[发明专利]一种地面GPS辅助的LiDAR数据高程差的误差修正方法

说明书

本发明提供一种地面GPS辅助的LiDAR数据高程差的误差修正方法：首先采用机载LiDAR设备对某一被测地貌对象进行往复K次的重复测量，得到K组航带点云数据，然后对点云数据进行粗差剔除和规则格网化，在进行机载LiDAR测量之前，已经在被测航带布置了一定数量的地面GPS测量仪，用于测量地面点的绝对位置，采用绝对差参数η_l对获得的K组点云数据进行最优排序，将GPS测量出的地面点绝对位置高程值与最佳点云数据对应的高程值参数进行比较，得出高程误差方差，根据方差判断可以进行误差修正的点云数据。最终经过修正得出较为准确的LiDAR数据。

技术领域

本发明属于测绘科学与技术领域，涉及一种地面GPS辅助的机载激光点云误差修正方法，主要应用于高精度DEM/DSM生产、城市三维建模、高精度地貌特征的拾取等领域。

背景技术

机载LiDAR(Light Detection And Ranging)系统是一种快速采集地表信息的新兴测量技术，在硬质开阔地面的高程精度可高达15cm，平面精度优于30cm，常用来大面积地获取密集且精确的地形和地物数据。目前已广泛地应用于电力巡线、公路选线、森林参数估计、3D城市建模等领域，机载LiDAR系统是由激光扫描仪、GPS/IMU(InertialMeasurementUnit)惯性导航装置、计算机控制导航系统、存储设备等硬件集成在一起的一个复杂的测距系统，因此，许多系统内在的因素制约着LiDAR点云的平面和高程精度。

在LiDAR点云数据获取过程中，常存在多种误差源，如激光扫描仪测距误差、扫描镜控制误差、激光扫描仪与POS设备时间同步误差、激光扫描仪与POS设备的偏心以及安置角误差、POS观测值系统误差等。在LiDAR数据处理的实际生产中发现，点云的高程误差一般在0.3m至1.0m之间，目前还没有系统的修正点云数据高程误差的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地面GPS辅助的LiDAR数据高程差的误差修正方法，可以有效的对机载LiDAR数据误差进行修正。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

步骤1获取包含针对同一目标区的K个航带的激光雷达点云数据，作为原始点云数据，其中K≥3，对原始点云数据进行滤波，剔除植被和建筑物，只留下有效的地表点云数据；

步骤2格网化处理：用四边形网格对经过步骤1处理后的点云数据进行划分；

步骤3经过格网化处理后，将K组点云数据转换到一个绝对坐标下，分别对K组点云数据，在形状为长方形的航带上，在长度和宽度上每间隔拾取一个点，将这个点的高程值e_ij作为矩阵元素值，其中，i、j分别是点云取点的行数和列数，这样，可以由K组点云数据分别组装成一个点云高程值矩阵，即，可以组装出第一组，第二组，第三组，……第K组点云数据的点云高程值矩阵E₁,E₂,E₃,…,E_K；

步骤4计算K组点云高程值矩阵的均值高程值矩阵E_μ，然后分别计算各组点云高程值矩阵E_l(l＝1,2,……，K)与均值高程值矩阵E_μ的绝对差参数η_l，对η_l进行排序，即则第p₁组为最佳点云数据；

步骤5利用高精度GPS在目标区内静态测量一定数量的观测点，观测点的数量根据被测的地形进行选择，地势越平坦则需要布置的观测点越多，且相邻观测点的间距通常不应超过500米。从各个GPS观测点测得的数据值中分别提取高程值，组装成GPS高程值矩阵G_GPS，同时从最佳点云数据中，提取与GPS高程值矩阵G_GPS平面坐标对应的观测点的点云数据高程值，组装成最优点云数据高程值参数矩阵Q_p；