《船载三维激光扫描数据时空配准方法研究》.pdf

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1、第38卷第3期现代测绘Vo1．38，No．32015年O5月ModernSurveyingandMappingMay2015船载三维激光扫描数据时空配准方法研究王胜平，周丰年，刘大伟。，王驰。，许剑，林永达(1．东华理工大学测绘工程学院，江西南昌330013；2．长江水利委员会长江口水文水资源勘测局，上海200136；3．南京水利科学研究院，江苏南京210029)摘要由于海洋测绘中存在滩涂测量、崩岸、潜堤测量和水边线测量等困难，船载三维激光扫描技术比传统测量手段更快且更安全，测量精度已经可以满足大部分水上测量的精度要求，因而得到广泛青睐。船载三维激光点云数据

2、的时空配准对测量结果至关重要，对此，介绍了基于多传感器融合的船载三维激光测量系统组成与工作原理，阐述了数据的时空配准过程，获取了精确的扫描数据，为后续工作提供支撑。关键词船载三维激光扫描时间配准空间配准中图分类号：P237文献标识码：A文章编号：1672—4097(2015)03—0007—041引言近年来，快速发展的惯性导航系统通常被用于li移动测量系统中以协调其他测量设备之间的工作，从而组成如机载、船载、车载等移动式三维激光测

3、’I／＼_I一l～．．．．．量系统。船载三维激光扫描系统因其自动化程度高、测量速度快、运行成本低、可降低人工测量危险1．陨导；2

4、．三维激光扫描仪；3．GPS接收机l；等优点，是测绘领域测量技术发展的新方向。将工4．GPS接收机2；5．计算机；+—已知的安装参数作原理、时空配准、工作配准三个角度作为研究重图1船载三维激光集成系统点，本文用多传感器融合的船载三维激光测量系统2．2数据采集与记录对某一测区进行测量，试图找出最佳时空配准方法。数据采集前必须先启动惯导进行作业，精度稳2船载三维激光集成系统简介定后开始采集数据，测量完毕后再关闭惯导，可保证所测数据都配有姿态数据。通过VS软件编写两2．1系统组成与原理个串口软件，分别读取GPS接收机的实时位置数据如图1所示，该系统由三维激光扫描仪

5、、GPS和惯导带UTC时间的姿态数据。主要使用Serial—接收机和惯导组成，所有传感器都牢牢固定在稳定Port类定义串口编号、波特率、标准停止位数、标准平台上以保证传感器与平台的运动完全同步。仪数据位长度和奇偶校验检查协议，设置提取所需器安装之间有明确的相对位置，主要用于多套坐标UTC时间、实时坐标数据和姿态数据条件，用以进系统间的相互转换。三维激光扫描仪主要负责实行所需数据的提取、记录和保存。时测量目标点的水平角、垂直角和距离信息以形成点云数据进行记录，GPS接收机1主要获取这套移3数据配准动系统的实时坐标，GPS接收机2为惯导提供GPS3．1时间配准时

6、间基准，惯导则实时记录移动测量系统的姿态数据。根据GPS提供的位置信息和惯导提供的姿态3．1．1时间基准统一信息最终可在GPS时间系统下解算出激光扫描点一般来说，由于惯导、三维激光扫描仪、GPS都云在指定坐标系统下的坐标。整个系统由计算机有自己独立的时间系统：GPS与惯导时间系统是联机控制、处理和记录。UTC时，它是综合了原子时和世界时两种时间系统各自优点的新时间；而三维激光扫描仪使用的是GPS时间系统。要让这些设备同步工作必须要把他们统一到同一时间基准里从而达到时间同步。*项目来源：国家自然科学基金资助项目(41206078)；江苏省测绘地理信息科研项目(

7、JSCHKY201408)；水利部“948”项目(201404)；江西省自然科学基金资助项目(20142BAB217025)；南京水利科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目(YN914002)8现代测绘第38卷为了满足精密导航与船载三维激光测量的需要，宜采用时间尺度均匀、准确度、稳定度高的GPS时间系统作为时间基准。结合惯导具有外联设备进行同步工作的功能，首先使用GPS接收机为它提供UTC时间，当提供实时坐标的GPS接收机具有UTC时，可以先把位置坐标文件和惯导姿态数据以UTC时间作为基准进行配准，再根据UTC时与GPS时的常数差把它们

8、统一到三维激光扫描仪GPS时间基准上进行同步。但是GPS时没有引入闰秒，随着时间的积累，UTC的闰秒使GPS时和UTC时间表现为秒的整数倍的差异，这种差异要通过如下公式进行求解：GPS一唧+t(1)式中t为闰秒，其值由国际地球自转服务中心(IERS)发布，目前取值为16S。3．1．2数据预处理数据预处理需要删除多余无效数据。根据采集到的GPS位置信息数据、惯导姿态数据和三维激光点云数据可分别知道三个数据起始时间和结束时间。取三者起始时间中最大的作为每个时间起始截取点，取结束时间最小的作为每个时间结束截取点，这样就可以把它们的有效数据提取出来，使数据记录时间统

9、一对齐。3．1．3数据内插时间配准的目的是让每个激光