[发明专利]机载点云辅助的移动测量系统安置参数检校方法及系统

说明书

本发明提出一种机载点云辅助的移动测量系统安置参数检校方法及系统，包括利用原始安置参数对移动测量系统进行解算，得到原始点云；将原始点云作为参考点云，与在同一测图坐标系的同区域高质量点云利用Trimmed ICP方法进行配准，将同一区域总平面特征进行对齐；对机载点云按预设大小划分体素，对体素利用主成分分析方法和随机采样一致性方法进行平面特征的提取以及参数计算，并将原始点云与平面特征进行对应；将激光坐标系轴向与IMU坐标框架轴向对齐，构建虚拟激光坐标系，转换后将安置参数表示为安置偏移量和安置角；联合平面特征以及对应的原始点观测值，根据平面特征参数，建立观测方程，利用Gauss‑Helmert平差模型求解安置参数，实现移动测量系统安置参数检校。

技术领域

本发明属于激光扫描数据处理技术领域，尤其涉及移动测量系统安置参数检校以及点云数据位置精度改善问题，针对移动测量系统采集的激光点云测量数据处理自动化研究。

背景技术

移动测量系统(Mobile Mapping System,MMS)已经在越来越多的应用中发挥作用，其搭载的三维激光扫描仪可以快速的采集带有强度、颜色等信息的三维激光点云，成为数字化现实场景的有效手段。作为关键的三维地理信息数据，其在多个领域都有广泛应用，如精细农业、数字建筑物模型生成、室内室外模型生成、城市交通检测等。促成了移动激光扫描测量设备的发展与应用。

移动测量系统通常会搭载激光扫描仪、GNSS/IMU(Global Navigation SatelliteSystem/Inertial Measurement Unit)组合导航系统、相机等多种传感器。其多个传感器之间安置参数的误差导致移动测量系统采集的点云质量不够理想。例如，当前搭载多线激光扫描仪的移动测量系统受激光扫描仪竖直角度与出场值存在微小差异，以及扫描仪与GNSS/IMU集成时无法准确按照要求值进行安置的影响，都使安置参数存在误差，致使获取的点云质量无法达到理想状态。安置参数存在误差，导致激光点云解算出现偏差，其反应在点云中的表征就是点云场景中具有平面特征的点云有变形或漂移，点云构成的平面较为粗糙。因此，为保证移动测量系统采集的点云可以在后续的应用，如城市三维建模、高清地图更新、城市路侧管理与监测等处理步骤中点云处理的准确性与鲁棒性，需要对点云质量有所要求。需要对移动测量系统的安置参数进行检校，实现对点云质量的提升。

传统安置参数标定方法，需要人工布设大量靶标或者人为通过可视化软件进行点云特征的联选，依赖人工标定的方法耗时费力。除此之外，三维点云具有离散性的特点，现实的角点坐标不能被直接捕获到，人工点选角点坐标会出现偏差。因此，针对移动测量系统安置参数存在误差的问题，提出一种无需布设人工控制点或靶标的自动求取安置参数估计方法。机载点云不仅可以提取准确且方向丰富的平面特征，而且省去了人工布设标定设施的步骤。本方法利用已有同区域高精度机载点云，对移动测量系统进行安置参数估计，实现对移动测量系统获取的点云进行质量改善。

发明内容

本文针对移动测量系统激光扫描仪竖直角度与出场值存在微小差异，以及扫描仪与GNSS/IMU集成时无法准确按照要求值进行安置的影响，提出一种以机载点云平面特征为参考，无需传统人工布设控制靶标的巨大成本，自动实现安置参数的求解，完成对移动测量系统所获取点云的质量提升。

本发明的技术方案提出一种机载点云辅助的移动测量系统安置参数检校方法，包括以下步骤：

步骤1，利用原始安置参数对移动测量系统进行解算，得到原始点云；将原始点云作为参考点云，与在同一测图坐标系的同区域高质量点云利用Trimmed ICP方法进行配准，将同一区域总平面特征进行对齐；

步骤2，对机载点云按预设大小划分体素，对体素利用主成分分析方法和随机采样一致性方法进行平面特征的提取以及参数计算，并将原始点云与平面特征进行对应；

步骤3，将激光坐标系轴向与IMU坐标框架轴向对齐，构建虚拟激光坐标系，转换后将安置参数表示为安置偏移量ΔX、ΔY、ΔZ，安置角Δω、Δφ、Δκ；