雙激光掃描儀姿態(tài)和高度測量系統(tǒng)及其標定技術研究.pdf

1、車載多傳感器平臺廣泛應用于街景三維重建、車輛無人駕駛和道路損毀檢測等領域。為實現(xiàn)平臺的定位、導航以及多傳感器數(shù)據(jù)融合，需要對平臺相對于行駛路面的姿態(tài)和高度進行實時、高精度的測量。
　　為準確地測量車載多傳感器平臺的姿態(tài)和高度，課題組開展了基于雙激光掃描儀的姿態(tài)和高度測量技術與系統(tǒng)的研究。前期研究結果表明,雙激光掃描儀姿態(tài)和高度測量系統(tǒng)能夠滿足車載多傳感器平臺的測量需求，具有測量精度較高、成本低、使用方便等優(yōu)勢。然而，前期對測量原理

2、、測量誤差的研究還不夠深入，也未對系統(tǒng)進行嚴格地標定。針對上述內容展開深入細致地研究，對提高系統(tǒng)測量精度和實用性具有重要意義。本文的研究工作就是圍繞著系統(tǒng)的測量原理、測量誤差以及標定技術來展開，取得的成果主要包括以下幾個方面：
　　研究了雙激光掃描儀姿態(tài)和高度測量系統(tǒng)的工作原理以及測量誤差。在深入研究系統(tǒng)測量原理的基礎上，系統(tǒng)地分析了測量誤差的來源以及傳遞過程；針對系統(tǒng)中激光掃描儀的性能參數(shù)、安裝誤差和測量環(huán)境對系統(tǒng)測量精度的影響

3、，通過仿真分析給出了相應的處理方法：采用對系統(tǒng)進行標定的方法來校正激光掃描儀的安裝誤差；采用RANSAC算法對測量數(shù)據(jù)進行處理，剔除測量環(huán)境導致的異常數(shù)據(jù)點；根據(jù)系統(tǒng)的精度要求和仿真分析結果進行激光掃描儀的參數(shù)設置。
　　提出了基于靶標重建的激光掃描儀外參數(shù)標定方法，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的標定。首先分析了解決系統(tǒng)標定問題時采用的數(shù)學模型，將系統(tǒng)的標定轉化為對系統(tǒng)中激光掃描儀外參數(shù)的標定；然后根據(jù)激光掃描儀的工作特性，以基于空間向量的三維坐

4、標系轉換模型為基礎，提出了一種通過重建靶標來實現(xiàn)激光掃描儀外參數(shù)標定的方法：設計一種三平面靶標，利用系統(tǒng)對靶標進行三維重建，并采用RANSAC算法進行靶標點云的分割和同名向量的提取，實現(xiàn)對激光掃描儀外參數(shù)的標定。通過仿真驗證了提出的標定方法的可行性和精度，并對系統(tǒng)實物進行了標定。
　　基于建立的系統(tǒng)測量精度驗證實驗平臺，驗證了測量誤差處理方法和對系統(tǒng)進行標定能有效地提高系統(tǒng)測量精度。搭建了系統(tǒng)測量精度驗證實驗平臺，采用姿態(tài)測量精度