[发明专利]基于全波形机载激光雷达数据二类高程误差修正方法有效

专利信息
申请号: 201710375642.3 申请日: 2017-05-24
公开(公告)号: CN106990401B 公开(公告)日: 2019-12-10
发明(设计)人: 马洪超;周薇薇;姜晓琦;张辉松 申请(专利权)人: 武汉大学
主分类号: G01S7/48 分类号: G01S7/48
代理公司: 42222 武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 代理人: 鲁力
地址: 430072 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 基于 波形 机载 激光雷达 数据 高程 误差 修正 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于全波形机载激光雷达数据二类高程误差修正方法,包括以下步骤:首先利用全波形机载激光雷达进行数据采集,根据全波形机载激光雷达数据生成理论模型得到机载激光雷达点云数据和全波形数据;分别提取机载激光雷达数据中的点云属性特征和全波形数据的回波参数特征;利用提取的特征信息,建立点云特征和回波参数特征信息之间的定量关系,得到模拟数据;将得到模拟数据作为参照,对全波形数据进行波峰位置修正;将全波形数据生成机载激光雷达数据,该数据即为经过二类高程误差修正的机载激光雷达数据。本发明通过对全波机载激光雷达采集的两套数据的特征分析与处理,从而达到提高机载激光雷达数据精度的目的。

技术领域

本发明涉及一种全波形机载激光雷达数据处理方法,尤其是涉及一种提高机载激光雷达数据定位精度的二类误差修正的方法,属于机载激光雷达数据处理技术领域。

背景技术

机载激光雷达(Airborne Light Detection And Ranging,LiDAR)是一种主动式航空遥感对地观测系统,是九十年代初首先由西方国家发展起来并投入商业化应用的一门新兴技术,它集成激光测距仪、全球定位系统(GPS)和惯性测量单元(IMU)于一身。该技术在三维空间信息的实时获取方面产生了重大突破,为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了一种全新的技术手段。

目前,在机载激光雷达领域,全波形激光雷达可以记录完整的后向散射信号回波波形,全波形数据的出现为高精度LiDAR数据带来了新的数据信息。全波形LiDAR数据对地形变化敏感,当垂直激光照射至倾斜地面时,地面光斑呈现一个长轴沿斜面的椭圆,使得回波脉冲宽度大于发射脉冲宽度(称为回波脉冲展宽)。消除波形展宽效应是LiDAR数据处理的一个重要内容,目的是为了提供可靠的标准化信号。传统信号处理方法包含的系统误差会影响反射回波信号的形态,因此这个问题一直未被有效解决。这些误差源通常都缺乏规律性且误差源间存在耦合,建立误差模型时无法顾及所有因素,因而很难建立误差模型,更不用说建立严格的解析模型进行误差改正。

发明内容

在本发明中,将所有限于现阶段的研究水平、当地面起伏较大或有一定的坡度时,激光脚点平面位置误差会引起高程方向的附加误差称之为二类高程误差。本发明针对二类高程误差难以改正的问题,在于提出了基于全波形机载激光雷达数据二类高程误差修正方法,达到提高机载激光雷达数据定位精度的目的。

实现本发明所说的基于全波形机载激光雷达数据二类高程误差修正方法的技术方案是这样的:

一种基于全波形机载激光雷达数据二类高程误差修正方法,其特征在于,基于以下定义:当地面起伏大或有坡度时,激光脚点平面位置误差会引起高程方向的附加误差称之为二类高程误差;激光脚点平面位置主要是由全波形数据的波峰位置生成,因此全波形机载激光雷达点云数据二类高程误差修正方法即是波峰位置修正;通过波峰位置修正减小二类高程误差对全波形机载激光雷达数据定位精度的影响,包括以下步骤:

步骤1、全波形机载激光雷达准备和安装,以及机载激光雷达数据的生成,具体包括:

步骤a、在航飞载体上搭载一套全波形LiDAR系统,包括惯性测量单元(IMU)、差分GPS(DGPS)、激光扫描测距系统和成像装置;

步骤b、根据制定好的飞行方案,对测区进行航飞;

步骤c、根据全波形机载激光雷达数据生成理论模型得到一套全波形机载激光雷达数据和全波形数据;

步骤2、分别提取机载激光雷达数据中的点云特征和全波形数据的回波参数特征,利用回波参数特征建立回波宽度、扫描角与倾斜坡度值之间的定量关系,得到机载激光雷达模拟数据;

步骤3、根据步骤2中得到的全波形数据特征值作为参考值,利用波峰位置修正算法对全波形数据进行二类高程误差修正,得到新的全波形数据;

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