一种机载激光雷达航测技术的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机载激光雷达航测技术。
【背景技术】
[0002] 现有的机载激光雷达系统有两个缺点：
[0003] 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10~15cm。因此所量测的地面点高程精度降至10~15cm。
[0004] 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頂U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15~30cm。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是提供一种机载激光雷达航测技术，以解决现有技术存在的高程精度 和平面精度低的问题。
[0006] 本发明的技术方案是：一种机载激光雷达航测技术，包括等航高安全飞行的云台， 在该云台上装载有成像传感器，该成像传感器包括轻小型激光扫描系统和定位机构，其特 征在于，该成像传感器还包括一套四面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路，该四 面阵组合数码相机由四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，其中第一相机横摆，且向右倾斜〇. 4倍的像场角；第二相机横摆，且向左倾斜0. 4倍的像 场角；第三相机纵置，且向前倾斜〇. 5倍的像场角。
[0007] 所述的云台能够在280米以下低空保持与地形地物近似等航高安全飞行；所述的 成像传感器的总重量不超过15Kg。
[0008] 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。
[0009] 本发明的优点是：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】
[0010] 图1是本发明的总体结构示意图；
[0011] 图2是本发明成像传感器的位置图；
[0012] 图3是本发明四面阵几何构像图；
[0013] 图4是本发明激光扫描带与相机影像带及地面控制点布设示意图。
【具体实施方式】
[0014] 参见图1~图4,本发明一种机载激光雷达航测技术，包括等航高安全飞行的云台 1，及装载在该云台1上的成像传感器2,该成像传感器2包括由轻小型激光扫描系统、定位 机构（POS)组成的机载激光雷达，以及一套四面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电 路3,该四面阵组合数码相机由四个相机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横摆，且向右倾斜0. 4倍的像场角；第二相机B横摆，且向 左倾斜〇. 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)，四个相 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)。
[0015] 所述的云台1能够在280米以下低空保持与地形地物近似等航高安全飞行；所述 的成像传感器2的总重量不超过15Kg。
[0016] 本发明的Lidar (即激光扫描系统加 P0S)与四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。由四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。
[0017] 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。
[0018] 地面控制点Dl和D2属于现有技术。
[0019] 所述的云台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15Kg，具有良好的低空安全飞行性能。
[0020] 采购或定制轻小型激光扫描系统，要求达到下列指标：
[0021] 0测距精度：5cm
[0022] 0 测角精度：0. 02。
[0023] 扫描角：'0。
[0024] 0 采样频率：IOOHz
[0025] 0仪器重量：彡IOKg
[0026] 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。
[0027] 采购GPS板和MU(测姿陀螺仪），完成与激光扫描系统及四面阵相机的组装联调。
[0028] 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。
[0029] 互增强数据处理：
[0030] (I) Lidar数据独立处理；
[0031] (2)四面阵相机独立处理（空中三角测量和数字高程模型）；
[0032] (3)利用空中三角测量数据提高Lidar站位置精度；
[0033] (4)进行Lidar点云与面阵影像DSM的匹配和最小二乘平差融合；
[0034] (5)生成高精度三维模型。
[0035] 本发明针对当前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。
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038] 本发明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
【主权项】
1. 一种机载激光雷达航测技术，包括等航高安全飞行的云台，在该云台上装载有成像 传感器，该成像传感器包括轻小型激光扫描系统和定位机构，其特征在于，该成像传感器还 包括一套四面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路，该四面阵组合数码相机由四个 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，其中第一相机横摆，且向 右倾斜0. 4倍的像场角；第二相机横摆，且向左倾斜0. 4倍的像场角；第三相机纵置，且向 前倾斜〇. 5倍的像场角，所述的云台能够在280米以下低空保持与地形地物近似等航高安 全飞行；所述的成像传感器的总重量不超过15Kg，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】一种机载激光雷达航测技术，包括等航高安全飞行的云台，在该云台上装载有成像传感器，该成像传感器包括轻小型激光扫描系统、定位机构、一套四面阵组合数码相机和与其连接的同步控制电路，该四面阵组合数码相机由四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，其中第一相机横摆，向右倾斜0.4倍的像场角；第二相机横摆，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。本发明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。
【IPC分类】G01S17/02, G01C11/34
【公开号】CN104914442
【申请号】CN201510274654
【发明人】宋琪, 陈之典, 罗诗旭, 王宇航, 檀剑飞, 汪言康, 陈坤, 朱倩, 邓禹
【申请人】芜湖航飞科技股份有限公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月26日