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国产机载LiDAR技术及其在电力巡线中的应用

作　者: 李志杰
导　师: 施昆
学　校: 昆明理工大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 国产LiDAR 集成检校集成原理数学模型数据处理电力线巡线
分类号: TN958.98
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着机载LiDAR技术的不断成熟,在机载LiDAR硬件设备方面,欧美等发达国家的研究已经取得了大量成果并形成了商业化产品。国内对于机载LiDAR技术的研究起步较晚,而且研究领域多为数据处理方面。机载LiDAR系统的硬件研究制作在国内才刚刚起步,现有技术基础薄弱。由于技术政策等原因,国内之前一直没有高精度的INS系统以及性能可靠的激光测距装置,所以一直没有成熟机载LiDAR系统出现。近几年,在国家重点项目的支持下,中国测绘科学研究院联合多家单位成功研制了第一套国产机载LiDAR系统。本文对该系统的主要研究如下：(1)简要阐述了国产机载LiDAR系统集成的主要理论依据。惯性导航原理、差分GPS原理和组合导航原理是该系统重要理论。根据集成原理和要实现的功能目标,选择合适的单机。(2)机载LiDAR系统最终得到的是点云数据,而点云计算过程实际是完成一系列坐标转换过程。结合仪器的结构特性、坐标系定义、角度定义,根据国产机载LiDAR的集成方式,推导计算点云的坐标转换公式,建立了数学模型。(3)主要介绍了激光扫描仪和SWDC单镜头数字航测相机的单机检校原理和方法。论述了POS与相机集成检校的原理和方法,也论述了POS和激光扫描仪集成检校的原理和方法,并通过试验得出了结果、验证了方法的合理性。(4)根据机载激光LiDAR原理,相机、POS和激光扫描仪三者的空间关系应该固定,考虑众多因素进行系统集成。经过多次试验,得到了较为理想的集成方式。单机之间借助线路进行通信,单机和工控机之间也要相互通信,本文简要说明了线路连接情况和系统控制原理。(5)在系统集成的基础上、进行了多次航飞。从踏勘、规划、飞行三个方面总结了航飞的操作流程和注意事项。处理获取的航飞数据,得到DEM、DOM、DSM、DLG、三维模型等产品。处理后的点云和影像数据反映了采集瞬间的输电线路走廊的三维空间情况,包括走廊地形、地物和线路设施空间信息。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
插图和附表清单  11-14
第一章绪论  14-18
  1.1 研究背景及意义  14-15
  1.2 国内外LIDAR技术发展现状  15-16
    1.2.1 国外LiDAR技术发展现状  15
    1.2.2 国内LiDAR技术发展现状  15-16
  1.3 LIDAR技术优缺点  16
  1.4 论文组织结构  16-18
第二章国产LIDAR系统  18-56
  2.1 国产LIDAR系统简介  18-21
    2.1.1 AirLidar-1000机载激光扫描测量仪  18-19
    2.1.2 国产POS2010小型化位置姿态测量装置  19-20
    2.1.3 天宝5700GPS接收机  20
    2.1.4 SWDC单镜头数字航测相机  20-21
    2.1.5 软件  21
  2.2 国产LIDAR系统原理  21-28
    2.2.1 惯性导航  22-24
    2.2.2 差分GPS  24-26
    2.2.3 组合导航  26-27
    2.2.4 坐标系定义  27-28
  2.3 国产LIDAR数学模型  28-33
    2.3.1 激光瞬时光束坐标系→激光扫描参考坐标系(L)  28-29
    2.3.2 激光扫描参考坐标系(L)→载体坐标系(b)  29-30
    2.3.3 载体坐标系(b)→导航坐标系(当地切平面坐标系n)  30
    2.3.4 导航坐标系(n)→地心地固坐标系(e)  30-31
    2.3.5 地心地固坐标系(e)→平面坐标系  31-33
  2.4 国产LIDAR系统检校  33-51
    2.4.1 AirLidar-1000机载激光扫描测量仪单机检校  33-37
    2.4.2 SWDC单镜头数字航测相机的检校  37-41
    2.4.3 POS与相机集成系统检校原理与方法  41-44
    2.4.4 POS与激光扫描测量仪集成系统检校原理与方法  44-51
  2.5 国产LIDAR集成  51-56
    2.5.1 集成方案  51-52
    2.5.2 线路连接  52-54
    2.5.3 系统控制  54-56
第三章 SW-LIDAR航摄飞行  56-61
  3.1 踏勘  56
    3.1.1 了解测区概况  56
    3.1.2 检校场选择与布设  56
  3.2 规划  56-59
    3.2.1 影像设计基本依据  57
    3.2.2 影像所需参数计算公式  57
    3.2.3 AirLidar-1000机载激光扫描测量仪参数设置  57-59
  3.3 飞行  59-61
    3.3.1 设备地面测试  59-60
    3.3.2 飞行质量要求  60-61
第四章 SW-LIDAR数据处理  61-69
  4.1 组合导航处理  61-62
  4.2 点云数据预处理  62-64
  4.3 数据检查  64-65
    4.3.1 组合导航数据质量检查  64
    4.3.2 影像数据检查  64-65
  4.4 影像数据预处理  65-66
  4.5 制作DEM、DOM  66-69
    4.5.1 制作DEM  66-67
    4.5.2 制作DOM  67-69
第五章 SW-LIDAR在电力巡线的应用  69-74
  5.1 总体思路概述  69
  5.2 具体应用思路  69-72
  5.3 点云处理  72-74
第六章结论与展望  74-76
  6.1 论文结论  74
  6.2 不足与展望  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-80
附录A  80-81
附录B  81

国产机载LiDAR技术及其在电力巡线中的应用

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