【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下空间测量。具体地说是地下空间移动lidar测量时时空维持基准的构建方法。
技术介绍
1、在地下空间盲环境中，由于imu漂移等误差因素影响，移动lidar测量系统获取的地下空间点云数据通常难以满足工程测图及三维测绘的精度要求，需要进行必要的数据纠正工作，而数据纠正要依据多个离散的高精度参考节点，这些节点必须在统一的坐标系下，为整体测量数据提供高精度的位置及姿态参考，同时需要将移动lidar测量系统采集的数据也纳入到该体系中，实现时间和空间的持续维持。
技术实现思路
1、为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种能够满足高精度位姿传递和地下空间盲环境下三维绘图要求的地下空间移动lidar测量时时空维持基准的构建方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，包括地下空间参考基准构建和地下空间时空维持基准构建；
4、地下空间参考基准构建：采用基于三维组合标靶和基于局部重访观测特征匹配的混合模式构建地下空间参考基准；根据具体作业对象的空间形态特征，在精密控制网的基础上，通过对三维组合标靶以及局部重访特征的有效布局，构建地下空间位置参考基准；
5、地下空间时空维持基准构建：首先对移动lidar观测数据进行初步解算，获得imu初始位姿，并基于时间标签及imu与lidar坐标系的空间关系解算出初始点云；然后通过第一个三维组合标靶提供的位姿参考，将解算的点云数据
6、上述地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，在地下空间参考基准构建中：
7、精密控制网建设的基本原则：从误差传播规律和实际需求出发，推算控制网建设精度要求及控制点布设方案，高精度全站仪成为控制网建设的首选；
8、基于三维组合标靶系统建立的参考基准：三维组合标靶系统事先放置在移动lidar测量系统行进路线的边缘，面朝移动lidar测量系统，同时兼顾全站仪对棱镜的观测，当移动lidar测量系统经过时，即获得三维组合标靶系统的点云数据；
9、基于局部重访观测特征精密匹配的参考基准：在进行移动测量工作时，会有部分区域得到重复扫描，通过一定数量重复区域的匹配与纠正，达到纠正位姿的效果；
10、其基本原理为：设第一次扫描点云集数据集为a，获取时间记为t1，第二次扫描点云数据集为b，获取时间记为t2，使用基于稳健估计的icp匹配算法，获得点云数据集b相对于点云数据集a的旋转矩阵q，该矩阵中包含3个平移量和3个旋转量
11、在时间段t1t2内，imu推算数据的累积量逐渐增大，导致随时间的增加，所解算的点云误差值逐渐增大，到达t2时刻达到该时间段内的最大值；也就是说，在该时间t1t2段内，所解算出的各点的误差量大小与时间相关；为简化算法，在点云纠正时，设误差的累积与时间成正比关系，根据各点对应的时间标签，计算出各点需要调整的位移量和旋转量，逆向求解；设某一时刻的点云pi对应的时间标签为t，则该点云pi的调整量如公式(1)所示：
12、
13、其中，δx、δy、δz为3个平移量的调整值，δω、δκ为3个旋转量的调整值。
14、上述地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，作业对象的空间结构包括典型的延伸型空间、少量闭合空间和复杂空间；
15、(1)延伸型空间参考基准构建方法；首先根据地下空间的特点，以100-150m间隔布设三维组合标靶系统；然后使用高精度全站仪将外界参考坐标引入三维组合标靶系统，引入时，需要观测三维组合标靶系统的所有棱镜；最后在两个三维组合标靶系统中间任意点架设中转测站，在中转测站上，对后视三维组合标靶系统仅观测360°棱镜和另外两个以上棱镜，而对前视三维组合标靶系统需要观测所有棱镜；
16、(2)少量闭合空间参考基准构建方法；先在地下空间按200-300m间隔布设三维组合标靶系统；然后使用高精度全站仪将参考坐标引入三维组合标靶系统；最后在视野开阔区域架设中转测站，实现对各标靶的精密观测，在适当情况下，增设加强测站；各标靶系统具有与参考坐标系一致的坐标，成为地下空间时空维持的基准，较多的可能重复观测区域则会在后期数据解算时，增加时空维持的条件；
17、(3)复杂空间参考基准构建方法：首先在视野开阔区域布设控制网，使用高精度全站仪将外界参考坐标引入控制网；再以200-300m间隔布设三维组合标靶系统；然后以控制网为依托，实现对各三维组合标靶系统的精密观测，在适当情况下，增设加强测站，目的是能够实现闭合观测，增加各三维组合标靶位置的精度；各标靶系统具有与参考坐标系一致的坐标，成为地下空间时空维持的基准，较多的可能重复观测区域则会在后期数据解算时，增加时空维持的条件。
18、上述地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，地下空间时空维持基准构建中，包括如下步骤：
19、(1)初始数据解算；
20、(2)解算数据坐标转换；
21、(3)观测数据与标定数据的精密匹配；
22、(4)时空维持基准构建；
23、(5)时空维持基准可靠性分析。
24、上述地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，在步骤(1)中，由imu提供位姿信息，imu的输出频率为200hz，而线阵lidar的输出频率为50万点/秒，需要依据时间标签，对imu位姿进行内插，获得与各激光扫描点对应时刻的位姿，进而解算出各扫描点的初始点云坐标；
25、计算步骤：先对imu数据进行预计分，然后根据运动模型计算出初始位姿，采用卡尔曼滤波平滑轨迹，最后根据imu和lidar坐标系之间的关系解算出初始点云。
26、上述地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，在步骤(2)中，基于imu数据解算出的轨迹和点云数据，需要统一到由三维组合标靶系统构建的空间参考基准中；在观测对象的入口处会放置一个三维组合标靶，通过该标靶将外界参考坐标传递到内部空间，进而构建完整的空间参考基准；
27、三维组合标靶系统的图形标靶中心在参考坐标系中的坐标，记为点集qc；
28、移动lidar测量系统获取三维组合标靶点云，从点云中提取各图形标靶点云，进而计算出各图形标靶中心点坐标，记为点集qp；
29、点集qc和点集qp属于不同的坐标系统，但两个点集中的点具有一一对应关系，通过匹配算法，获得点集qp相对于点集qc的旋转矩阵p，该旋转矩阵p为点云所在坐标系相对于参考坐标系的平移量和角度旋转量，对解算的点云乘以旋转矩阵p的逆矩阵p-1，即把点云数据的坐标转换到参考坐标系中；相应地，轨迹坐标也乘以逆矩阵p-1转换到参考坐标系中。
30、上述地下空间移动lidar测量时空维持基准本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.地下空间移动LiDAR测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，包括地下空间参考基准构建和地下空间时空维持基准构建；
2.根据权利要求1所述的地下空间移动LiDAR测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，在地下空间参考基准构建中：
3.根据权利要求1所述的地下空间移动LiDAR测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，作业对象的空间结构包括典型的延伸型空间、少量闭合空间和复杂空间；
4.根据权利要求1所述的地下空间移动LiDAR测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，地下空间时空维持基准构建中，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的地下空间移动LiDAR测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，在步骤(1)中，由IMU提供位姿信息，IMU的输出频率为200Hz，而线阵LiDAR的输出频率为50万点/秒，需要依据时间标签，对IMU位姿进行内插，获得与各激光扫描点对应时刻的位姿，进而解算出各扫描点的初始点云坐标；
6.根据权利要求4所述的地下空间移动LiDAR测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，在步骤(2)中，基于IMU
7.根据权利要求4所述的地下空间移动LiDAR测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，在步骤(3)中，移动LiDAR在短时间内获取标靶点云，从采集的点云中提取的各图形标靶中心与标定数据存在一定的差异，需要匹配与调整的过程：
8.根据权利要求4所述的地下空间移动LiDAR测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，在步骤(4)中，初步解算的点云转换到参考坐标系后，在第一个三维组合标靶位置处，点云与标靶实际位置能严格符合在一起，但随着时间的增加，点云与标靶实际位置的偏移量逐渐增加，需要把点云强制符合到各标靶位置上；
9.根据权利要求4所述的地下空间移动LiDAR测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，在步骤(3)的全站仪观测值与棱镜组合的匹配过程中的误差包括全站仪参考基准的误差M基以及对棱镜组合的观测值与棱镜组合标定数据的匹配误差M配1；
...【技术特征摘要】
1.地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，包括地下空间参考基准构建和地下空间时空维持基准构建；
2.根据权利要求1所述的地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，在地下空间参考基准构建中：
3.根据权利要求1所述的地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，作业对象的空间结构包括典型的延伸型空间、少量闭合空间和复杂空间；
4.根据权利要求1所述的地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，地下空间时空维持基准构建中，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，在步骤(1)中，由imu提供位姿信息，imu的输出频率为200hz，而线阵lidar的输出频率为50万点/秒，需要依据时间标签，对imu位姿进行内插，获得与各激光扫描点对应时刻的位姿，进而解算出各扫描点的初始点云坐标；
6.根据权利要求4所述的地下空间移动lidar测量时空维持基准的构建方法，其特征在于，在步骤(2)...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘会云，李永强，张颖芳，禄二峰，张键，邢振浩，武嘉乐，屈红梅，赵夏雨，魏银磊，石垚，孙东云，袁雅琪，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。