空載光達(dá)系統(tǒng)誤差探討課件

1、空載光達(dá)系統(tǒng)誤差探討 學(xué)生:王滙智指導(dǎo)老師:趙鍵哲日期:2005/12/9報告大綱前言方法介紹實驗未來方向 前言ALS系統(tǒng)是由許多子系統(tǒng)組成 因此系統(tǒng)本身與系統(tǒng)的聯(lián)繫之間存在有許多的系統(tǒng)性誤差，這些誤差會造成光達(dá)點(diǎn)的絕對位置含有系統(tǒng)性的偏差，最明顯的例子是航帶與航帶間無法正確的套合。本文章中將探討ALS系統(tǒng)中所含的誤差，並介紹目前實務(wù)上處理的方式。最後配合實務(wù)作法修正以前的數(shù)學(xué)模式，並以模擬實驗測試率定系統(tǒng)誤差參數(shù)的成效。 方法介紹空載光達(dá)原理ALS系統(tǒng)是由許多元件組成-雷射測距儀及光學(xué)掃描系統(tǒng)、IMU 、 GPS 雷射掃描儀測得地面點(diǎn)反射回的時間差並計算距離，配合掃描角得到一雷射向量（定義於

2、掃描器座標(biāo)系）由於儀器安置的因素，雷射掃描器座標(biāo)系與IMU座標(biāo)系存在一轉(zhuǎn)換關(guān)係，三個角度與三個位移的轉(zhuǎn)換參數(shù)稱為安置參數(shù)。從IMU得到姿態(tài)角，與IMU、GPS間的位移向量，可將雷射向量旋轉(zhuǎn)至GPS天線座標(biāo)系，最後再做轉(zhuǎn)換至WGS座標(biāo)系，即得到覆蓋地表的點(diǎn)位座標(biāo) 圖1ALS系統(tǒng)概圖空載光達(dá)座標(biāo)系統(tǒng)空載光達(dá)座標(biāo)系統(tǒng)系統(tǒng)誤差概述影響光達(dá)點(diǎn)雲(yún)數(shù)據(jù)誤差的種類有以下幾種: 斜距的量測精度:主要是雷射發(fā)射與接收的時間精度。GPS精度：KGPS定位的精度。雷射系統(tǒng)的掃描解析力：包括掃描解析力與掃描角之系統(tǒng)誤差。IMU/GPS系統(tǒng)整合精度：IMU與GPS用來整合求解載體的瞬間位置與方位，此整合系統(tǒng)用以內(nèi)差及平滑

3、載體軌道，其中包括IMU的誤差與內(nèi)差之誤差。雷射掃描系統(tǒng)、載體、與IMU/GPS間的校準(zhǔn)誤差：此項主要為安置位置偏移與安置角度之誤差。Torsion掃描器是利用掃描菱鏡由驅(qū)動馬達(dá)轉(zhuǎn)動而將雷射光以不同的角度發(fā)射出去。圖2掃描角誤差 圖3掃描面扭曲 Torsion誤差模式介紹而現(xiàn)今商業(yè)軟體多採用torsion的改正方式，在之前的研究中是沿用(Schenk,2001)的描述，比較兩者造成誤差的影響發(fā)現(xiàn)誤差曲線相似，因此可推論兩者只是改正的模式不同，故本研究的數(shù)學(xué)模式中也改為以torsion來描述掃描角的誤差。 誤差模式介紹其中 平差模式實驗本實驗?zāi)M以(6)式的數(shù)學(xué)模式求解系統(tǒng)參數(shù)，驗證系統(tǒng)參數(shù)是否

4、可被求解，並了解參數(shù)間的相關(guān)性，以作為未來工作的依據(jù)。實驗設(shè)計的飛行航線圖如圖4，在掃描涵蓋區(qū)域內(nèi)量取16個控制點(diǎn)，並以量測光達(dá)強(qiáng)度影像的方式求取這些特徵點(diǎn)的最近似光達(dá)點(diǎn)。實驗設(shè)計的航高為800m，掃描FOV為50度，平均每平方公尺有12.67個光達(dá)點(diǎn)。而強(qiáng)度影像內(nèi)插網(wǎng)格為0.5m。飛行航線圖圖4 飛行航線圖模擬實驗資料光達(dá)點(diǎn)的模擬是以(5)式之?dāng)?shù)學(xué)式，不考慮距離誤差與隨機(jī)誤差下模擬ALS產(chǎn)生光達(dá)點(diǎn)過程。為求驗證數(shù)學(xué)模式可以求解，除以量測強(qiáng)度影像的方式取得光達(dá)座標(biāo)值外，另以直接計算發(fā)射點(diǎn)與特徵點(diǎn)真值之距離作為距離觀測，經(jīng)由(5)式轉(zhuǎn)換計算出光達(dá)點(diǎn)座標(biāo)，並以這些真值平差計算。 實驗一以直接計算發(fā)

5、射點(diǎn)與特徵點(diǎn)真值之距離做為光達(dá)座標(biāo)觀測量，計算結(jié)果如表二。 實驗一實驗二實驗二中的光達(dá)點(diǎn)由強(qiáng)度影像中量取近似的平面座標(biāo)，再由光達(dá)點(diǎn)雲(yún)中找相對應(yīng)的點(diǎn)，因此內(nèi)插網(wǎng)格大小決定了光達(dá)點(diǎn)的精度。內(nèi)插後的圖如圖4。 圖5 surfer內(nèi)插成果實驗二結(jié)論比較兩實驗的結(jié)果，由於都沒有隨機(jī)誤差，所以平差結(jié)果精度會很高，而實驗二的觀測量是經(jīng)由量測獲得，理論上會較差的精度，但是從實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)精度差不多，表示內(nèi)插的網(wǎng)格夠小，足以得到準(zhǔn)確的光達(dá)點(diǎn)。 未來方向 目前對於光達(dá)模式的必需的資訊實際資料中如何無法取得的問題仍未解決，可能必須從數(shù)學(xué)模式上或其他方式解決，仍需探討。而以已知控制點(diǎn)求解的模式仍必須探討。探討實際資料上

6、量測控制點(diǎn)能否符合要求的問題，並探討控制點(diǎn)選取的方法。 參考文獻(xiàn)Applanix, 2004. System SpecificationsPOS AV DG Model 501 (URL:/products/posav_index.php).Schenk, T., 2001. Modeling and Analyzing Systematic Errors of Airborne Laser Scanners. Technical Notes in Photogrammetry No. 19, Department of Civil and Environmental Engineering and Geodetic Science, The Ohio State University, Columbus, Ohio, 40 pages.Morin, K., 2002. Calibration of Airborne L