[发明专利]一种激光雷达扫描测量平面坐标精密修正方法

摘要

本发明公开了一种激光雷达扫描测量平面坐标精密修正方法，其步骤：a、控制标志设计与喷涂：沿路线布设控制标志，在公路两侧交错排列。b、现有道路沿线存在两条直线相交形成的特征标志，选择控制点。C、激光雷达扫描：确定激光雷达扫描测量方式。d、控制点测量：控制点平面测量采用GPS静态定位测量，构成网状结构。e、控制标志提取：利用激光雷达点云数据的信息，精确提取控制标志的激光雷达点云数据平面位置。f、激光雷达点云平面坐标精密修正：依据控制点GPS测量成果、控制标志激光雷达点云提取成果，进行激光数据的平面坐标精确处理。方法易行，操作简便，精度高，成本低，效率高，适合道路改扩建激光雷达扫描测量的平面坐标精密修正处理。

主权项

1.一种激光雷达扫描测量平面坐标精密修正方法，其步骤是：第一步、控制标志设计与喷涂(1)；在激光雷达扫描前，首先沿现有道路路面布设控制标志用作控制点，其具体布设方法如下：a、控制标志的形状：控制标志形状为形或形，形控制标志每条边的宽度为0.15m，长边长1.5m，短边长1.0m；形控制标志每条边的宽度为0.15m，长度为1.5m，控制标志中心两条斜线的交叉点即为控制点的中心位置；b、控制标志的布设：沿现有道路路面每侧4km布设1个控制标志，在公路左右两侧硬路肩上交错排列，对于形控制标志，其布设形式为长边靠近护栏，离路缘石0.20m，控制标志的布设位置应选择对空视野，其上无植被遮挡，附近无强磁场、高压线干扰，路面色差小的平坦位置；c、控制标志的喷涂：采用添加15％-23％反光玻璃珠的丙烯酸漆，采用机喷或手工涂刷的方式，在指定位置喷涂上相应形状的控制标志；控制标志布设完成后直接转到第三步；第二步、特征标志选择(2)，方法如下：a、特征标志点位：特征标志应选择在对空视野良好，其上无植被遮挡，附近无强磁场、高压线干扰，路面色差小，特征标志所在地地表平坦位置；b、特征标志形状：选择特征清晰的两条直线相交形成的交点、转角点，直线宽度以0.15m，直线最短长度为1.0m，两条直线需以大角度相交，交角介于60°-120°；c、特征点分布：沿现有道路每3km间隔选择1处特征标志，在公路左右两侧硬路肩上交错排列；d、特征标志选择：特征标志现有道路的减速带与车道标线交叉处、服务区停车场标线角点；第三步、激光雷达扫描(3)，对于道路改扩建工程，选择直升机或者汽车为平台搭载激光扫描仪进行数据采集，方法如下：a、激光雷达扫描方式：根据道路改扩建工程的实际，确定激光雷达扫描方式，采用直升机搭载激光雷达设备沿现有道路中心线低空飞行进行激光雷达点云数据采集，或采用汽车搭载激光雷达设备沿现有道路采集激光雷达点云数据；b、坐标基准设计：平面坐标为1980西安坐标系或者1954北京坐标系或当地坐标系，采用高斯投影，中央经线同工程测区基础控制选用的中央经线，GPS测量采用WGS84坐标基准，高程基准采用1985国家高程基准或其他高程基准；c、激光雷达扫描点间距：对于机载激光雷达扫描，激光雷达扫描点分布均匀，点间距小于0.20m，点密度高于25个/m²；对于车载激光雷达扫描，激光雷达扫描点分布均匀，点间距小于0.10m，点密度高于100个/m²；d、激光雷达扫描宽度：激光雷达扫描测量至少覆盖现有道路中心线两侧各100m范围内，对于互通枢纽，加宽激光雷达扫描数据采集范围；e、激光雷达点云数据预处理精度：激光雷达扫描测量预处理成果的平面定位精度0.15m，相邻航带的激光雷达点云数据，接边处平面无错位、高程无高差；第四步、控制点测量(4)，控制点的平面测量采用GPS静态定位测量，步骤如下：a、测量方法：控制点与测区四等控制网联测，GPS测量时，两台GPS接收机作为固定站，设在四等控制网上，控制点与固定站构成三角形网；b、GPS观测：GPS观测时，同时观测的有效卫星数≥4颗，卫星高度角≥15°，观测时间≥60分钟，GDOP值≤6，数据采样率≤30秒，每点的平均重复设站数≥1.6次；c、数据处理：控制点与四等控制网进行整网平差计算，首先以基线向量网的三维无约束平差，进行二维基线向量网的坐标转换和与地面网的约束平差；d、测量精度：控制点的平面测量等级为四等，其点位中误差不得大于±5cm，相邻点相对点位中误差不得大于±3cm，邻点边长相对中误差不得大于1/35000；第五步、控制标志提取(5)，利用TerraSolid软件对控制标志激光点进行识别，步骤如下：a、首先分析控制标志激光点的激光回波强度值范围，确定阈值，利用TerraSolid软件的TerraScan模块中By Indensity分类功能提取出强度信息大于该阈值的激光点作为控制标志激光点的备选点；b、采用人机交互的方式，利用Microstation软件中的Smart Line工具勾画出每一个控制标志点形或形标记的两条边的近似平面位置；c、使用步骤1中提取的备选点，利用TerraScan模块中Fit Linear Element功能对形或形控制点的两条边线进行精确的拟合，拟合模型选为Smooth Curvature，参与拟合激光点到初始线条的平面容许误差设为0.02m；d、使用步骤3中拟合出的精确的两条边线求出其交点，作为激光雷达点云数据提取控制标志中心的平面坐标成果；第六步、激光雷达点云数据的平面坐标精密修正(6)，依据控制点GPS测量成果、控制标志激光雷达点云提取成果，对激光雷达点云进行精密修正，步骤如下：a、激光雷达扫描数据分段处理：沿道路方向将激光雷达扫描数据分段，每一段以8km-10km，每段布设有3个控制标志，相邻分段之间至少1个共用点；b、转换参数计算：激光雷达点云的平面坐标修正采用仿射变换方法进行修正处理，采用以下公式激光雷达点云数据的平面转换参数：X＝ax₀+by₀+dx                (1)Y＝cx₀+dy₀+dy式中：X，Y——控制点GPS测量平面坐标；x₀，y₀——控制点激光雷达点云提取平面坐标；a，b，c，d，dx，dy——仿射变换参数；激光雷达点云平面坐标修正利用步骤2中计算的系数，依照公式(1)对激光雷达点云的平面坐标代入，通过仿射变换，计算得到精密修正后的激光雷达点云坐标。