[发明专利]激光雷达移动测量系统的快速标定方法

权利要求书

1.一种激光雷达移动测量系统的快速标定方法，其特征是包括以下步骤：

S1、将具有惯性导航系统、卫星导航系统和激光扫描雷达系统(4)的移动测量系统在具有形状规则的建筑物的十字路口(6)多次采集激光雷达数据；

S2、根据惯性导航系统、卫星导航系统和激光扫描雷达系统(4)采集的数据联合解算点云；

将基于激光雷达坐标系(41)的原始点云转换为基于载体坐标系(21)的成果点云；

从原始点云转换到成果点云的坐标转换过程为：

P_i＝RP_r+T； 公式1

P_b＝R_biP_i； 公式2

P_w＝R_wbP_b+T_wb； 公式3

其中，P_r为原始点云坐标，为3维列向量；

P_r＝(X_r，Y_r，Z_r)^T； 公式4

P_i为惯性导航系统坐标系中的点云坐标，T、R为标定参数，分别表示激光雷达坐标系(41)相对于惯性导航系统坐标的位置和姿态，其中T为3维列向量；

T＝(tx，ty，tz)^T； 公式5

R为3×3原始姿态矩阵；

其中，roll表示翻滚角，yaw表示航向角，pitch表示俯仰角；

P_b为载体坐标系中的点云坐标，R_bi为惯性导航系统坐标系在载体坐标系中的姿态矩阵，载体坐标系的坐标原点和INS坐标系的坐标原点重合，所惯性导航系统坐标系转换到载体坐标系没有位置向量；

P_w为世界坐标系中的点云坐标，R_wb为载体坐标系在世界坐标系中的姿态矩阵，T_wb为载体坐标系在世界坐标系中的位置向量，R_wb和T_wb由卫星导航系统(1)和惯性导航系统(2)提供；在转换过程中调整姿态角，分别根据翻滚角、航向角和俯仰角调整载体坐标系(21)的点云，补偿各次采集的点云的姿态角误差；

调整载体坐标系的姿态角：

P_b′＝ΔRR_bi(RP_r+T)； 公式7

P_b′为调整后的载体坐标系坐标，ΔR为调整的姿态角矩阵；

此处的3维列向量T，由结构设计或测量得到，解算时T的误差予以忽略；

世界坐标系的点云坐标：

P_w′＝R_wbP_b′+T_wb； 公式8

P_w′为调整后的世界坐标系点云坐标；

姿态角调整的顺序为首先调整翻滚角，然后调整航向角或俯仰角；

翻滚角的调整步骤为：

取同一条道路往返采集的点云进行矩形裁切，得到道路横截面；

在两次采集的点云，靠近道路横截面两端中心对称的位置分别截取一个窗口；

分别调整两次采集的点云的翻滚角，直至窗口内两次采集的点云的误差小于阈值，完成对翻滚角的调整；

翻滚角具体的调整步骤为：

S100、设定一个道路宽度值w，设定一个窗口大小s，分别取距离道路中心左右w位置的载体坐标系(21)局部点云，局部点云的范围由窗口大小s来定义；

将局部点云命名为M1、N1、M2、N2；

S101、对窗口内的局部点云分别进行平面拟合，并统计残差和中误差，剔除残差大于2倍中误差的噪点；

重新对N₁、N₂剔除噪点后的点进行平面拟合，得到平面方程；

A₁x+B₁y+C₁z+D₁＝0；  公式9

A₂x+B₂y+C₂z+D₂＝0；  公式10

求M₁、M₂剔除噪点后的中心点坐标P_m1、P_n2；

求P_m1到N₁拟合平面的距离d₁，求P_m2到N₂拟合平面的距离d₂，距离计算按照公式来进行：

根据距离之差Δd＝|d₁-d₂|调整翻滚角，当翻滚角没有误差时，往返点云平行或重合，Δd＝0；

调整过程中，首先确定翻滚角的调整量Δr的正负号，设定一个调整步距a，对翻滚角分别调整a和-a，即分别设置Δr＝a和Δr＝-a，计算得到新的标定参数，重新计算局部点云的坐标，再计算两次调整后的△d，取△d变小相对应的调整量，确定翻滚角调整量的方向；

根据确定后的调整量正、负号继续对△r进行累计设置；如果调整量为正号，则继续设置△r＝a×i；如果调整量为负号，则继续设置△r＝-a×i；i表示按照步距调整的次数；

计算得到新的标定参数，然后重新计算局部点云的坐标，并计算调整后的△d；直到△d小于设定的阈值θ后，停止对翻滚角的调整；

保持翻滚角的调整量△r不变，调整载体坐标系(21)的航向角；

取同一条道路往返采集的，与行驶方向平行的建筑物立面的顶部和底部的局部点云，采用与翻滚角调整相同的方法调整至局部点云平行或重合；

保持翻滚角的调整量△r和航向角的调整量不变，调整载体坐标系(21)的俯仰角，选取道路相互垂直方向的两份点云，选择建筑物立面顶部和底部的局部点云，采用与翻滚角调整相同的方法调整至局部点云重合；

通过以上步骤实现激光雷达移动测量系统的快速标定。

2.根据权利要求1所述的一种激光雷达移动测量系统的快速标定方法，其特征是：在步骤S1中，移动测量系统在十字路口(6)至少采集为三次，其中两次为往返采集行走轨迹(7)，其中至少两次的采集行走轨迹(7)互相垂直。