轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统技术方案

一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，包括等航高安全飞行的轻小型平台，在该轻小型平台上装载有成像传感系统，该成像传感系统包括轻小型激光扫描仪、定位定姿装置、一套三面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路，该三面阵组合数码相机由三个相机沿飞行方向排成一直线，每个相机的镜头中心都在此直线上，其中第一相机横置，向右倾斜0.4倍的像场角；第二相机横置，向左倾斜0.4倍的像场角；第三相机纵置，向前倾斜0.5倍的像场角。本实用新型专利技术利用面阵数码相机构建高精度空中三角测量网，提高了联合系统精度。针对单个相机构建空中三角测量网精度不足的问题，利用三相机组合系统，使空中三角测量构网精度得以成倍提高。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，主要用于航空测量。
技术介绍
机载激光雷达(Lidar,Light Detection And Ranging)由激光扫描仪和定位定姿装置(POS, Position and Orientation System)联合构成,是当今世界先进的航空测量设备。但是，目前市场现有的系统有两个缺点:1、高程精度依赖于空中GPS定位精度。激光测距精度在2 3cm，而空中GPS定位高程的精度在10 20cm。因此所量测的地面点高程精度降至10 20cm。2、平面精度依赖于惯性测姿系统(IMU, Inertial measurement unit)的角度测量精度。目前国际市场先进的MU测角精度为，俯仰与侧滚角0.005°，航偏角0.008°，以此计算其平面精度为航高的0.2 0.3%。例如航高IOOm时为20 30cm。
技术实现思路
本技术目的是提供一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，以解决现有技术存在的高程精度和平面精度低的问题。本技术的技术方案是:一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，包括等航高安全飞行的轻小型平台，在该轻小型平台上装载有成像传感系统，该成像传感系统包括轻小型激光扫描仪和定位定姿装置，其特征在于，该成像传感系统还包括一套三面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路，该三面阵组合数码相机由三个相机沿飞行方向排成一直线，每 个相机的镜头中心都在此直线上，其中第一相机横置，且向右倾斜0.4倍的像场角；第二相机横置，且向左倾斜0.4倍的像场角；第三相机纵置，且向前倾斜0.5倍的像场角。所述的轻小型平台能够在300米以下低空保持与地形地物近似等航高安全飞行；所述的成像传感系统的总重量不超过20Kg。沿航线中轴线布设一排地面控制点；沿航线两侧布设少量地面控制点。本技术的优点是:针对单个相机构建空中三角测量网精度不足的问题，设计出三相机组合系统，使空中三角测量构网精度得以成倍提高；在工程测量作业时，利用已有的地面高精度控制网，提高空中三角测量网精度，从而提高Lidar与数码影像联合航测的成果精度，航带影像宽度不小于两倍航高，高程量测精度优于5cm，平面精度达到10cm。附图说明图1是本技术的总体结构示意图；图2是本技术成像传感系统的位置图；图3是本技术三面阵几何构像图；图4是本技术激光扫描带与相机影像带及地面控制点布设示意图。附图标记说明:A、第一相机，B、第二相机，C、第三相机，D、地面控制点，E、激光扫描带和第三相机影像带，L、第一相机和第二相机的影像带，F、航飞方向，A'、第一相机影像区，B'第二相机影像区，C'第三相机影像区。具体实施方式参见图1 图4，本技术一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，包括等航高安全飞行的轻小型平台I，及装载在该轻小型平台I上的成像传感系统2，该成像传感系统2包括由轻小型激光扫描仪、定位定姿装置(POS)组成的机载激光雷达，以及一套三面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路3，该三面阵组合数码相机由三个相机A、B、C沿飞行方向排成一直线，每个相机的镜头中心都在此直线上，其中第一相机A横置，且向右倾斜0.4倍的像场角；第二相机B横置，且向左倾斜0.4倍的像场角；第三相机C纵置，且向前倾斜0.5倍的像场角。(如图2)，三个相机的成像区域A'、B'、C'有一定的重叠，用以实现影像的自动拼接和单中心转换(如图3)。所述的轻小型平台I能够在300米以下低空保持与地形地物近似等航高安全飞行；所述的成像传感系统2的总重量不超过20Kg。本技术的Lidar (即激光扫描仪加P0S)与三面阵组合相机间的互增强作用是通过后续的数据处理技术实现的。由三面阵组合相机影像进行空中三角测量平差，能获取到的外方位元素值比POS直接测量值的精度高出一个数量级，因此可以用前者消除后者的累积误差；由Lidar获取的地面高程精度比三相机影像匹配所获得的地面高程模型的精度高约一个数量级，因此采用前者的高程值与后者的平面值联合构建地面三维模型。如图4所示，可以通过布设地面控制点D的方法进一步提高精度，沿航线中轴线布一排地面控制点D1，可以很有效控制航线模型的比例与弯曲误差；沿航线两侧布少量地面控制点D2，可以很有效地控制航线模型的扭曲误差。地面控制点Dl和D2属于现有技术。所述的轻小型平台1)，可以选择有人驾驶直升机，无人驾驶直升机(旋翼机)或无人驾驶飞艇，有效载荷不小于20Kg，具有良好的低空安全飞行性能。采购或定制轻小型激光扫描仪，要求达到下列指标:0测距精度:5cm0 测角精度:0.02°0 扫描角:70°0 采样频率:IOOHz0仪器重量:彡IOKg所述的采购面阵数码相机，并加工组装成三相机成像系统，每个相机的像场角不小于38° X53°，组合后的视场角不小于70° X90°。按摄影测量方法完成相机畸变差检校和从三镜头到一个中心投影的二次成像转换。采购GPS板和IMU (测姿陀螺仪)，完成与激光扫描仪及三面阵相机的组装联调。布设一定量的野外的地面控制点控制点(或利用现有的检校场)进行试飞测试，进一步校正成像系统的内外方位元素值，作为出厂标准参数。互增强数据处理:(I) Lidar数据独立处理；(2)三面阵相机独立处理(空中三角测量和数字高程模型)；(3)利用空中三角测量数据提高Lidar站位置精度；(4)进行Lidar点云与面阵影像DSM的匹配和最小二乘平差融合；(5)生成高精度三维模型。本技术针对当前Lidar系统的高程精度受制于GPS和平面精度受制于IMU的缺陷，利用面阵数码相机构建高精度空中三角测量网，以提高联合系统精度。针对单个相机构建空中三角测量网精度不足的问题，设计出三相机组合系统，使空中三角测量构网精度得以成倍提高。在工程测量作业时，利用已有的地面高精度控制网(由地面控制点组成)，提高空中三角测量网精度，从而提高Lidar与数码影像联合航测的成果精度。本技术的 航带影像宽度不小于两倍航高，高程量测精度优于5cm，平面精度达到 IOcm0权利要求1.一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，包括等航高安全飞行的轻小型平台，在该轻小型平台上装载有成像传感系统，该成像传感系统包括轻小型激光扫描仪和定位定姿装置，其特征在于，该成像传感系统还包括一套三面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路，该三面阵组合数码相机由三个相机沿飞行方向排成一直线，每个相机的镜头中心都在此直线上，其中第一相机横置，且向右倾斜0.4倍的像场角；第二相机横置，且向左倾斜0.4倍的像场角；第三相机纵置，且向前倾斜0.5倍的像场角。2.根据权利要求1所述的轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，其特征在于，所述的轻小型平台能够在300米以下低空保持与地形地物近似等航高安全飞行；所述的成像传感系统的总重量不超过20Kg。3.根据权利要求1所述的轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，其特征在于 ，沿航线中轴线布设一排地面控制点；沿航线两侧布设少量地面控制点。专利摘要一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，包括等航高安全飞行的轻小型平台，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻小型激光雷达与三面阵相机互增强的低空航测系统，包括等航高安全飞行的轻小型平台，在该轻小型平台上装载有成像传感系统，该成像传感系统包括轻小型激光扫描仪和定位定姿装置，其特征在于，该成像传感系统还包括一套三面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路，该三面阵组合数码相机由三个相机沿飞行方向排成一直线，每个相机的镜头中心都在此直线上，其中第一相机横置，且向右倾斜0.4倍的像场角；第二相机横置，且向左倾斜0.4倍的像场角；第三相机纵置，且向前倾斜0.5倍的像场角。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏国中，潘宝玉，田慧，范存国，李永荣，张兰，杨应，柳跃东，张松，裴文悦，
申请(专利权)人：北京测科空间信息技术有限公司，山东省地质测绘院，
类型：实用新型
国别省市：