车载三维数据获取与处理系统设计与实现

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1、车载三维数据获取与处理系统设计与实现作者：魏波张爱武李佑钢冀翼王瑶【摘要】为了实现对城市主干道及其两侧的街景等三维场景进行自动快速采集，车载三维数据获取与处理系统集成多种传感器：全球定位系统（GPS）、VECTOR、惯性测量单元(IMU)、激光扫描测距仪（LS）、面阵CCD数码相机、线阵CCD数码相机等。该套系统通过对GPS/IMU组合系统导航解算、VECTOR和升降几何平台进行空间配准、时间同步处理，计算出系统精确可靠的空间时间和姿态航向信息，二维激光扫描仪数据经过滤波去噪、和其他传感器数据融

2、合、三维空间计算，解算出道路和两侧街景的三维空间数据模型，对空间激光数据模型提取点线面特征值，结合CCD相机数据进行立体重建和可视化，实现了实时、主动、完整地获取和处理三维空间数据信息。【关键词】多传感器数据融合；GPS/IMU组合导航；三维立体重建Abstract:Inordertoachieveacollectionofinformationofthe3DscenesofmainstreetsandthEirtaticllyandquickly,avehicle-bornesystemof3

3、Ddataacquisitionandprocessing(GPS),VECTOR,InertiaMeasurementUnit(IMU),laserscanner(LS),planarchargecoupleddevicedigitalcamera,linearchargecoupleddevicedigitalcamera,etc.SystemputesbinednavigationsystemofGPS/IMU,VECTORandascendablegeometrystableplatfo

4、rm,proceedsinspaceregistrationandtimesynchronization,calculatesthesystemsaccuratespace,time,stanceandcourse.Planarlaserscanningdataesynchronouslyandfuseputeredodelofcharacteristicinformationoftheroadandoutsideofstreet,continuouslyextractedtopoint,li

5、neandplane,reconstructedbinederadataandvisualizedto3Dmodeltruescene,finallyimplementacquisitionandprocessof3Dspacedatatimely,initiativelyandintegrally.Keyulti-sensor;binednavigationofGPS/IMU;3Dsolidreconstruction为了有效地解决实时、快速、准确、完整的数据信息获取与处理问题，本课题集成差分

6、全球定位系统(DifferentialGlobalPositioningSystem，DGPS)、Vector、惯性测量单元(IMU)、扫描式激光测距仪（2DLaserscanner，2DLS）、线阵CCD相机、面阵CCD相机(chargecoupleddevice，CCD)等传感器于开启天窗、对电源系统和桌椅改造过的汽车运载平台上，建立一套车载三维数据获取与处理系统，该系统能实时、主动、完整地获取和处理三维空间数据信息，实现城市街景快速建模。1系统设计组成结构完整的车载三维数据获取与处理系统由

7、定位定姿模块和影像采集模块两部分组成，其中用于定位定姿态的传感器有DGPS、VECTOR、IMU等，用于扫描或摄影成像的影像传感器有扫描式激光测距仪（2DLS）、线阵CCD和面阵CCD相机等。这两部分和车载升降台、车载计算机及经过改装的汽车运载平台组成整个系统。系统通过集成DGPS、IMU，获取系统时间、车载平台位置与姿态，1台VECTOR获取车前进的航向角，为系统提供定位定向定时信息。利用2DLS获取地物目标几何数据，采用线阵和面阵CCD相机获取地物目标的图像数据，采用Kalman滤波融合GP

8、S、IMU数据，空间检校技术确定传感器间相对方位、空间配准，并建立多传感器系统的时间同步配准。系统设计如图1。图1系统设计示意图系统的工作原理是：车辆以一定速度沿道理前进，GPS及IMU同时观测并记录传感器的位置和姿态数据，面阵CCD和线阵CCD分别获取建筑物立面影像信息及道路路面，激光扫描仪也同时将道路两侧建筑物表面的点云记录下来，所有传感器都受控于计算机系统，并通过同步控制系统触发脉冲来实现数据同步采集。在后续处理中，利用GPS于惯性导航系统集成技术为影像传感器提供高精度的位置和姿态数据以快