(shù)據(jù)特點、航帶平差的基本數(shù)學(xué)模型、主要的航帶平差處理工作。在此基礎(chǔ)上提出了完整的航帶平差流程,對航帶平差中涉及到的關(guān)鍵問題進行了研究并給出了解決方案。
　?、厶岢隽嘶跓o控制三維表面最小高程差(Least Z-Difference,LZD)和最小法向距離(Least Normal Distance,LND)兩種匹配算法,有效消除機載LiDAR點云數(shù)

5、據(jù)航帶間的系統(tǒng)誤差。實驗表明:使用LND和LZD兩種方式進行機載LiDAR航帶平差獲取的結(jié)果均可以滿足工程生產(chǎn)的精度需求;與商業(yè)軟件TerraMatch的結(jié)果相比,LZD的精度和TerraMatch的精度相當(dāng),且兩種方式在TerraMatch軟件平差失敗時也能成功的完成航帶平差任務(wù)。
　?、苁状螌⒏咚?馬爾柯夫模型引入到基于無控制三維表面匹配的機載LiDAR航帶平差方法中。實驗表明,在對高斯-馬爾科夫模型進行合理的參數(shù)配置后,能夠