[发明专利]一种基于无人机机载激光雷达的桥梁贯通测量方法

权利要求书

1.一种基于无人机机载激光雷达的桥梁贯通测量方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：

(1)、在飞行区间内，地面一定间距布设地面控制点，地面控制点呈均匀分布，地面控制点为点云数据采集精度校正和检查的重要保障手段；在飞行前，在地面控制点上架设标靶球，确保无人机在激光测量时，将所有标靶球扫描进去，标靶球中心的坐标即为地面控制点的坐标；

(2)、地面控制站启动无人机并控制无人机进行飞行，飞行的同时无人机上搭载的高精度激光雷达进行点云数据采集；其中，无人机的飞行高度高于飞行段桥梁设计标高的平均高程面；

(3)、点云数据经过预处理，通过POS数据解算，完成对点云数据的整合；

(4)、引入地面基准，将点云数据和地面控制点进行联合平差，得到高精度的点云数据；

(5)、点云的识别与模型创建：将桥墩中心坐标、中心高程和切线方位角导入，并将墩帽和垫石轮廓导入，对应将墩帽放置到桥墩中心坐标和中心高程处，并使得桥墩平面位置与切线方位角一致，设定一个外放值，整个桥墩轮廓向外延伸一个外放值形成桥墩范围，将桥墩范围外的点云数据删除，然后在各个桥墩顶面中心位置，设置一定的墩帽高度，将墩帽高度以下的点云数据删除，剩余点云数据即为墩帽和垫石的点云数据，对剩余点云数据进行拟合，生成墩帽的模型；

(6)、墩帽的模型生成后，根据模型计算出墩顶中心和垫石中心的坐标，并与桥墩的设计墩顶中心坐标和设计垫石中心坐标进行差值比较，生成桥梁贯通测量成果。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机机载激光雷达的桥梁贯通测量方法，其特征在于：所述的高精度激光雷达包括有激光发射器、激光探测器、激光自适应聚焦控制单元、CCD影像检测设备和光机电自动传感装置；所述的激光发射器发射出的激光脉冲信号经过旋转棱镜后射向目标，然后通过激光探测器，接收反射回来的激光脉冲信号，并由记录器记录，最后转换成能够直接识别处理的数据信息，数据信息经过处理实现实体建模输出。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机机载激光雷达的桥梁贯通测量方法，其特征在于：所述的无人机飞行时的风速小于4级，无人机的飞行速度控制在10m/s以内。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机机载激光雷达的桥梁贯通测量方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，高精度激光雷达进行点云数据采集后，进行点云纵向拼接，即将无人机GPS模块采集的GPS信息、无人机IMU模块采集的IMU数据与高精度激光雷达采集的点云数据行三维空间解析计算，实现点云纵向拼接；所述的GPS信息和IMU数据即为摄影测量中的外方位元素，包括纬度、经度、高程、航向角、俯仰角及翻滚角数据。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机机载激光雷达的桥梁贯通测量方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，所述的点云数据经过预处理即进行点云数据的去噪和平滑滤波处理，剔除掉高精度激光雷达采集过程中由于干扰存在的不合理的噪声点，噪声点会影响到模型的构造，数据中噪声点是高频信号的点，通过滤波器并进行平滑处理从而消除噪声干扰影响。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机机载激光雷达的桥梁贯通测量方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，引入地面基准，将点云数据和地面控制点进行联合平差的具体步骤为：

(a)、当地面控制点组成的地面控制网经过秩亏自由网平差和约束平差后，剔除掉个别匹配程度不高的点，使得地面控制网成果相对中误差和最弱边最小中误差都在理想范围，使得地面控制网具备良好的内部符合性和绝对位置精度；

(b)、将点云数据与地面控制点数据进行联合平差，联合平差结果的比例因子即为点云变形值，点云变形值是体现点云内部符合性的重要指标，是判定点云质量好坏的依据，当点云变形值较大，则反映无人机采集过程质量差，跟据误差传播定律分析，点云变形值对最终点位误差有直接的影响，跟据最终点位误差控制值来反推这一参考控制值；

(c)、当内部符合性满足要求后,即点云变形值未超过设定范围后，为提高点云的精度，需将点云强制约束到地面控制网上，进行约束平差，从而获取高精度的点云数据。