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    一種檢查機載激光雷達平面精度的地標布設方法技術

    技術編號:10369997 閱讀:190 留言:0更新日期:2014-08-28 12:33
    本發明專利技術是一種檢查機載激光雷達平面精度的地標布設方法,涉及激光雷達掃描數據的質量評價,屬于機載激光雷達技術領域。由于激光雷達對地表半隨機離散掃描的特點,地面特征點難以被直接采集到,現階段對于機載LIDAR數據的質量控制評價尚缺乏成熟實用的方法。本發明專利技術從點云數據幾何特性出發,對地面標志物進行特殊的設計,采用擬合定位方法提取地面標志檢查點,用于提高點云平面檢查精度,進而建立基于統計方法的數據質量評價的指標與方法。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術涉及激光雷達掃描數據的質量評價與鑒定,通過設計特殊的十字型地標,基于點云強度差值精確識別地標,并采用最小二乘中心線擬合算法確定地標中心,從而實現激光雷達掃描數據平面精度檢查及質量評價,屬于機載激光雷達

    技術介紹
    機載激光雷達(LiDAR-light detection and ranging)是一種新型主動式航空遙感對地觀測技術。從功能上講,機載LiDAR是一種集激光、全球定位系統(GPS)和慣性測量單元(MU)三種技術于一身的系統,這三種技術的結合,可以高度準確地定位地面目標的三維坐標。現今,機載激光雷達系統中還配備的千萬級像素的航空數碼相機,用于獲取地面的高清晰數碼影像,為后續生產正射影像提供基礎數據。機載激光雷達技術與傳統航空攝影測量相比具有快速、高效、受天氣影響小的優勢,在測繪、國土資源、森林、礦產、數字城市、城市規劃、災害監測(河岸災害監測)、風險估計等領域具有重要應用。機載LiDAR點云是指通過機載激光發射器接受的信號進行處理所獲得的表達地表三維形態的、離散的、密度不均勻的數據點集,能夠以較高的精度反映地表的真實情況。其中,LiDAR點云的誤差可分為相對誤差和絕對誤差。相對誤差指LiDAR點云不同航帶間的相對偏差,可通過剖面手工檢校以及航帶平差進行誤差評定和消除,目前國內外大部分研究工作也集中在相對誤差的消除方面。絕對誤差指LiDAR點云與實際地理位置的偏差,由于LiDAR點云分布不規則,其密度并不完全均勻,在LiDAR點云中選取控制點或連接點時,無法像高分辨率影像那樣可精確選取影像特征點作控制點或連接點,因此針對LiDAR絕對誤差的檢查,只能基于統計學的方式進行。機載LIDAR高程絕對誤差可以利用LiDAR點云擬合的地表面高程,與布設的控制點高程比較,進行定量評判。水平方向的絕對誤差檢查,由于點云離散分布的特性,需要設計特設的地面標志物。目前國際上最權威的水平精度評價方法由Csany1.和Toth設計,利用一種特殊的圓形地標,通過測量圓形地標實際中心點和基于地標上點云擬合中心的距離,檢查點云的平面精度。該方法能準確評價水平精度的前提是保證足夠多的點云打到圓形地標上,因此圓形地標直徑要非常的大,攜帶不方便且成本高昂,推廣的價值不高。國內LiDAR工程項目為了節制成本,航高通常大于1000米,點云密度較低,該方法的可行性就更差了。目前LiDAR點云的水平精度常常僅通過設備廠商提供的參考精度或者光斑直徑進行估算,嚴密性遠遠不夠。隨著LiDAR技術應用的不斷深入,LiDAR水平精度評價體系的缺失,已逐漸成為該技術進一步推廣的障礙之一。
    技術實現思路
    本專利技術針對現有方法的難以有效評價機載LiDAR水平精度的問題,提供了一種通過布設地面特殊標志物,使其在機載LiDAR點云數據中作為檢查點能夠被清楚辨識及精確定位,且在實地外業測量中作為控制點能夠被精確測量,從而用于機載激光雷達平面精度檢查的方法。包括以下步驟:步驟1:十字地標的設計。地標材料選擇設置為顏色與周圍環境有較大差別且反射率明顯比周圍地物高的材質。地標形狀為十字形、由多塊正方形白色烤漆板組裝,地標的十字線寬應為點云間距寬的1.25倍以上,十字線長為其線寬的10倍以上。那么該十字地標中心平面坐標的在點云數據中擬合誤差優于平均點間距的5%,即該擬合誤差方差Dw =(0.05 λ)2。步驟2:十字地標的布設。布設區域為連續反射屬性的平坦地表,且周圍無房屋樹木遮擋;保證檢校場內至少有30個十字地標,各十字地標間距均勻,至少50%的十字地標布設于航帶重疊區域。步驟3:采用傳統外業測量手段精確測定十字地標的中心坐標,作為控制點坐標。步驟4:通過機載LiDAR對地表進行半隨機離散掃描。步驟5:利用強度分析快速提取十字地標上的點云、基于最小二乘原理擬合地標內的點云,提取兩條交叉的中心線,取兩條中心線的交點坐標為作為檢查點坐標。步驟6:結合以上獲取的數據進行平面精度檢查與質量評定;本專利技術優點:1.十字地標內的點云便于識別和提取,并且具有較高的匹配擬合精度,因此精度評價的可靠性得到了保障。2.十字地標具有易組裝、易拆卸的優勢,和傳統的圓形地標相比較,成本更低,可重用性更好,更符合中國國情。【附圖說明】附圖給出基于十字地標進行機載LiDAR點云平面精度檢查的具體說明。圖1:十字地標的設計示意圖;圖2:點云數據中十字地標的強度特征圖;圖3:點云數據中十字地標擬合中心示意圖。【具體實施方式】下面結合附圖和實施示例對本專利技術作進一步說明。步驟1:十字地標的設計1.材料選擇選擇白色烤漆板為十字地標布設的材料,如表I所示:針對LiDAR的紅外波段激光,白色烤漆板的材質與周圍環境有較大差別,其反射率明顯強于周圍地物。表I十字地標與常見材質近紅外波段的反射強度統計表本文檔來自技高網
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    【技術保護點】
    一種檢查機載激光雷達平面精度的地標布設方法,其特征在于,包括以下步驟:步驟1、選用白色烤漆板作為十字地標;根據點云數據密度ρ,換算得到點云平均間距設置十字地標的十字線寬為1.25λ,十字地標的十字線長為12.5λ;那么該十字地標中心平面坐標的在點云數據中擬合誤差優于平均點間距的5%,即該擬合誤差方差D擬=(0.05λ)2;步驟2、布置十字地標在航帶重疊區域中近紅外波段反射強度連續且平坦的地表;步驟3、測量十字坐標的外業測量中心坐標作為控制點坐標x控,y控;步驟4、利用機載LiDAR對地表進行掃描獲得LiDAR點云數據;步驟5、根據點云反射強度特征提取十字地標上的點云數據;步驟6、通過十字地標的點云數據擬合十字坐標線的兩條中心直線l1、l2,獲得兩條中心直線l1、l2的交叉點的平面坐標x擬,y擬;步驟7、利用已布設的N個十字地標的外業測量中心點xi控,yi控作為控制點,i∈1~N,十字地標在點云中的擬合中心平面坐標xi擬,yi擬作為對應的檢查點,計算實地控制點與點云上的檢查點在平面上的總體測量誤差方差D總,計算公式如下:步驟8、當D總>5D擬時,用地面的控制點與擬合的檢查點對點云進行聯合平差糾正;當D總≤5D擬時,無需地面控制點的修正。...

    【技術特征摘要】
    1.一種檢查機載激光雷達平面精度的地標布設方法,其特征在于,包括以下步驟: 步驟1、選用白色烤漆板作為十字地標; 根據點云數據密度P,換算得到點云平均間距 2.根據權利要求1所述的一種檢查機載激光雷達平面精度的地標布設方法,其特征在于,所述的步驟2中,十字地標布設在既有水準點上。3.根據權利要求1所述的一種檢查機載激光雷達平面...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:張良馬洪超鄒長江高廣
    申請(專利權)人:武漢大學
    類型:發明
    國別省市:湖北;42

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