CN112904304A - 提升多平台激光雷达测量质量的作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提升多平台激光雷达测量质量的作业方法，包括架设基站、数据采集作业和数据处理；本发明通过设置多个基准站，同时改进数据采集过程和数据处理方法，能够有效的提高车载化激光雷达、无人机载化激光雷达测量的数据质量。

Description

提升多平台激光雷达测量质量的作业方法

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及提升多平台激光雷达测量质量的作业方法。

背景技术

激光雷达LIDAR(Light Detection and Ranging，激光探测和测距)，始于20世纪70年代后期。当时的激光雷达系统是一种集成激光测距技术、计算机技术、惯性导航系统(INS)/DGPS差分定位技术于一体的系统。它能快速获取地表点三维数据，相比航拍数据和二维矢量数据，有着更高的高程精度，在获取高精度DEM尤其是大比例尺的高精度DEM方面独具优势。机载激光雷达技术的商业化应用，使航测制图使生成DEM、等高线和地物要素的自动提取更加便捷，其地面数据通过软件处理很容易合并到各种数字测图中。

目前关于激光雷达测量，绝大多数的作业方法基本相同，无论是车辆载具模式、无人机载具模式，都是在项目区域内通过已知点或随机点架设基准站，通过单点基准站来控制整个测区，超过单点最大控制范围时，则在下一测区范围内选择控制点重新架站。这样的作业在数据结算时也只能采取单个静态数据来结算。这样的作业模式下，采集数据会随着项目测区大小、地形的限制、GPS信号强弱等因素，导致测量误差不稳定，常见作业误差会达到5cm以上。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供提升多平台激光雷达测量质量的作业方法，旨在解决背景技术中提到的单点基准站测量作业时误差较大的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供提升车辆载具化激光雷达测量质量的作业方法，包括架设基站、数据采集作业和数据处理；

激光雷达外出作业前，应对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后方可进入作业区域，进行激光雷达作业；

在架设基站时，将激光雷达固定在车载固定架上的同时开机，利用架设基准站的时间延长INS的收敛时间；所述的基准站以偶数个数架设成网格状，相邻两个基准站的间距不大于15km；

数据采集前，对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后，进行5分钟正向动态校准；在数据采集作业过程中，如进入隧道、密林等可能遮挡GPS信号的区域，区域长度超过200m，或出现卫星失锁超过20s，应在恢复有效卫星数量大于等于8颗后进行静态校准5分钟；若果出现失锁超过60s，应在测量区域追加标靶，并进行标靶点进行纠偏工作；在数据采集作业结束后，进行5分钟反向静态校准；

在数据处理时，需要将GNS数据转换为标准的rinex格式静态数据，转换时需输入仪器量高以及量测方式；在将基站数据、雷达GPS数据、雷达惯导数据进行组合解算时，应采用紧耦合运算方式进行数据解算；在进行坐标系转换时，应利用已知的布尔沙七参数进行计算转换成项目所需的坐标系统。

本发明还提供提升无人机载具化激光雷达测量质量的作业方法，包括架设基站、数据采集作业和数据处理；

激光雷达外出作业前，应对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后方可进入作业区域进行激光雷达作业；

在架设基站时，将激光雷达固定在无人机载吊舱固定架上并进行INS收敛工作；INS收敛过程仍然按照常规机载作业方式进行自旋、8字飞行；所述的基准站以偶数个数架设成网格状，相邻两个基准站的间距不大于15km；

数据采集前，对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后，进行5分钟正向动态校准；在数据采集作业过程中，保证飞行安全的前提下尽量压低航线高度，作业航线应保持直线，尽量减少或避免偏折与曲线航线，减少偏折与曲线航线，如果出现航线偏折，采用悬停转弯的方式进行偏航；在数据采集作业结束后，进行5分钟反向静态校准；

在数据处理时，需要将GNS数据转换为标准的rinex格式静态数据，转换时需输入仪器量高以及量测方式；在将基站数据、雷达GPS数据、雷达惯导数据进行组合解算时，应采用紧耦合运算方式进行数据解算；在进行坐标系转换时，应利用已知的布尔沙七参数进行计算转换成项目所需的坐标系统。

本发明的有益效果在于：本发明通过设置多个基准站，同时改进数据采集过程和数据处理方法，能够有效的提高车载化激光雷达、无人机载化激光雷达测量的数据质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基准站的分布示意图；

图2为本发明对比实验提供的基准站的分布示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

提升多平台激光雷达测量质量的作业方法，包括架设基站、数据采集作业和数据处理；

激光雷达外出作业前，应对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后方可进入作业区域，进行激光雷达作业；

在架设基站时，将激光雷达固定在车载固定架上的同时开机，利用架设基准站的时间延长INS的收敛时间；所述的基准站1以偶数个数架设成网格状，相邻两个基准站1的间距不大于15km；

数据采集前，对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后，进行5分钟正向动态校准；在数据采集作业过程中，如进入隧道、密林等可能遮挡GPS信号的区域，区域长度超过200m，或出现卫星失锁超过20s，应在恢复有效卫星数量大于等于8颗后进行静态校准5分钟；若果出现失锁超过60s，应在测量区域追加标靶，并进行标靶点进行纠偏工作；在数据采集作业结束后，进行5分钟反向静态校准；

在数据处理时，需要将GNS数据转换为标准的rinex格式静态数据，转换时需输入仪器量高以及量测方式；在将基站数据、雷达GPS数据、雷达惯导数据进行组合解算时，应采用紧耦合运算方式进行数据解算；在进行坐标系转换时，应利用已知的布尔沙七参数进行计算转换成项目所需的坐标系统。

本发明还提供提升无人机载具化激光雷达测量质量的作业方法，包括架设基站、数据采集作业和数据处理；

激光雷达外出作业前，应对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后方可进入作业区域进行激光雷达作业；

在架设基站时，将激光雷达固定在无人机载吊舱固定架上并进行INS收敛工作；INS收敛过程仍然按照常规机载作业方式进行自旋、8字飞行；所述的基准站以偶数个数架设成网格状，相邻两个基准站的间距不大于15km；

数据采集前，对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后，进行5分钟正向动态校准；在数据采集作业过程中，保证飞行安全的前提下尽量压低航线高度，作业航线应保持直线，尽量减少或避免偏折与曲线航线，减少偏折与曲线航线，如果出现航线偏折，采用悬停转弯的方式进行偏航；在数据采集作业结束后，进行5分钟反向静态校准；

在数据处理时，需要将GNS数据转换为标准的rinex格式静态数据，转换时需输入仪器量高以及量测方式；在将基站数据、雷达GPS数据、雷达惯导数据进行组合解算时，应采用紧耦合运算方式进行数据解算；在进行坐标系转换时，应利用已知的布尔沙七参数进行计算转换成项目所需的坐标系统。

对比实验

该实例为我国黑龙江省中部一个过境段的二级路，所处地理环境为平原地带，地势较为平坦。全线共设置了4个GPS点作为基准点，分别计为GPS1、GPS2、GPS3、GPS4、在测区范围内，随机布设多个校核点，所有校核点均利用GPS点，坐标系统采用CGCS2000坐标系，高程为假定高程；该实例侧重考察各校核点高程误差情况。

本次校核我们严格遵照了该发明所制定的操作方法进行，激光雷达外出作业前，进行了严格的标定工作，确保了激光雷达在作业时为最佳工作状态。数据采集前，架设了双基准站，分别架设于GPS2、GPS3两处，基准站距移动站最远点4km。利用架设基准站的时间增加IMU收敛时长至15min，收敛过程中车辆动作包含剧烈加速、减速、转弯、掉头等动作，采集车速10m/s。基站架设情况见表1

表1为基站架设情况

序号	位置	备注
			基站一	GPS2	城镇中心广场、开阔无遮挡GPS信号质量良好
基站二	GPS3	交叉道口路基处，具有部分植被，GPS信号质量良好

本次作业采用一次性往返测量，采集单组数据，并结合双基站数据，形成三组解算数据并进行对比分析。该三组数据具体情况如下表2：

序号	基站	时间	分析目的
				1	基站一	白天	基站信号对误差影响
2	基站二	白天	基站信号对误差影响
				3	基站一、基站二	白天	双基站对误差的影响

采集后的数据对比如下表：

表3为序号1架设方式数据对比表

表4为序号2架设方式数据对比表

表5为序号3架设方式数据对比表

从以上三组数据对比可以看出，基站架设于GPS2处，该处因GPS信号相对更加良好，因此GPS2基准站解算数据比GPS3基准站解算数据的误差略低。

而利用本发明的作业方法，采用GPS2、GPS3两个基准站数据共同解算出的数据、移动站GPS数据以及IMU数据共同作用下，解算出的数据质量有了一个大跨度的提升，并将误差由1cm以上，控制到了5mm内。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.提升车辆载具化激光雷达测量质量的作业方法，包括架设基站、数据采集作业和数据处理；

其特征在于，激光雷达外出作业前，应对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后方可进入作业区域，进行激光雷达作业；

在架设基站时，将激光雷达固定在车载固定架上的同时开机，利用架设基准站的时间延长INS的收敛时间；所述的基准站以偶数个数架设成网格状，相邻两个基准站的间距不大于15km；

数据采集前，对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后，进行5分钟正向动态校准；在数据采集作业过程中，如进入隧道、密林等可能遮挡GPS信号的区域，区域长度超过200m，或出现卫星失锁超过20s，应在恢复有效卫星数量大于等于8颗后进行静态校准5分钟；若果出现失锁超过60s，应在测量区域追加标靶，并进行标靶点进行纠偏工作；在数据采集作业结束后，进行5分钟反向静态校准；

在数据处理时，需要将GNS数据转换为标准的rinex格式静态数据，转换时需输入仪器量高以及量测方式；在将基站数据、雷达GPS数据、雷达惯导数据进行组合解算时，应采用紧耦合运算方式进行数据解算；在进行坐标系转换时，应利用已知的布尔沙七参数进行计算转换成项目所需的坐标系统。

2.提升无人机载具化激光雷达测量质量的作业方法，其特征在于，包括架设基站、数据采集作业和数据处理；

激光雷达外出作业前，应对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后方可进入作业区域进行激光雷达作业；

在架设基站时，将激光雷达固定在无人机载吊舱固定架上并进行INS收敛工作；INS收敛过程仍然按照常规机载作业方式进行自旋、8字飞行；所述的基准站以偶数个数架设成网格状，相邻两个基准站的间距不大于15km；

数据采集前，对激光雷达进行标定处理，标定处理结束后，进行5分钟正向动态校准；在数据采集作业过程中，保证飞行安全的前提下尽量压低航线高度，作业航线应保持直线，尽量减少或避免偏折与曲线航线，减少偏折与曲线航线，如果出现航线偏折，采用悬停转弯的方式进行偏航；在数据采集作业结束后，进行5分钟反向静态校准；

在数据处理时，需要将GNS数据转换为标准的rinex格式静态数据，转换时需输入仪器量高以及量测方式；在将基站数据、雷达GPS数据、雷达惯导数据进行组合解算时，应采用紧耦合运算方式进行数据解算；在进行坐标系转换时，应利用已知的布尔沙七参数进行计算转换成项目所需的坐标系统。

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