基于车载移动测量系统的空间数据采集与处理.

基于车载移动测量系统的空间数据采集与处理摘要:全球定位系统(GPS,GlobalPositioningSystem)、惯性导航系统(INS,InertialNavigationSystem)、激光测距技术和数字摄影测量技术集成的直接定位和数据采集系统,是近年来遥感与测绘领域中发展起来的新型快速数据获取技术。本文针对多传感器集成的车载移动测量系统的数据采集问题,研究了车载移动测量系统的检校方法,给出了系统精确的直接定位方程;在此基础上,研究了基于车载立体影像的空间数据采集方法,并以道路交通标志信息的快速采集为例,给出了实验结果。实验结果表明,车载移动测量系统在高效、快速和准确地实现城市三维空间信息的采集、处理和建模等方面具有重要的价值。关键词:车载移动测量系统;空间数据;立体摄影测量;系统检校;立体图像中图分类号:P234;P207一、引言由于全球定位系统(GPS,GlobalPositioningSystem)和惯性导航系统(INS,InertialNavigationSystem)在定位、测姿、测速等方面各具优势,且在技术上可以互补,因而GPS与INS集成的组合导航定位系统得到了越来越多的研究和应用。继机载GPS、INS和激光扫描测距技术集成的空-地直接定位系统在遥感与测绘中得到较多的应用以来[1~9],车载GPS、INS、激光扫描仪、CCD相机集成的三维数据采集系统也得到了初步的应用[10~12]。本文根据多传感器集成的车载移动测量系统中立体摄影测量系统的特点,研究了立体摄影测量系统的相对标定和绝对标定方法,在此基础上,研究了基于车载立体影像的空间数据采集方法,并以道路交通标志信息的快速采集为例,给出了车载移动测量系统的应用实例。最后的实验结果表明,本文针对车载移动测量系统所研究的系统检校方法、基于立体图像的空间数据采集方法,方法意义明确、计算过程简单,对实际应用具有重要的参考价值。二、系统硬件简介本文的车载系统是由南京师范大学和武汉大学共同开发研制(车载系统的外观如图1所示),其以瑞风商务汽车为平台,集成安装了1部高精度差分GPS/惯性导航设备、4台CCD高速相机、3台线阵三维激光扫描仪、1台高速视频摄像机、1台同步控制器、4台工控计算机。所有传感器在工控机控制下,利用GPS授时进行同步工作,采集汽车平台移动过程中道路及两侧地物目标的立体像对、视频图像、三维点云及车辆瞬时的坐标和姿态参数,然后通过后处理软件,可得到道路及两侧三维目标的真实三维地理坐标。本文的工作主要针对GPS、INS和CCD相机组成的立体摄影测量系统的空间数据采集方法的研究。车载三维数据采集系统的外观车载三维数据采集系统的内部控制设备图1车载移动测量系统的外观Fig.1Theappearanceofvehicle-bornemobilemappingsystem车载移动测量系统的整个数据采集与处理流程如图2所示,主要包括系统检校、外业数据采集、内业数据处理三个部分,系统可在测绘、交通、城市规划等领域得到大规模的应用,完成城市3D数据采集与建模、道路沿线设备设施的采集与管理、城市地图的更新与修正等任务。图2车载移动测量系统的数据采集与处理流程Fig.2Theflowdiagramofdataacquisitionandprocessingbasedonvehicle-bornemobilemappingsystem三、车载移动测量系统的系统检校在车载移动测量系统中,GPS和INS仅提供车辆行驶的轨迹和姿态数据,其它大量的空间信息是通过多台CCD相机组成的摄影测量系统得到的。要使车载移动测量系统能进行三维数据采集的第一步工作就是进行系统的检校,包括立体摄影测量系统的相对标定和绝对标定,本文的系统检校是在高精度的三维标定场(如图3所示)中进行。车载立体摄影系统使用的是非量测型数码相机,其主距、相机内方位元素及相机的畸变参数都是未知的,为了建立三维坐标解析模型并解算模型中的相应参数,需要进行立体摄影系统的相对标定。而相对标定所建立的坐标系统是一个相对坐标系统,为保证测量得到的空间信息的统一性,必须将立体摄影系统的相对坐标系纳入到统一的地理坐标系中来,此即是系统的绝对标定。经过摄影测量系统的相对标定和绝对标定后,可得到系统在任意时刻的相对于地面坐标系的旋转和平移参数,再结合立体影像匹配技术,即可实现车载系统在无地面控制点情...

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