[实用新型]机载激光雷达点云平面精度检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及航空测量装置，特别是涉及用于机载激光雷达平面精度检测的装置。 

背景技术

机载激光雷达（LIDAR，Light Detection and Ranging）是基于激光测距技术、GPS技术、惯性导航技术、CCD技术集成的一个软硬件系统。通过机载激光雷达能够得到高精度和高密度的三维点坐标（简称，点云），经过处理后获取高精度的数字地面模型（DEM，Digital Elevation Model）。LIDAR技术可以快速获取高精度DEM，具有数据获取简单、自动化程度高、生产效率高、精度高、受天气影响小等特点。 

机载激光雷达获取空间三维点坐标的过程如下：机载激光雷达通过发射激光信号进行测距；同时，与机载激光雷达集成或连接的动态GPS接收机和惯性导航系统（IMU）分别同步记录激光雷达发射器的空间位置和空间姿态；另外，地面布设的GPS基站与机载的动态GPS进行同步观测；数据获取完成后，通过地面GPS基站与动态GPS和IMU的平差计算，能够获得每一个激光点在地表上的三维坐标。从上面的过程中可以看出，机载激光雷达点云空间坐标的精度依赖于POS解算的精度、LIDAR设备检校（侧滚角、俯仰角、航片角、高程偏差）精度以及LIDAR设备固有的精度（例如：GPS时间同步精度、LIDAR扫描镜摆动角度记录精度等）等，所以，最终计算出来的点云空间坐标肯定会产生误差。一般情况下，设备生产厂商提供的平面标称精度为分米级，高程精度从厘米级到分米级，实际工程中检测精度一般都不高于标称精度。虽然能够满足大多数工程项目的需要，但对于需要更高精度点云数据的工程来说，其应用是非常困难的。其难点在于如何确定点云的平面精度，因为机载激光雷达获取的是具有空间三维坐标的点，具有离散的特性，使得对其高程精度检测比较容易，但平面精度的检测则比较困难。 

机载激光雷达已经在国内外电力、水利、交通等诸多行业开始应用,也取得了良好的效果。一般情况下，只要高程精度满足要求，平面精度也能满足要求（如果平面误差较大，高程检测精度也不会太高，尤其是在地形起伏比较大的地区）。所以，目前绝大部分用户对平面精度一般不做检测，仅对高程精度进行检测。 

少部分用户会对激光点云的平面精度进行检测，例如：在平坦地面设置规则明显标志（如白色油漆喷绘的矩形），利用LIDAR的灰度信息形成灰度影像，通过对明显区域拐角 的实地测量，从而确定LIDAR点云的平面精度。这种方法在一定条件下会解决LIDAR点云平面精度检测问题，但其存在非常明显的弊端： 

一是需要选择能够布设标志的地点，如果航摄区域位于城区或者经济比较发达的区域，飞行区域内有足够的硬质平坦地面，则可以方便布设明显标志，如果位于道路稀少（如：田野、树林、草地、沙漠等）地区，则很难在地面布设明显标志；

二是在获取数据的瞬间标志点上不能有覆盖物，如果获取数据瞬间标志上有覆盖物（如：汽车、行人、泥土等），则该标志将失去作用，这种情况在城区是非常常见的，因为标志点大多数情况下都布设在道路上；

三是利用点云拟合的标志点的精度不高。因为点云具有离散的特点，不能准确判定哪些点是边缘点，哪些点是非边缘点，只能根据灰度统计信息来判断其点的归属，根据这些点拟合出来的标志点的精度不会太高，且不同的人检测的结果也会不一致，导致检测结果不稳定。

也有用户利用既有地物进行平面精度的检测。该方法是利用落在规则建筑物边缘上的点拟合出建筑物的边，其边与边的相交点即为建筑物拐角，通过测定建筑物拐角实际坐标来确定点云的平面精度。这种方法也存在明显缺点：一是不能准确确定参与拟合建筑物边缘的点云是否为真正的建筑物边缘点，从而导致拟合的标志点与真实情况存在较大误差，其检测精度不高；二是在建筑物较少的非城区（如：乡村田地、树林、沙漠、丘陵山区等），可能无法找到合适的建筑物,甚至会导致无法实施精度检测。 

发明内容

针对现有技术机载激光雷达点云平面精度无法精确检测的问题，本实用新型推出一种用于机载激光雷达点云平面精度精确检测装置，利用点云反射天线，使机载激光雷达获取相交同一点的多条直线上的检测点，通过对这些点的处理实现激光雷达点云平面精度的精确检测。