[发明专利]一种检查机载激光雷达平面精度的地标布设方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达扫描数据的质量评价与鉴定，通过设计特殊的十字型地标，基于点云强度差值精确识别地标，并采用最小二乘中心线拟合算法确定地标中心，从而实现激光雷达扫描数据平面精度检查及质量评价，属于机载激光雷达技术领域。 

背景技术

机载激光雷达(LiDAR-light detection and ranging)是一种新型主动式航空遥感对地观测技术。从功能上讲，机载LiDAR是一种集激光、全球定位系统(GPS)和惯性测量单元(IMU)三种技术于一身的系统，这三种技术的结合，可以高度准确地定位地面目标的三维坐标。现今，机载激光雷达系统中还配备的千万级像素的航空数码相机，用于获取地面的高清晰数码影像，为后续生产正射影像提供基础数据。机载激光雷达技术与传统航空摄影测量相比具有快速、高效、受天气影响小的优势，在测绘、国土资源、森林、矿产、数字城市、城市规划、灾害监测(河岸灾害监测)、风险估计等领域具有重要应用。 

机载LiDAR点云是指通过机载激光发射器接受的信号进行处理所获得的表达地表三维形态的、离散的、密度不均匀的数据点集，能够以较高的精度反映地表的真实情况。其中，LiDAR点云的误差可分为相对误差和绝对误差。相对误差指LiDAR点云不同航带间的相对偏差，可通过剖面手工检校以及航带平差进行误差评定和消除，目前国内外大部分研究工作也集中在相对误差的消除方面。绝对误差指LiDAR点云与实际地理位置的偏差，由于LiDAR点云分布不规则，其密度并不完全均匀，在LiDAR点云中选取控制点或连接点时，无法像高分辨率影像那样可精确选取影像特征点作控制点或连接点，因此针对LiDAR绝对误差的检查，只能基于统计学的方式进行。 

机载LIDAR高程绝对误差可以利用LiDAR点云拟合的地表面高程，与布设的控制点高程比较，进行定量评判。水平方向的绝对误差检查，由于点云离散分布的特性，需要设计特设的地面标志物。目前国际上最权威的水平精度评价方法由Csanyi.和Toth设计，利用一种特殊的圆形地标，通过测量圆形地标实际中心 点和基于地标上点云拟合中心的距离，检查点云的平面精度。该方法能准确评价水平精度的前提是保证足够多的点云打到圆形地标上，因此圆形地标直径要非常的大，携带不方便且成本高昂，推广的价值不高。国内LiDAR工程项目为了节制成本，航高通常大于1000米，点云密度较低，该方法的可行性就更差了。目前LiDAR点云的水平精度常常仅通过设备厂商提供的参考精度或者光斑直径进行估算，严密性远远不够。随着LiDAR技术应用的不断深入，LiDAR水平精度评价体系的缺失，已逐渐成为该技术进一步推广的障碍之一。 

发明内容

本发明针对现有方法的难以有效评价机载LiDAR水平精度的问题，提供了一种通过布设地面特殊标志物，使其在机载LiDAR点云数据中作为检查点能够被清楚辨识及精确定位，且在实地外业测量中作为控制点能够被精确测量，从而用于机载激光雷达平面精度检查的方法。 

包括以下步骤： 

步骤1：十字地标的设计。地标材料选择设置为颜色与周围环境有较大差别且反射率明显比周围地物高的材质。地标形状为十字形、由多块正方形白色烤漆板组装，地标的十字线宽应为点云间距宽的1.25倍以上，十字线长为其线宽的10倍以上。那么该十字地标中心平面坐标的在点云数据中拟合误差优于平均点间距的5％，即该拟合误差方差D_拟＝(0.05λ)²。 

步骤2：十字地标的布设。布设区域为连续反射属性的平坦地表，且周围无房屋树木遮挡；保证检校场内至少有30个十字地标，各十字地标间距均匀，至少50％的十字地标布设于航带重叠区域。 

步骤3：采用传统外业测量手段精确测定十字地标的中心坐标，作为控制点坐标。 

步骤4：通过机载LiDAR对地表进行半随机离散扫描。 

步骤5：利用强度分析快速提取十字地标上的点云、基于最小二乘原理拟合地标内的点云，提取两条交叉的中心线，取两条中心线的交点坐标为作为检查点坐标。 

步骤6：结合以上获取的数据进行平面精度检查与质量评定； 

本发明优点：1.十字地标内的点云便于识别和提取，并且具有较高的匹配拟合精度，因此精度评价的可靠性得到了保障。2.十字地标具有易组装、易拆卸的优势，和传统的圆形地标相比较，成本更低，可重用性更好，更符合中国国情。 

附图说明

附图给出基于十字地标进行机载LiDAR点云平面精度检查的具体说明。 

图1：十字地标的设计示意图；