[实用新型]轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统

说明书

本实用新型涉及一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，主要用于航空测量。

机载激光雷达（Lidar，Light Detection And Ranging）由激光扫描仪和定位定姿装置（POS，Position and Orientation System）联合构成，是当今世界先进的航空测量设备。但是，目前市场现有的系统有两个缺点：

1、高程精度依赖于空中GPS定位精度。激光测距精度在2～3cm，而空中GPS定位高程的精度在10～20cm。因此所量测的地面点高程精度降至10～20cm。

2、平面精度依赖于惯性测姿系统（IMU，Inertial measurement unit）的角度测量精度。目前国际市场先进的IMU测角精度为，俯仰与侧滚角0.005°，航偏角0.008°，以此计算其平面精度为航高的0.2～0.3%。例如航高100m时为20～30cm。

本实用新型目的是提供一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，以解决现有技术存在的高程精度和平面精度低的问题。

本实用新型的技术方案是：一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，包括等航高安全飞行的轻小型平台，在该轻小型平台上装载有成像传感系统，该成像传感系统包括轻小型激光扫描仪和定位定姿装置，其特征在于，该成像传感系统还包括一套三面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路，该三面阵组合数码相机由三个相机沿飞行方向排成一直线，每个相机的镜头中心都在此直线上，其中第一相机横置，且向右倾斜0.4倍的像场角；第二相机横置，且向左倾斜0.4倍的像场角；第三相机纵置，且向前倾斜0.5倍的像场角。

所述的轻小型平台能够在300米以下低空保持与地形地物近似等航高安全飞行；所述的成像传感系统的总重量不超过20Kg。

沿航线中轴线布设一排地面控制点；沿航线两侧布设少量地面控制点。

本实用新型的优点是：针对单个相机构建空中三角测量网精度不足的问题，设计出三相机组合系统，使空中三角测量构网精度得以成倍提高；在工程测量作业时，利用已有的地面高精度控制网，提高空中三角测量网精度，从而提高Lidar与数码影像联合航测的成果精度，航带影像宽度不小于两倍航高，高程量测精度优于5cm，平面精度达到10cm。

图1是本实用新型的总体结构示意图；

图2是本实用新型成像传感系统的位置图；

图3是本实用新型三面阵几何构像图；

图4是本实用新型激光扫描带与相机影像带及地面控制点布设示意图。

图4是本实用新型激光扫描带与相机影像带及地面控制点布设示意图。

    附图标记说明：A、第一相机，B、第二相机，C、第三相机，D、地面控制点，E、激光扫描带和第三相机影像带，L、第一相机和第二相机的影像带，F、航飞方向，A′、第一相机影像区，B′第二相机影像区，C′第三相机影像区。

参见图1～图4，本实用新型一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，包括等航高安全飞行的轻小型平台１，及装载在该轻小型平台１上的成像传感系统２，该成像传感系统２包括由轻小型激光扫描仪、定位定姿装置（POS）组成的机载激光雷达，以及一套三面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路３，该三面阵组合数码相机由三个相机A、B、C沿飞行方向排成一直线，每个相机的镜头中心都在此直线上，其中第一相机A横置，且向右倾斜0.4倍的像场角；第二相机B横置，且向左倾斜0.4倍的像场角；第三相机C纵置，且向前倾斜0.5倍的像场角。（如图2），三个相机的成像区域A′、B′、C′有一定的重叠，用以实现影像的自动拼接和单中心转换（如图3）。

所述的轻小型平台1能够在300米以下低空保持与地形地物近似等航高安全飞行；所述的成像传感系统2的总重量不超过20Kg。

本实用新型的Lidar（即激光扫描仪加POS）与三面阵组合相机间的互增强作用是通过后续的数据处理技术实现的。由三面阵组合相机影像进行空中三角测量平差，能获取到的外方位元素值比POS直接测量值的精度高出一个数量级，因此可以用前者消除后者的累积误差；由Lidar获取的地面高程精度比三相机影像匹配所获得的地面高程模型的精度高约一个数量级，因此采用前者的高程值与后者的平面值联合构建地面三维模型。

如图4所示，可以通过布设地面控制点D的方法进一步提高精度，沿航线中轴线布一排地面控制点D1，可以很有效控制航线模型的比例与弯曲误差；沿航线两侧布少量地面控制点D2，可以很有效地控制航线模型的扭曲误差。