[发明专利]一种机载激光雷达航测技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种机载激光雷达航测技术。

背景技术

现有的机载激光雷达系统有两个缺点：

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10～15cm。因此所量测的地面点高程精度降至10～15cm。

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15～30cm。

发明内容

本发明目的是提供一种机载激光雷达航测技术，以解决现有技术存在的高程精度和平面精度低的问题。

本发明的技术方案是：一种机载激光雷达航测技术，包括等航高安全飞行的云台，在该云台上装载有成像传感器，该成像传感器包括轻小型激光扫描系统和定位机构，其特征在于，该成像传感器还包括一套四面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路，该四面阵组合数码相机由四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，其中第一相机横摆，且向右倾斜0.4倍的像场角；第二相机横摆，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。

所述的云台能够在280米以下低空保持与地形地物近似等航高安全飞行；所述的成像传感器的总重量不超过15Kg。

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。

本发明的优点是：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。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明成像传感器的位置图；

图3是本发明四面阵几何构像图；

图4是本发明激光扫描带与相机影像带及地面控制点布设示意图。

具体实施方式

参见图1～图4，本发明一种机载激光雷达航测技术，包括等航高安全飞行的云台1，及装载在该云台1上的成像传感器2，该成像传感器2包括由轻小型激光扫描系统、定位机构(POS)组成的机载激光雷达，以及一套四面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路3，该四面阵组合数码相机由四个相机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横摆，且向右倾斜0.4倍的像场角；第二相机B横摆，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)，四个相机的成像区域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)。

所述的云台1能够在280米以下低空保持与地形地物近似等航高安全飞行；所述的成像传感器2的总重量不超过15Kg。

本发明的Lidar(即激光扫描系统加POS)与四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。由四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。

地面控制点D1和D2属于现有技术。

所述的云台1，可以选择有人驾驶直升机，无人驾驶直升机(旋翼机)或无人驾驶飞艇，有效载荷不小于15Kg，具有良好的低空安全飞行性能。

采购或定制轻小型激光扫描系统，要求达到下列指标：

测距精度：5cm

测角精度：0.02。

扫描角：`0。

采样频率：IOOHz

仪器重量：≤IOKg

所述的采购面阵数码相机，并加工组装成三相机成像系统，每个相机的像场角不小于38°×53°，组合后的视场角不小于70°×90°。按摄影测量方法完成相机畸变差检校和从三镜头到一个中心投影的二次成像转换。