三维激光扫描与多传感器集成移动测绘技术与应用-钟若飞

1、三维激光扫描和多传感器集成移动测绘技术和应用模式、报告纲要、一、技术和应用背景二、主要技术三、多功能一体化集成系统四、三维信息集成和集成处理系统、航空、无人机、数据获取、三维激光扫描， 探地雷达高精度立体监控网络空中-地面-地下监控网络多负荷数据获取平台-车载-室内集成创新，自主知识产权系列产品的大型-中型-轻量，一，技术和应用背景：立体化监控需求，一，技术和应用背景：传统方式的弊端如， 如果航空测量的传统街道视图方式是二维的，分辨率低，不现实的传统城市零件采集方式效率低，现代的尖端传感器都需要用上宇宙航空车载下视来眺望，另一方面技术和应用背景：移动激光测量，定义：基于移动载体的影像和激光光斑

2、功能：在移动载体进行中获取正确的地理代码图像和激光点云数据。 人工观测点击同名点，交互工作量多，基线短，精度低，难以自动分类、提取、实体化，激光移动测定基于近景摄影测定的缺点：被动测定、间接测定、主动测定、直接测定，一、技术和应用背景：激光技术和应用背景：部分海外产品、加拿大的Optech产品日本TOPCON产品、Applanix产品、英国MDL产品、海外产品于2010年在国内销售，一、技术和应用背景：部分海外产品分为高端测量型(900万)和低端视野型(300万) 核心零部件价格昂贵(激光和惯导)，技术含量高，涉及多个技术领域的交叉产品，需要事后处理的软件市场的可能性比较少，另一方面，技术和应

3、用背景：系统销售价格高的原因，一， 技术和应用背景：比实际应用产品的需求更轻量、紧凑的多用途多数据-立体影像、激光光斑云、红外线热像仪、影像、声音的快速检测方式操作简单， 安装方便、低成本的空地一体化，结合补充车载立面视角限制的导航和摄影测量，解决了GPS信号缺失问题，并报告了概要；移动测量技术背景二、主要关键技术三、多功能一体化集成系统四、三维信息集成和综合处理系统、硬件选定和集成、时间同步、二、 关键技术、空间检测、2.1硬件集成、GPS、IMU、DMI、激光、CCD集成优化、快速获取服务地理空间数据的移动载波激光建模测量系统、单传感器多传感器、集成度(不同传感器的精度要求为相同数量级别G

4、NSS天线，360激光扫描仪，电子转台，2.1硬件集成， 2.1.1硬件集成激光的选定成本10万元至100万元的不等线扫描频率3354至少20HZ至200HZ的不等点扫描频率3354至少1000点的距离 30米测量精度3354至少10cm的距离分辨率3354至少2cm的重量33最高2kg以内，根据激光技术指标的计算，转速为50转，即每秒激光扫描仪的扫描频率为50 假设50=2K点均匀分布在360度的空间中，角度分辨率=2*3.14/2000，约3mRad每小时50公里，100米以外的数据点的纵向和横向间隔只有0.3米左右。车道方向激光光点间距计算：车速50公里/时间=13米/秒13/50=0.

5、26米扫描方向光点间距计算：弧长=半径*弧度100*3/1000=0.3米100米外光点尺寸： 0.3/1000 * 1 2.1.1激光的选定Velodyne测距精度2cm、2.1.1激光的选定ibeo LUX、2.1.1激光的选定rieglvux-1、2.1.1激光的选定farox30， 2.1.1激光的选择 Riegl VZ系列定位和定向系统(POS ) (映射)惯性导航技术(INS，Inertial Navigation System ) 快速惯性导航系统惯性测量装置(IMU ) pos的本质是快速惯性导航系统和GPS配置的组合系统。 SINS可以实时连续地测量载流子的位置、速度、姿势等

6、所有运动参数，但其误差随时间而存储。 GPS能提供载波的高精度位置和速度，但因为GPS信号容易受到遮挡、干扰等因素的影响，数据更新率低，所以通过结合SINS和GPS来综合两者的优点，弥补优势，是一种理想的位置姿态测量系统。 2.1.2硬件集成常规指南的选定、选择2.1.2硬件集成常规指南的理由(1)、更新频率、GPS 20HZ、IMU 200HZ假定行驶速度相当于40km/h、10m/秒，仅GPS是两个如果以20=0.5米，即50cm使用IMU，则两点之间的车的移动距离为10/200=0.05米，即5厘米，如果计算激光扫描数据，则6个外方位要素包含翻滚、俯仰、航向，单个GPS无法输出姿势可以考

7、虑用三个GPS做成三角形来测量姿势吗？ 国内也有这样的研究，但有一个缺点：输出频率低，一个容易开锁，另一个需要长的基线。 2.1.2硬件集成选择常规指南的理由(2)、2.1.2硬件集成选择常规指南的理由(3)，车载三维数据收集系统在高楼林立的城市运行，可能没有GPS信号。 此外，受交通状况的影响，车载平台的关闭，使车载系统的工作环境非常独特。 容易锁门的地方：立交桥、街道桥、大楼下面，两侧是树木林荫道，一般上锁时间为30秒，所以我们也主要关心组合导航系统的精度，30秒或1分钟后能达到的精度，2.1.2硬件集成 对感兴趣的IMU的指标零偏稳定性进行评价，再现性评价SINS的指标初始对准精度、姿势

8、航向保持精度评价POS的指标定位精度、姿势精度车载测量系统需要哪些常规指南满足姿势精度的要求？ 这是粗略的估计值，如果激光扫描仪的测角精度为0.1毫米，100米外，点精度为1cm，则需要选择姿势精度为0.1毫米，即组合的姿势精度为0.005度的水平的惯导，要满足对姿势精度的要求，需要选择哪个另外，2.1.2选择硬件集成的任何常规指南(2)，多传感器数据融合处理的前提是，所有传感器同时获取的数据，它们安装在同一载波上，因此，在同一时间获取的数据也获取了相同位置的数据另外，根据2.2小时同步GPS的时间基准，数据收集频率不同，所以在融合数据时，把时间作为标志，进行数据的插值处理和数据匹配，结合传感

9、器检测信息，分别求出各扫描和摄影时刻传感器的运动位置和姿势参数。 如何保证2.2小时同步数据采集频率内插、2.2小时同步的难点、高精度？ 计算机时间不准确，统一为GPS的时间，如何对黑盒进口设备确保实际获取数据的时间，而不是保存的时间？例如，IMU向其发出开始的指示，此时的时间是数据取得开始的时间，还是有延迟？ 如果不知道设备的原理，就很难知道实际开始的时间。2.2pps输入设备的时间同步方案、2.2pps输入设备的时间同步方案、时间同步正确、时间同步误差为0.5s、2.2小时同步误差的前后比较，如何将在各传感器独立坐标系中获取的数据转换为公共坐标基准的WGS84坐标系单一传感器的独立检测集成

10、传感器的整体检测-激光、2.3系统空间同步、LIDAR单独检查、激光测距误差、反射点性质对距离的影响、常数、加上常数的编码盘偏心引起的测角误差、2.3.1系统空间同步、2.3.1系统空间同步激光检查识别标志、2.3.1系统空间同步强度的距离常数加：-1.367m，常数乘：-0.000165误差： 0.0037m，2.3.1系统空间同步强度的距离的修正，1 .测量角系统零。 主要原因是机械制作零和计数器零的偏差。 2 .测角跟踪误差主要是由代码盘的偏心误差引起的。 2.3.1系统的空间同步测量角度误差，2.3.1系统的空间同步测量角度误差，将激光垂直放置在转台上，使激光的扫描平面成为水平，使激光

11、的旋转中心与转台的中心一致。 扫描开始后，移动活动目标，找到实时的云图，读取其角度，旋转转台，角度也发生变化，可以测量激光角度的跟踪误差。2.3.1系统空间同步测角误差修正、关系曲线：IMU的单独检查、初始对位姿势角、跟踪姿势角、保持姿势角测量、2.3.2系统空间同步IMU的综合测量、2.3.2系统空间同步多个IMU的重叠测量， 2.3.3系统空间同步激光和全景对准2.3.3系统空间同步激光和面阵相机对准，2.3.3系统空间同步激光和线传感器相机对准，线传感器相机，安装面，激光激光、IMU、轧辊的误差导致测距值的不准确，影响坐标的激光扫描方向和标高的偏差，受轧辊误差的影响而增大测距值时，记录值

12、位于实际地面下。 俯仰角误差同样带来测距值的不准确，影响坐标的车的行驶方向和海拔的偏差，如果受俯仰角的影响测距值变大，记录值也将低于实际地面。 航向角误差也影响测距值，从而影响坐标的行进方向和激光扫描方向的水平误差，该误差在各扫描线上发生失真。 2.3.4系统空间同步设置角误差的影响、2.3.4系统空间同步设置角检查方式、扫描数据的动态检查工具、综合检查场、检查场云图、2.3.4系统空间同步控制场检查方法、控制点同时求出设置参数检查后， 2.3.4系统空间同步控制场检测方法2.3.4系统空间同步重复轨迹检测方法，2.3.5系统空间同步全站仪验证，报告纲要，一、移动测量技术背景二、主要技术三、多

13、功能一体化集成系统四、三维信息集成和综合处理系统，车载一体化通过多功能一体化集成系统、室内室外一体化、地面与车载一体化、水上水中一体化地面地下一体化、3.1、地面定点与车载移动一体化集成系统、2013年11月30日在广州以中国科学院童庆禧院士为领导、东京大学陈天恩教授为副领导的项目审定委员会审定， 设备采用拉轨式，设置简单，设备体积小，相机高度可伸缩，可以组合基于POS的定点旋转扫描和车队扫描，旋转扫描时不使用人工移动站，可以人工组装工作站，WGS-84坐标点结合全站仪进行旋转扫描可解决隧道等开锁环境的测量问题，GPS开锁的情况下，位置信息的误差大，IMU仍能够采取高精度的姿势，在这种情况下，

14、全站仪观测设备上部的360棱镜，设备开锁区域的精度保证，已知点、GPS开锁，地下停车场的多个站的数据连接起来，测量距离远，从VZ1000到1000米以上，高速公路的扩建项目中，通常需要从车道两侧200-300米范围的数据需要远程移动激光测量，进行交叉扫描，解决数据垄断问题，进行水平扫描，直接复盖路面，3.2，车载和机载移动一体化集成系统，3.2，车载和机载移动一体化集成系统，多旋转无人机激光雷达测量系统，多旋转无人机自动主机但是，旋翼的功能负荷有限，一般不超过10公里，现有飞机设备价格高，设备重，飞行手续麻烦，飞行成本高，风险大。 因此，研制出一种多转子无人机可装载的激光雷达，用于快速捕获小范

15、围地形，具有相当广阔的市场前景。 Ibeo是我们最新集成的小型激光雷达，配备超小型激光扫描仪、GPS、惯性导航系统、系统控制和数据自动采集软件。 整体设计约6.5公里，小型轻量，适合安装在多旋翼电动无人机上。 基于多旋翼无人机的激光雷达测量系统，基于无人直升机的激光雷达测量系统VZ1000，基于无人直升机的激光雷达测量系统VZ1000，VUX-1的机载车载一体化、一体化结构设计方案，同时车载、机载、VUX-1的车载一体化车载状态VUX-1的机载车载一体化搭载状态VUX-1的机载车载一体化搭载状态，系统减量设计，VUX-1的机载车载一体化，VUX-1的制造商飞行照片，VUX-1的制造商点群数据，

16、MDL机载车载一体化产品，3.3水上水中测定一体化产品， 3.3水上水下一体化移动船载测量(海外)，3.4地上地下一体化移动测量照片与雷达图像的融合，3.4地上地下一体化移动测量，地上地下三维显示，3.4地上地下一体化移动测量，3.5室内室外移动激光扫描系统，目前主流的移动测量系统， 由于使用GPS-IMU的组合导航方法，因此在GPS未被短时间锁定的情况下只能以高精度的IMU进行定位，但由于在长时间没有GPS信号的室内定位中无法进行，因此这种移动测量系统只能用于室外测量。 室内外一体化测量目前没有国际成熟的解决方案，而单纯的室内定位则是在机器人学研究过程中具有相当成熟的理论和技术的slam (simultaneouslocalizationandmapping )。 因此，将SLAM技术应用于移动测量系统目