一种多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法，涉及机载LiDAR系统误差检校技术领域。该方法包括：获取航带A和航带B的航迹数据；采用最小二乘法对航迹数据分别进行航迹线拟合，并对航迹线分别进行内插，确定激光脚点的航迹数据；确定航带A和航带B激光脚点的测距值和扫描角；采用迭代最近点法，确定航迹数据的最近同名点集；根据校验参数，选择校验模型；通过校验模型，建立误差方程式，构建系数矩阵和常数项，采用最小二乘平差，确定三个安置角的最终检校值；根据三个安置角的最终校验值，确定航迹数据的校验值。该方法直接基于原始的点云数据进行检校，不需内插成规则格网数据或预先提取线特征或面特征，检校精度更高。

An automatic calibration error of airborne LiDAR system multi parameter method

The invention discloses an automatic calibration error of airborne LiDAR system multi parameter method, which relates to the technical field of error calibration of airborne LiDAR system. The method includes: obtaining the strip strip A and B track data; to track data line were fitted by least square method, and carried on the track line interpolation, determine the trajectory data of laser foot points; determine the ranging strip A and strip B laser point value and the scanning angle; iterative closest point method, determine the recent corresponding point track data set; according to the calibration parameters, calibration model; through the verification model, establish the error equation, construct the coefficient matrix and constant, using the least squares adjustment, determine the three final placement angle calibration test value; according to the final check three placement angle value determined check the track data value. The method of direct calibration of point cloud data based on the original, do not need to interpolate grid data or pre extraction line features or surface characteristics, calibration precision is higher.

【技术实现步骤摘要】
一种多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法
本专利技术涉及机载LiDAR系统误差检校
，更具体的涉及一种多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法。
技术介绍
在实际生产上，机载LiDAR系统检校基本都是使用LiDAR设备厂商提供的带有一定经验性的基于剖面的手工检校方法。手工检校方法可靠性较好，但较为复杂，整个过程较为繁琐，费时、耗力，对检校场要求条件较高，以及精度统计指标不足，如果将机载LiDAR系统用于快速应急响应系统，手工检校的时间则会大大降低其效率，难于满足实时、近实时的要求。因此，实际生产中迫切需要一种自动检校机载LiDAR系统误差的方法。目前，机载LiDAR获取的是离散点云数据，不管是人工选择还是自动提取同名点，都较为困难。由于机载LiDAR是对地表的半随机扫描，获取的是离散点云数据，不能保证同一个点被不同航带扫描到，因此航带间不存在真正意义上的同名点，不管是人工选择还是自动提取同名点，都较为困难，存在精度限制，同时计算量大、费时且容易产生粗差，如将这些同名点作为观测值通过平差解算系统的检校参数，难于保证平差解算能够快速收敛，且难于保证检校参数的精度。综上所述，现有技术中的机载LiDAR系统自动检校方法，存在从离散点云数据中提取同名点困难，导致校验参数精度低的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法，用以解决现有技术中存在从离散点云数据中提取同名点困难，导致校验参数精度低的问题。本专利技术实施例提供一种多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法，包括：获取航带A的航迹数据和航带B的航迹数据；其中，航带A和航带B为重叠航带；采用最小二乘法对航带A的航迹数据和航带B的航迹数据分别进行航迹线拟合，并对航带A的航迹线和航带B的航迹线分别进行内插，确定航带A激光脚点的航迹数据和航带B激光脚点的航迹数据；其中，激光脚点的航迹数据包括：空间位置和三个姿态角；根据航带A的航迹数据、航带B的航迹数据、航带A激光脚点的航迹数据和航带B激光脚点的航迹数据，确定航带A激光脚点的测距值和扫描角，与航带B激光脚点的测距值和扫描角；采用迭代最近点法，确定航带A的航迹数据和航带B的航迹数据的最近同名点集；根据校验参数，选择校验模型；其中，当校验参数为三个安置角时，选择三参数校验模型；根据航带A激光脚点的航迹数据，航带B激光脚点的航迹数据，航带A激光脚点的测距值和扫描角，航带B激光脚点的测距值和扫描角，以及航带A的航迹数据和航带B的航迹数据的最近同名点集，通过三参数校验模型，建立误差方程式，构建系数矩阵和常数项，采用最小二乘平差，确定三个安置角的最终检校值；根据三个安置角的最终校验值，确定航迹A的航迹数据的校验数据和航迹B的航迹数据的校验数据；并且输出校验参数的最终校验值、航迹A的航迹数据的校验值和航迹B的航迹数据的校验值。较佳地，所述根据航带A的航迹数据、航带B的航迹数据、航带A激光脚点的航迹数据和航带B激光脚点的航迹数据，确定航带A激光脚点的测距值和扫描角，与航带B激光脚点的测距值和扫描角；包括：根据航带A的航迹数据的采集时间和航带B的航迹数据的采集时间，对航带A的航迹线和航带B的航迹航迹线进行内插；根据航带A的航迹数据的采集时间和航带B的航迹数据的采集时间的对应关系，确定航带A激光脚点到航带A航迹线对应点的距离，以及航带B激光脚点到航带B航迹线对应点的距离；其中，航带A激光脚点到航带A航迹线对应点的距离为航带A激光脚点的测距值，以及航带B激光脚点到航带B航迹线对应点的距离为航带B激光脚点的测距值；根据航带A航迹线与航带A的航迹数据之间的向量，航带B航迹线与航带B的航迹数据之间的向量，以及载体质心的垂线、载体坐标系Z轴和激光方向的关系，分别确定航带A激光脚点的扫描角和航带B激光脚点的扫描角。较佳地，所述根据航带A激光脚点的航迹数据，航带B激光脚点的航迹数据，航带A激光脚点的测距值和扫描角，航带B激光脚点的测距值和扫描角，以及航带A的航迹数据和航带B的航迹数据的最近同名点集，通过三参数校验模型，建立误差方程式，构建系数矩阵和常数项，采用最小二乘平差，确定三个安置角的最终检校值；包括：判断相邻两次迭代所求的所有的检校参数值之差的最大变化值；当最大变化值≤阈值或最大迭代次数>150时，则循环迭代终止，所求解的检校参数值即为最终检校值；当最大变化值>阈值或最大迭代次数≤150时，则利用求解的检校参数值，重新确定A、B航带的激光脚点的航迹数据。较佳地，所述阈值为1.0×10-6～1.0×10-5。本专利技术实施例中，提供一种多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法，与现有技术相比，其有益效果为：本专利技术采用一种非严格对应的方法，并不是直接在点云数据中获取同名点，而是使用最近点作为对应点来计算系统误差，并逐步迭代，使点云每次都朝“正确位置”前进一小步，最终实现航带间的最佳配准从而消除系统误差，得到最佳的系统检校参数。本方法无需人工干预，能自动检校机载LiDAR系统误差参数；检校模型基于严格机载LiDAR点云几何定位模型，设计严密，检校速度较快，能满足快速应急系统实时、近实时的要求；直接基于原始的点云数据进行检校，不需内插成规则格网数据或预先提取线特征或面特征，检校精度更高。附图说明图1为本专利技术实施例提供的多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法流程图；图2为机载lidar坐标系定义示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的一种多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法流程图。如图1所示，该方法包括：步骤S101，获取航带A的航迹数据和航带B的航迹数据；其中，航带A和航带B为重叠航带。需要说明的是，读取重叠航带A、B的LAS数据和Trj数据(即航迹数据)。如果有可用的控制点数据，同时读取控制数据。本文所提的八参数检校模型只有在有控制数据的情况下，才能检校出8个未知系统参数，否则安置向量误差δΔZ是无法检校的，原因是在没有控制数据时，根据公共连接点在建立误差方程式时，安置向量误差δΔZ在Z轴方向引起的误差被抵消了。需要说明的是，控制点是大地坐标已知的地面点坐标数据，用来检校测距误差；航迹是航线的轨迹，航迹线数据指的是在飞行过程中飞机在大地坐标系中一系列大地坐标(X,Y,Z)的集合。要获得每个激光角点的航迹数据就要对拟合的航迹线进行内插，其中航迹线数据就是飞机惯导(IMU)坐标系相对于大地坐标系的转换参数，即飞机惯性平台参考坐标系原点在大地坐标系中的大地坐标(X,Y,Z)和姿态角(H,P,R)。步骤S102，采用最小二乘法对航带A的航迹数据和航带B的航迹数据分别进行航迹线拟合，并对航带A的航迹线和航带B的航迹线分别进行内插，确定航带A激光脚点的航迹数据和航带B激光脚点的航迹数据；其中，激光脚点的航迹数据包括：空间位置和三个姿态角。需要说明的是，航迹线拟合并利用拟合的航迹内插出每个激光脚点的航迹数据，即POS数据，包括空间位置(X本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法，其特征在于，包括：获取航带A的航迹数据和航带B的航迹数据；其中，航带A和航带B为重叠航带；采用最小二乘法对航带A的航迹数据和航带B的航迹数据分别进行航迹线拟合，并对航带A的航迹线和航带B的航迹线分别进行内插，确定航带A激光脚点的航迹数据和航带B激光脚点的航迹数据；其中，激光脚点的航迹数据包括：空间位置和三个姿态角；根据航带A的航迹数据、航带B的航迹数据、航带A激光脚点的航迹数据和航带B激光脚点的航迹数据，确定航带A激光脚点的测距值和扫描角，与航带B激光脚点的测距值和扫描角；采用迭代最近点法，确定航带A的航迹数据和航带B的航迹数据的最近同名点集；根据校验参数，选择校验模型；其中，当校验参数为三个安置角时，选择三参数校验模型；根据航带A激光脚点的航迹数据，航带B激光脚点的航迹数据，航带A激光脚点的测距值和扫描角，航带B激光脚点的测距值和扫描角，以及航带A的航迹数据和航带B的航迹数据的最近同名点集，通过三参数校验模型，建立误差方程式，构建系数矩阵和常数项，采用最小二乘平差，确定三个安置角的最终检校值；根据三个安置角的最终校验值，确定航迹A的航迹数据的校验数据和航迹B的航迹数据的校验数据；并且输出校验参数的最终校验值、航迹A的航迹数据的校验值和航迹B的航迹数据的校验值。...

【技术特征摘要】
1.一种多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法，其特征在于，包括：获取航带A的航迹数据和航带B的航迹数据；其中，航带A和航带B为重叠航带；采用最小二乘法对航带A的航迹数据和航带B的航迹数据分别进行航迹线拟合，并对航带A的航迹线和航带B的航迹线分别进行内插，确定航带A激光脚点的航迹数据和航带B激光脚点的航迹数据；其中，激光脚点的航迹数据包括：空间位置和三个姿态角；根据航带A的航迹数据、航带B的航迹数据、航带A激光脚点的航迹数据和航带B激光脚点的航迹数据，确定航带A激光脚点的测距值和扫描角，与航带B激光脚点的测距值和扫描角；采用迭代最近点法，确定航带A的航迹数据和航带B的航迹数据的最近同名点集；根据校验参数，选择校验模型；其中，当校验参数为三个安置角时，选择三参数校验模型；根据航带A激光脚点的航迹数据，航带B激光脚点的航迹数据，航带A激光脚点的测距值和扫描角，航带B激光脚点的测距值和扫描角，以及航带A的航迹数据和航带B的航迹数据的最近同名点集，通过三参数校验模型，建立误差方程式，构建系数矩阵和常数项，采用最小二乘平差，确定三个安置角的最终检校值；根据三个安置角的最终校验值，确定航迹A的航迹数据的校验数据和航迹B的航迹数据的校验数据；并且输出校验参数的最终校验值、航迹A的航迹数据的校验值和航迹B的航迹数据的校验值。2.如权利要求1所述的多参数机载LiDAR系统误差自动检校方法，其特征在于，所述根据航带A的航迹数据、航带B的航迹数据、航带A激光脚点的航迹数据和航带B激光脚点的航迹数据，确定航带A激光脚点的测距值和扫描角，与航带B激光脚点的测距值和扫描角...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋立春，朱剑锋，苏春艳，钟棉卿，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61