[发明专利]一种林业背包式激光雷达多传感器集成系统

说明书

本发明涉及林木参数测量领域，尤其涉及一种林业背包式激光雷达多传感器集成系统。本发明由各传感器组件和背包机械结构组成，包括两部真彩相机、一部双目相机、GNSS(全球导航卫星系统)、两个激光雷达探头、工控机、组合导航模块、电池、背包机械机构。本发明将移动测量技术和多传感器集成技术紧密结合，具有移动方便、适应性强、稳定性好、便携等特点；本发明提高了多传感器时间配准精度，能快速实时获取三维空间地理信息，减小定位误差；本发明扩展了系统时间与空间覆盖范围，进而提高了系统的时空监视范围；本发明提高了系统的综合抗干扰能力，确保导航的连续性和系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及林木参数测量领域，尤其涉及一种林业背包式激光雷达多传感器集成系统。

背景技术

森林是陆地上面积最大、分布最广、组成结构最复杂、物质资源最丰富的生态系统。传统的森林参数测定需要外业实地测量，仅能获得一些点上的数据，不利于研究区域尺度或大范围的森林参数。随着遥感技术的应用日益深入和成熟，遥感技术已经成功用于大区域森林制图、灾害监测等方面。特别是作为近年来发展最快的LiDAR(Light DetectionAnd Ranging)，即激光雷达，能够克服光学遥感和微波遥感信号饱和的局限性，提高对森林三维参数估计的准确性。激光雷达是近年来国际上发展十分迅速的主动遥感技术，在森林参数的定量测量和反演上取得了成功的应用。激光雷达具有与被动光学遥感不同的成像机理，对植被空间结构和地形的探测能力很强，特别是对森林高度的探测能力，具有其他遥感数据无法比拟的优势。

现有车载激光雷达系统、机载式激光雷达系统、地基激光雷达系统等不同搭载平台的三维激光扫描系统，其中地基激光雷达系统在林木参数测量领域的应用广泛，作为迅速发展的测量技术，适用于林木场景下三维点云数据的获取，不仅能够获取单株树木的详细数据，还可以扫描一个样地范围内的空间数据，是一种高精度的非接触三维测量手段，能够快速获取森林样地的结构参数以及详细刻画森林的三维结构。在实际应用中，由于一般的地基激光雷达设备笨重、扫描角度的限制以及树木相互遮挡现象的存在，往往会影响激光雷达探头的扫描效率，进而影响测量工作的整体进程。地基激光雷达系统中的背包式激光雷达系统具有安装方便、易操作、便携等特点，能适应林木稠密、地形复杂的环境。但在实际应用中，现有背包式激光雷达系统仍然具有扫描覆盖范围小、定位误差大以及数据传输同步性较差的不足，进而影响林木参数的采集精度。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，实现一种林业背包式激光雷达多传感器集成系统。本发明针对现有背包式激光雷达系统测量范围小、时间配准精度不足、卫星导航信号稳定性不好的问题进行改进，进而提高系统对树高、胸径、单木数目等林木参数的采集精度。

为达到上述目的，本发明技术方案如下：

1.本发明提供一种应用于林木参数测量的背包式激光雷达多传感器集成系统，包括：两个激光雷达探头、GNSS(全球导航卫星系统)、两部真彩色相机、一部双目相机、组合导航模块、工控机、电池、背包机械结构。所述背包机械结构包括支撑杆、背包框架、背包底板和背包外壳。所述支撑杆通过螺纹连接在背包底板上的锁紧卡扣安装固定，用于安装所述GNSS和一个激光雷达探头；所述背包框架通过螺纹连接在所述背包底板上，用于安装所述两部真彩色相机、组合导航模块、工控机、一部双目相机和一个激光雷达探头。所述背包底板用于安装所述背包框架、支撑杆、电池、背包外壳；所述背包外壳与所述背包框架上各组件嵌套安装，并通过螺纹安装在所述背包底板上。

2.所述两个激光雷达探头用于林木场景下激光点云数据提取，其中水平安装于支撑杆顶部的激光雷达探头以向后方夹角为270°的扫描范围发射激光能量和接收返回信号，收集存储为点云数据；另一个激光雷达探头安装于背包框架上的激光雷达探头安装板上，以此激光雷达探头横截面作为基准面，与基准面呈夹角为±15°的扫描范围，用于提取背包外壳一侧的激光点云数据。