雙激光掃描儀姿態(tài)和高度測(cè)量系統(tǒng)及其標(biāo)定技術(shù)研究.pdf

1、車(chē)載多傳感器平臺(tái)廣泛應(yīng)用于街景三維重建、車(chē)輛無(wú)人駕駛和道路損毀檢測(cè)等領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的定位、導(dǎo)航以及多傳感器數(shù)據(jù)融合，需要對(duì)平臺(tái)相對(duì)于行駛路面的姿態(tài)和高度進(jìn)行實(shí)時(shí)、高精度的測(cè)量。
　　為準(zhǔn)確地測(cè)量車(chē)載多傳感器平臺(tái)的姿態(tài)和高度，課題組開(kāi)展了基于雙激光掃描儀的姿態(tài)和高度測(cè)量技術(shù)與系統(tǒng)的研究。前期研究結(jié)果表明,雙激光掃描儀姿態(tài)和高度測(cè)量系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足車(chē)載多傳感器平臺(tái)的測(cè)量需求，具有測(cè)量精度較高、成本低、使用方便等優(yōu)勢(shì)。然而，前期對(duì)測(cè)量原理

2、、測(cè)量誤差的研究還不夠深入，也未對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格地標(biāo)定。針對(duì)上述內(nèi)容展開(kāi)深入細(xì)致地研究，對(duì)提高系統(tǒng)測(cè)量精度和實(shí)用性具有重要意義。本文的研究工作就是圍繞著系統(tǒng)的測(cè)量原理、測(cè)量誤差以及標(biāo)定技術(shù)來(lái)展開(kāi)，取得的成果主要包括以下幾個(gè)方面：
　　研究了雙激光掃描儀姿態(tài)和高度測(cè)量系統(tǒng)的工作原理以及測(cè)量誤差。在深入研究系統(tǒng)測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地分析了測(cè)量誤差的來(lái)源以及傳遞過(guò)程；針對(duì)系統(tǒng)中激光掃描儀的性能參數(shù)、安裝誤差和測(cè)量環(huán)境對(duì)系統(tǒng)測(cè)量精度的影響

3、，通過(guò)仿真分析給出了相應(yīng)的處理方法：采用對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定的方法來(lái)校正激光掃描儀的安裝誤差；采用RANSAC算法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除測(cè)量環(huán)境導(dǎo)致的異常數(shù)據(jù)點(diǎn)；根據(jù)系統(tǒng)的精度要求和仿真分析結(jié)果進(jìn)行激光掃描儀的參數(shù)設(shè)置。
　　提出了基于靶標(biāo)重建的激光掃描儀外參數(shù)標(biāo)定方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的標(biāo)定。首先分析了解決系統(tǒng)標(biāo)定問(wèn)題時(shí)采用的數(shù)學(xué)模型，將系統(tǒng)的標(biāo)定轉(zhuǎn)化為對(duì)系統(tǒng)中激光掃描儀外參數(shù)的標(biāo)定；然后根據(jù)激光掃描儀的工作特性，以基于空間向量的三維坐

4、標(biāo)系轉(zhuǎn)換模型為基礎(chǔ)，提出了一種通過(guò)重建靶標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)激光掃描儀外參數(shù)標(biāo)定的方法：設(shè)計(jì)一種三平面靶標(biāo)，利用系統(tǒng)對(duì)靶標(biāo)進(jìn)行三維重建，并采用RANSAC算法進(jìn)行靶標(biāo)點(diǎn)云的分割和同名向量的提取，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光掃描儀外參數(shù)的標(biāo)定。通過(guò)仿真驗(yàn)證了提出的標(biāo)定方法的可行性和精度，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)物進(jìn)行了標(biāo)定。
　　基于建立的系統(tǒng)測(cè)量精度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證了測(cè)量誤差處理方法和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定能有效地提高系統(tǒng)測(cè)量精度。搭建了系統(tǒng)測(cè)量精度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用姿態(tài)測(cè)量精度