地面激光雷达现场自检校方法研究

Spaceborne LiDAR, airborne LiDAR and terrestrial laser scanner have become important part of earth observation system. In recent years, the applications of terrestrial laser scanner developed rapidly. Terrestrial laser scanner is the high-end measuring instruments in the field of current terrestrial measurements.Its performance and accuracy specifications rely on the instrument manufacturer. Terrestrial laser scanner was calibrated by the manufacturer, but system errors still exist. That restricts widely its application in many fields..This research aims to systematically studying the system error processing theory and method. The key technologies will be break through, which are system errors modeling and refinement, unified model of self-calibration adjustment,optimization solver and precision control, integration on-site self-calibration and repair of point cloud.On-site self-calibration software will also be developed. Results of this project will promote engineering applications of terrestrial laser scanner.

星载、机载、地面激光雷达已经成为对地观测数据获取体系的重要组成部分。近些年，地面激光雷达应用发展迅速，但是地面激光雷达作为当前测量领域的高端测量仪器，其测量性能和准确度指标主要依靠仪器生产商提供的相关数据，即使经过生产厂家的精确实验室检校，地面激光雷达仍然存在系统误差，严重制约了地面激光雷达在多个领域的工程化广泛应用。本课题旨在系统地研究地面激光雷达系统误差处理理论与方法，突破地面激光雷达系统误差模型建立与精化、自检校平差的统一模型、优化解算和精度控制、联合现场自检校与点云修复一体化等关键技术，研制我国自主知识产权的地面激光雷达现场自检校软件平台，本课题成果将为促进地面三维激光雷达的国产化进程与工程应用奠定坚实基础。

我国引进了数百台国外地面激光雷达，国内也研制出地面激光雷达商业化产品，作为当前测量领域的高端测量仪器，其测量性能和准确度指标主要依靠仪器生产商提供的相关数据。实验室检校方法费时费力、成本高，地面激光雷达长时间使用或长途运输重新组装后，特别是面向变形监测、精密数字工程等应用时，需要进行现场检校保证点云的准确度。.研究了一种基于点的稳健估计系统误差模型参数的现场自检校方法，推演了基于点的现场自检校的统一平差模型和精度评定公式，建立了三维室内、外检校场。通过现场自检校实验，证明系统误差基本模型对地面激光雷达系统误差改正是有效的。基于点的地面激光雷达现场自检校实验最少使用2个测站和2个平面上的16个靶标点实现地面激光雷达的稳健检校，为自检校从实验室检校拓展到现场检校提供了检校条件验证。.研究了基于平面的地面激光雷达现场自检校方法，推导了基于面的现场自检校的统一平差模型，利用模拟实验和现场自检校实验测检验该自方法的有效性。基于平面的地面激光雷达现场自检校，与基于点的自检校方法相比，该方法工作量降低，更加适用于现场自检校。.建立了一套稳健性强、估计精度高、适用面广的地面激光雷达现场自检校解决方案，研制了一套地面激光雷达现场自检校软件系统，进一步有效的促进地面激光雷达的多领域工程应用，保证地面激光雷达点云的准确度。.