CN114235012A - 一种车载移动测量系统室外检校评定的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载移动测量系统室外检校评定的方法及系统，属于系统校验评定技术领域，包括如下步骤：选取并设置车载移动测量系统的标定场、标定场基线和标定控制点；利用车载移动测量系统和全站仪采集标定场数据，得到标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据；对车载移动测量系统进行精度评定，得到车载移动测量系统的绝对精度和相对精度，完成车载移动测量系统的室外检校评定；本发明解决了单一检校片面性、系统误差模型缺失以及真实性不明确的问题，为车载移动测量系统的综合精度评定提供了可靠的评价方法。

Description

一种车载移动测量系统室外检校评定的方法及系统

技术领域

本发明属于车载移动测量系统评定技术领域，尤其涉及一种车载移动测量系统室外检校评定的方法及系统。

背景技术

车载移动测量系统作为一种先进测绘技术装备，其便捷、高效、精确的特点为城市精细化管理、“多测合一”提供了解决方案。车载移动测量系统的整体测量精度依赖于各传感器精度和系统集成精度，受到激光扫描仪测距和测角误差、系统安置误差、姿态测量误差、GNSS定位误差等多种误差影响。车载移动测量系统精度评定可以估计点云数据精度、反算各组成部分所需的精度、为子传感器的选择提供精度需求、分析各组成部分对系统整体的精度影响情况。但现有车载移动测量系统缺乏系统误差模型和公认的标准系统检验方法，且单机检校和组合检校均存在误差分析不具备系统性的问题，室内标定场检校存在缺乏考虑动态误差的问题。

根据误差分析影响车载移动测量系统精度的因素，建立一种减少外界因素影响、抵消或降低各类误差的室外检校标定场，对车载移动测量系统精度评定具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种车载移动测量系统室外检校评定的方法及系统解决了单一检校片面性、系统误差模型缺失以及真实性不明确的问题，为车载移动测量系统的综合精度评定提供了可靠的评价方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种车载移动测量系统室外检校评定的方法，包括如下步骤：

S1、选取并设置车载移动测量系统的标定场、标定场基线和标定控制点；

S2、基于标定场、标定场基线和标定控制点，利用车载移动测量系统和全站仪采集标定场数据，得到标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据；

S3、利用标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据对车载移动测量系统进行精度评定，得到车载移动测量系统的绝对精度和相对精度，完成车载移动测量系统的室外检校评定。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种车载移动测量系统室外检校评定的方法，本方法充分利用十字交叉、垂直闭合、对角对称、环形闭合的基线道路及周边构建筑物，最大限度降低了激光扫描仪测距和测角误差、系统安置误差、姿态测量误差、GNSS定位误差，且通车载移动测量系统的精度评定结果对各项系统误差进行补偿之后，可提高测量单点的绝对精度以及线段的相对精度。

进一步地，所述步骤S1包括如下步骤：

S11、选取城市道路中远离水面、高大建筑物、发射源和电磁波干扰的区域作为标定场；

S12、选取标定场中有1个十字交叉路线、2个角对称环路线和1个环形路线的线路作为标定场基线；

S13、选取标定场基线两侧不同高程分布的房屋角点、窗户角点、交通标志和预设的三维激光扫描靶标作为标定控制点，完成标定场的选取与设置。

采用上述进一步方案的有益效果为：选取标定场和标定场基线充分利用了十字交叉、垂直闭合、对角对称和环形闭合的基线道路及周边构建筑物，通过设置标定控制点用于车载移动测量系统的测量和标定。

进一步地，所述步骤S12中标定场基线为闭合并具有垂直线路的路线，且各条路段长度大于或等于1公里。

采用上述进一步方案的有益效果为：选取的标定场基线各路段大于或等于1公里保障了测量完整性和准确性，且标定场基线闭合且具有垂直线路的路段，有助于对路段重复检测，且获取线性路段的测量值评定系统的相对误差。

进一步地，所述步骤S2包括如下步骤：

S21、选取标定场中心最高的第一预设位置设置GNSS基站；

S22、将车载移动测量系统行驶至标定场中第二预设位置，并初始化惯性测量单元IMU；

S23、将车载移动测量系统在标定场中沿着标定场基线保持小于60km/h的速度匀速前行，并利用车载移动测量系统采集得到GNSS数据、GPS数据、IMU数据、里程计数据、相机数据和三维激光点云数据；

S24、利用实时差分定位RTK、全站仪和车载移动测量系统的扫描仪进行数据采集，得到标定控制点的WGS84坐标；

S25、将标定场数据采集后的车载移动测量系统停放至标定场中同时接收到大于或等于6颗卫星信号的第三预设位置，并停止采集数据且关闭系统；

S26、将GNSS数据、GPS数据、IMU数据和里程计数据整合，并计算得到车载移动测量系统在WGS84坐标系下的轨迹文件；

S27、融合轨迹文件、相机数据和三维激光点云数据，得到WGS84坐标系下的三维彩色点云数据；

S28、利用全站仪测量建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段，得到建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据；

S29、根据WGS84坐标系下的三维彩色点云数据，得到建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的测量数据。

采用上述进一步方案的有益效果为：通过同时获取同线路或同路段标定控制点基准数据与测量数据，为车载移动测量系统的误差评定提供计算数据。

进一步地，所述步骤S21中的GNSS基站与标定场边缘间垂直投影距离小于或等于10公里。

采用上述进一步方案的有益效果为：确保GNSS基站能够覆盖标定场范围，使车载移动测量系统能够有效接收到GNSS定位信号。

进一步地，所述步骤S22包括如下步骤：

S221、启动车载移动测量系统，并将车载移动测量系统行驶至标定场中同时接收到大于或等于6颗卫星信号的第二预设位置，且静止5分钟到10分钟；

S222、将车载移动测量系统按照8字形在标定场中沿着标定场基线行进3圈到5圈，完成惯性测量单元IMU初始化。

采用上述进一步方案的有益效果为：舒适化惯性测量单元，为车载移动测量系统在标定场测量提供基础。

进一步地，所述步骤S3包括如下步骤；

S31、根据标定控制点的WGS84坐标得到标定控制点三维坐标；

S32、根据WGS84坐标系下的三维彩色点云数据得到标定控制点三维激光点云坐标；

S33、根据标定控制点三维坐标和标定控制点三维激光点云坐标，计算得到车载移动测量系统的X轴、Y轴和Z轴的绝对精度；

S34、根据建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据，计算得到车载移动测量系统的相对精度，完成车载移动测量系统的室外检校评定。

采用上述进一步方案的有益效果为：通过将车载移动测量系统测量得到的标定场数据，与全站仪测量得到的标定场基准数据计算得到车载移动测量系统的绝对误差和相对误差，完成车载移动测量系统的室外检校评定。

进一步地，所述步骤S33中车载移动测量系统的X轴、Y轴和Z轴的绝对精度表达式分别如下：

其中，

、

和

分别表示车载移动测量系统的X轴、Y轴和Z轴的绝对精度，

表示标定控制点总数，

、

和

分别表示标定控制点三维激光点云X轴、Y轴和Z轴坐标，

、

和

分别表示标定控制点三维X轴、Y轴和Z轴坐标。

采用上述进一步方案的有益效果为：提供车载移动测量系统绝对误差的计算表达式，可对车载移动测量系统进行误差评定，且用于对系统误差补偿后，提高系统测量单点的绝对精度。

进一步地，所述步骤S34中车载移动测量系统的相对精度的表达式如下：

其中，

表示车载移动测量系统的相对精度，

表示建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的标定控制点总数，

表示建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据，

建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的测量数据。

采用上述进一步方案的有益效果为：提供车载移动测量系统相对误差的计算表达式，可对车载移动测量系统进行误差评定，且用于对系统误差补偿后，提高系统测量路段的相对精度。

本发明还提供了一种车载移动测量系统室外检校评定方法的系统，包括：

标定基线设置与环境选取模块，用于选取并设置车载移动测量系统的标定场、标定场基线和标定控制点；

数据获取模块，用于基于标定场、标定场基线和标定控制点，利用车载移动测量系统和全站仪采集标定场数据，得到标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据；

车载移动测量系统的室外检校评定模块，用于利用标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据对车载移动测量系统进行精度评定，得到车载移动测量系统的绝对精度和相对精度，完成车载移动测量系统的室外检校评定。

本发明的有益效果为：本发明提供的车载移动测量系统室外检校评定方法的系统为本发明提供的车载移动测量系统室外检校评定的方法对应设置的系统，用于实现车载移动测量系统室外检校评定的方法。

附图说明

图1为本发明实施例中车载移动测量系统室外检校评定的方法的步骤流程图。

图2为本发明实施例中标定场基线的示意图。

图3为本发明实施例中车载移动测量系统室外检校评定方法的系统框图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，本发明提供一种车载移动测量系统室外检校评定的方法，包括如下步骤：

S1、选取并设置车载移动测量系统的标定场、标定场基线和标定控制点；

如图2所示，所述步骤S1包括如下步骤：

S11、选取城市道路中远离水面、高大建筑物、发射源和电磁波干扰的区域作为标定场；

S12、选取标定场中有1个十字交叉路线、2个角对称环路线和1个环形路线的线路作为标定场基线；

所述步骤S12中标定场基线为闭合并具有垂直线路的路线，且各条路段长度大于或等于1公里；

S13、选取标定场基线两侧不同高程分布的房屋角点、窗户角点、交通标志和预设的三维激光扫描靶标作为标定控制点，完成标定场的选取与设置；

S2、基于标定场、标定场基线和标定控制点，利用车载移动测量系统和全站仪采集标定场数据，得到标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据；

所述步骤S2包括如下步骤：

S21、选取标定场中心最高的第一预设位置设置GNSS基站，其中，第一预设位置为楼顶等视角开阔处，能够使车载移动测量系统有效接收GNSS信号；

所述步骤S21中的GNSS基站与标定场边缘间垂直投影距离小于或等于10公里；

S22、将车载移动测量系统行驶至标定场中第二预设位置，并初始化惯性测量单元IMU；

所述步骤S22包括如下步骤：

S221、启动车载移动测量系统，并将车载移动测量系统行驶至标定场中同时接收到大于或等于6颗卫星信号的第二预设位置，且静止5分钟到10分钟，其中，第二预设位置为能够接收多颗卫星信号的位置；

S222、将车载移动测量系统按照8字形在标定场中沿着标定场基线行进3圈到5圈，完成惯性测量单元IMU初始化；

S23、将车载移动测量系统在标定场中沿着标定场基线保持小于60km/h的速度匀速前行，并利用车载移动测量系统采集得到GNSS数据、GPS数据、IMU数据、里程计数据、相机数据和三维激光点云数据；

S24、利用实时差分定位RTK、全站仪和车载移动测量系统的扫描仪进行数据采集，得到标定控制点的WGS84坐标；

S25、将标定场数据采集后的车载移动测量系统停放至标定场中同时接收到大于或等于6颗卫星信号的第三预设位置，并停止采集数据且关闭系统；

S26、将GNSS数据、GPS数据、IMU数据和里程计数据整合，并计算得到车载移动测量系统在WGS84坐标系下的轨迹文件；

S27、融合轨迹文件、相机数据和三维激光点云数据，得到WGS84坐标系下的三维彩色点云数据；

S28、利用全站仪测量建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段，得到建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据；

S29、根据WGS84坐标系下的三维彩色点云数据，得到建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的测量数据；

S3、利用标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据对车载移动测量系统进行精度评定，得到车载移动测量系统的绝对精度和相对精度，完成车载移动测量系统的室外检校评定；

所述步骤S3包括如下步骤；

S31、根据标定控制点的WGS84坐标得到标定控制点三维坐标；

S32、根据WGS84坐标系下的三维彩色点云数据得到标定控制点三维激光点云坐标；

S33、根据标定控制点三维坐标和标定控制点三维激光点云坐标，计算得到车载移动测量系统的X轴、Y轴和Z轴的绝对精度；

所述步骤S33中车载移动测量系统的X轴、Y轴和Z轴的绝对精度表达式分别如下：

其中，

、

和

分别表示车载移动测量系统的X轴、Y轴和Z轴的绝对精度，

表示标定控制点总数，

、

和

分别表示标定控制点三维激光点云X轴、Y轴和Z轴坐标，

、

和

分别表示标定控制点三维X轴、Y轴和Z轴坐标；

S34、根据建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据，计算得到车载移动测量系统的相对精度，完成车载移动测量系统的室外检校评定；

所述步骤S34中车载移动测量系统的相对精度的表达式如下：

其中，

表示车载移动测量系统的相对精度，

表示建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的标定控制点总数，

表示建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据，

建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的测量数据。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种车载移动测量系统室外检校评定的方法，本方法充分利用十字交叉、垂直闭合、对角对称、环形闭合的基线道路及周边构建筑物，最大限度降低了激光扫描仪测距和测角误差、系统安置误差、姿态测量误差、GNSS定位误差，且通车载移动测量系统的精度评定结果对各项系统误差进行补偿之后，可提高测量单点的绝对精度以及线段的相对精度。

如图3所示，本发明还提供一种车载移动测量系统室外检校评定方法的系统，包括：

标定基线设置与环境选取模块，用于选取并设置车载移动测量系统的标定场、标定场基线和标定控制点；

数据获取模块，用于基于标定场、标定场基线和标定控制点，利用车载移动测量系统和全站仪采集标定场数据，得到标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据；

车载移动测量系统的室外检校评定模块，用于利用标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据对车载移动测量系统进行精度评定，得到车载移动测量系统的绝对精度和相对精度，完成车载移动测量系统的室外检校评定。

实施例提供的车载移动测量系统室外检校评定方法的系统可以执行上述方法实施例车载移动测量系统室外检校评定的方法所示的技术方案，其实现原理与有益效果类似，此处不再赘述。

本发明实施例中，本申请可以根据车载移动测量系统室外检校评定的方法进行功能单元的划分，例如可以将各个功能划分为各个功能单元，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理单元中。上述集成单元即可以采用硬件的形式来实现，也可以采用软件功能单元的形式来实现。需要说明的是，本发明中对单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

本发明实施例中，车载移动测量系统室外检校评定方法的系统为了车载移动测量系统室外检校评定的方法的原理与有益效果，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本发明所公开的实施例描述的各示意单元及算法步骤，本发明能够以硬件和/或硬件和计算机软件结合的形式来实现，某个功能以硬件还是计算机软件驱动的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件，可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

Claims (10)

1.一种车载移动测量系统室外检校评定的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选取并设置车载移动测量系统的标定场、标定场基线和标定控制点；

S2、基于标定场、标定场基线和标定控制点，利用车载移动测量系统和全站仪采集标定场数据，得到标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据；

S3、利用标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据对车载移动测量系统进行精度评定，得到车载移动测量系统的绝对精度和相对精度，完成车载移动测量系统的室外检校评定。

2.根据权利要求1所述的车载移动测量系统室外检校评定的方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：

S11、选取城市道路中远离水面、高大建筑物、发射源和电磁波干扰的区域作为标定场；

S12、选取标定场中有1个十字交叉路线、2个角对称环路线和1个环形路线的线路作为标定场基线；

S13、选取标定场基线两侧不同高程分布的房屋角点、窗户角点、交通标志和预设的三维激光扫描靶标作为标定控制点，完成标定场的选取与设置。

3.根据权利要求2所述的车载移动测量系统室外检校评定的方法，其特征在于，所述步骤S12中标定场基线为闭合并具有垂直线路的路线，且各条路段长度大于或等于1公里。

4.根据权利要求1所述的车载移动测量系统室外检校评定的方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：

S21、选取标定场中心最高的第一预设位置设置GNSS基站；

S22、将车载移动测量系统行驶至标定场中第二预设位置，并初始化惯性测量单元IMU；

S23、将车载移动测量系统在标定场中沿着标定场基线保持小于60km/h的速度匀速前行，并利用车载移动测量系统采集得到GNSS数据、GPS数据、IMU数据、里程计数据、相机数据和三维激光点云数据；

S24、利用实时差分定位RTK、全站仪和车载移动测量系统的扫描仪进行数据采集，得到标定控制点的WGS84坐标；

S25、将标定场数据采集后的车载移动测量系统停放至标定场中同时接收到大于或等于6颗卫星信号的第三预设位置，并停止采集数据且关闭系统；

S26、将GNSS数据、GPS数据、IMU数据和里程计数据整合，并计算得到车载移动测量系统在WGS84坐标系下的轨迹文件；

S27、融合轨迹文件、相机数据和三维激光点云数据，得到WGS84坐标系下的三维彩色点云数据；

S28、利用全站仪测量建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段，得到建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据；

S29、根据WGS84坐标系下的三维彩色点云数据，得到建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的测量数据。

5.根据权利要求4所述的车载移动测量系统室外检校评定的方法，其特征在于，所述步骤S21中的GNSS基站与标定场边缘间垂直投影距离小于或等于10公里。

6.根据权利要求4所述的车载移动测量系统室外检校评定的方法，其特征在于，所述步骤S22包括如下步骤：

S221、启动车载移动测量系统，并将车载移动测量系统行驶至标定场中同时接收到大于或等于6颗卫星信号的第二预设位置，且静止5分钟到10分钟；

S222、将车载移动测量系统按照8字形在标定场中沿着标定场基线行进3圈到5圈，完成惯性测量单元IMU初始化。

7.根据权利要求1所述的车载移动测量系统室外检校评定的方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤；

S31、根据标定控制点的WGS84坐标得到标定控制点三维坐标；

S32、根据WGS84坐标系下的三维彩色点云数据得到标定控制点三维激光点云坐标；

S33、根据标定控制点三维坐标和标定控制点三维激光点云坐标，计算得到车载移动测量系统的X轴、Y轴和Z轴的绝对精度；

S34、根据建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据，计算得到车载移动测量系统的相对精度，完成车载移动测量系统的室外检校评定。

8.根据权利要求7所述的车载移动测量系统室外检校评定的方法，其特征在于，所述步骤S33中车载移动测量系统的X轴、Y轴和Z轴的绝对精度表达式分别如下：

其中，

、

和

分别表示车载移动测量系统的X轴、Y轴和Z轴的绝对精度，

表示标定控制点总数，

、

和

分别表示标定控制点三维激光点云X轴、Y轴和Z轴坐标，

、

和

分别表示标定控制点三维X轴、Y轴和Z轴坐标。

9.根据权利要求7所述的车载移动测量系统室外检校评定的方法，其特征在于，所述步骤S34中车载移动测量系统的相对精度的表达式如下：

其中，

表示车载移动测量系统的相对精度，

表示建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的标定控制点总数，

表示建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据，

建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的测量数据。

10.一种车载移动测量系统室外检校评定方法的系统，其特征在于，包括：

标定基线设置与环境选取模块，用于选取并设置车载移动测量系统的标定场、标定场基线和标定控制点；

数据获取模块，用于基于标定场、标定场基线和标定控制点，利用车载移动测量系统和全站仪采集标定场数据，得到标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据；

车载移动测量系统的室外检校评定模块，用于利用标定控制点的WGS84坐标、WGS84坐标系下的三维彩色点云数据、建筑物构建具有线性特征的标定场基线路段的基准数据和测量数据对车载移动测量系统进行精度评定，得到车载移动测量系统的绝对精度和相对精度，完成车载移动测量系统的室外检校评定。

Images