一、三维空间数据获取

1. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 • 3.1 多传感器集成空间信息获取的理论、形式与发展 • 3.1.1 多传感器集成的理论 • 多传感器集成的概念(P56)、优点（P57） • 多传感器集成的关键技术（P57~60） • 传感器集成(选择\控制,P57~58) • 多传感器集成空间数据采集系统的标定(内标定\姿态标定\相互关系标定,P58) • POS系统及其数据集成处理技术(三种实现方式，P58~59) • 直接地理坐标参考(独立模式\集成模式\联合模式,P59) • 3S集成技术(3S的各自作用,P60) P56~60

2. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.1 多传感器集成空间信息获取的理论、形式与发展 3.1.2 多传感器集成空间数据采集系统的分类 GPS、INS、CCD集成系统 地面车载移动测量系统 GPS、INS、LS集成系统 GPS+CCD（GPS辅助空中三角测量） 无人控制机航空摄影测量系统 机载测图系统 GPS+INS+CCD+LS（机载激光扫描测图系统） 机载成像光谱仪 高分辨率遥感卫星、小卫星 星载测图系统 P60~64

3. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.1 地面车载测量系统的产生与概念 传统人工内外业结合的方式 —耗时、费工，无法快速成图 传统测绘成图作业的局限性 卫星遥感与航空摄影测量 —大面积测绘；成本高、判读难 道路基础建设日新月异、测绘成果必须快速更新、传统测绘已经无法适应 车载测量系统：集成GPS+INS+CCD+DR等，进行立体摄影和三维测量 车载测量与航空摄影测量结合：可以快速、高效采集地理信息、进行大比例尺成图，从而解决GIS数据瓶颈问题 P65~66

4. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术(五项) 地面车载测量系统的构成 地面车载测量系统数据处理方法 集成误差 集成关键技术 多源数据集成处理与应用技术 P66~75

5. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术 • 地面车载测量系统的构成：系统结构 • GPS数据 空间数据库矢量数据：栅格数据 • DGPS内插 • CCD数据 • DEM构建 • 激光扫描数据 • 纹理提取 • 3D空间查询 • 3D重建 绝对定位传感器 • 几何分析 相对定位传感器 数据处理与融合 • 可视化 面向对象GIS 属性传感器 属性数据库：CCD影像等 其它测量传感器 数据采集模块 数据处理模块 应用模块 P66~67

6. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术 • 地面车载测量系统的构成：各种传感器的功能 ---完成移动平台的对定位:GPS+INS等 绝对定位传感器 相对定位传感器 ---提供目标对象相对于某一局部坐标系的坐标: 摄影测量等、扫描仪、雷达等 属性传感器 ---获取目标地物的语义信息 P66~67

7. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术 • 地面车载测量系统的构成：工作原理 GPS+INS采集道路空间定位定姿数据 成像传感器采集路面信息、路旁地物信息 内业处理软件 GPS数据差分处理、GPS\INS集成处理、立体像对目标解算 形成专题数据库 提供给各种GIS和电子地图使用 P67

8. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术 • 地面车载测量系统的构成：集成方式 GPS+INS+CCD+LS GPS+INS+CCD • 测风激光雷达系统 • 大气环境监测激光雷达系统 • 车载激光测量系统 P67~68

9. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术 • 地面车载测量系统的构成：集成方式 • Trimble农业激光平地自动控制系统 • 激光平地系统 • 激光仪器 P67~68

10. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术 • 地面车载测量系统的数据处理方法(四步) 利用广播差分数据实现流动站差分 采用差分法由GPS数据计算汽车的三维位置坐标 自设流动站,通过流动站数据实现差分 GPS数据经过滤波,支持INS测量 将GPS三维数据与INS初始数据联合处理 GPS失锁时,INS数据作为补充 将激光测距仪的观测值与计算出来的三维坐标值联合处理 激光点三维坐标解算与模型纹理映射 在计算出汽车的三维位置坐标后,即可进行影像数据处理 利用数字近景摄影测量技术,对立体CCD影像进行处理 P68~70

11. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术 r O O” • 地面车载测量系统的数据处理方法 • 激光点三维坐标解算 θ2 θ1 ρ2 ρ1 Object P GPS与CCD的关系: 获取CCD姿态参数 激光扫描仪中心与CCD的关系 XP ：随时间变化，由DGPS内插得到 • 室内标定 • 激光点三维坐标计算 P69

12. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术 • 地面车载测量系统的数据处理方法 • 几何模型纹理映射：计算模型点在影像中的纹理坐标 O(XO,YO,ZO) 像点 P‘(x,y) f 模型点 像平面 P(XP,YP,ZP) DEM 是由像片姿态角构成的9个旋转矩阵元素 • 模型点纹理坐标计算示意图 • 共线方程计算模型点纹理坐标 P69~70

13. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术 • 集成误差 多源数据和系统的集成性决定了误差来源的多样性。因此，如何处理系统误差和协调多源数据的误差是系统整体性能提高的关键。 GPS卫星误差 卫星钟差 轨道误差 GPS误差 信号传播误差 多路径效应 电离层、对流层折射 信号接收误差 INS姿态误差 三轴陀螺加速度计的积分误差 由像点误差引起的误差 立体摄影测量误差 P70~71

14. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术 • 集成关键技术 系统同步技术 坐标基准：将所有传感器坐标系统一到基准坐标系中 时间基准：将GPS、INS、CCD的时间配准 将摄影测量相对坐标系纳入统一的全球定位坐标系，从而可以得到任意时刻下CCD的内外方位元素 相机标定 系统检校技术 确定多相机的相对方位 确定多相机的绝对方位 GPS/INS集成技术 INS；GPS\INS组合优势和方式；组合制导的关键技术 P71~75

15. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.2 车载测量系统的集成及其关键技术 • 多源数据集成处理与应用技术 该关键技术主要集中在对所获取的各种数据的整理、预处理、立体摄影测量处理以及空间地理信息数据提供的数据接口和相关的地理信息应用实现上。 基于序列影像与激光扫描数据的道路三维重建 多源数据的地理参考 道路中心线的自动建立 空间地理信息数据提供的数据接口 近景影像的半自动、全自动匹配 导航及基于位置服务的实现 基于计算机视觉的道路及其附属设施的自动解译 P75~76

16. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.3 车载测量系统的功能及其应用 系统模块划分 数据采集 系统检校 数据集成处理 立体成图 道路测量 地物测绘 属性采集和记录 系统的功能 环境数据采集 视频序列影像采集 车辆导航 公路\铁路等道路网测绘 建筑物测绘 交通事故现场勘测 大堤三维空间数据采集 系统的应用 表（3.3.2） 智能道路系统ITS:几何信息生成\设施测绘\可视化处理 机动交通监测 机动环境监测 P76~81

17. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.2 地面车载测量系统 3.2.4 车载测量系统的产品 导航级数据采集(导航) 专题GIS数据采集 产品层次(3个) 高精度道路及其附属设施测绘(道路测量) 地面车载移动道路测量系统 表3.2.3 处理技术复杂 系统推广局限性 开发和设备的费用高昂 系统自身局限: 存在测绘盲区 P81~83

18. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.3 机载激光扫描集系统(ALSS) 3.3.1 机载激光扫描集系统的集成及关键技术 ALSS是激光扫描技术、实时定位技术、姿态测量技术、计算机技术和通信技术的集成。 成像装置 （INS） 激光扫描仪 惯导系统 DGPS定位系统 成像装置 计算机及数据采集、记录设备、处理软件等 计算机处理 P83~85

19. 一、三维空间数据获取 计算机数据采集、处理系统 图3.3.2 机载激光扫描系统构成框图 硬件控制系统 数据处理系统 综合数据库系统 LS 扫描数据 IU 图像数据 DGPS 定位数据 INS 定位数据 CCD 定位数据 直接对地定位处理 生成DEM或DSM 生成地学编码图像 3D显示与量测 GIS\LIS数据转换 P85

20. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.3 机载激光扫描集系统(ALSS) 3.3.1 机载激光扫描集系统的集成及关键技术 基本的数据处理方法 DGPS数据后处理 INS\GPS数据融合 传感器间时间同步处理 扫描点三维坐标计算 坐标系\参照系间的转换 粗差探测 目标的特征提取与分类 P84

21. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.3 机载激光扫描集系统(ALSS) 3.3.1 机载激光扫描集系统的集成及关键技术 关键技术 多幅距离影像处理 和匹配问题 目标解译与识别问题 数据过滤问题 数据冗余问题 数据量大限制应用 压缩处理算法: 去除无关数据; 保留目标特征 滤除植被\移动目标等噪声 必须尽量确保目标细节特征不被滤除 两个难点: 重叠区域同名点难确定 不同影像分辨率不同 如何提取特征\确定目标边界 如何区分植被和提取建筑等 P85~86

22. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.3 机载激光扫描集系统(ALSS) 3.3.2 机载激光扫描系统的精度分析 理论分析 主要内容 精度定性分析 国外LS实测精度 P86~89

23. 对共线方程(2-3-1)进行线性化,将参数 作为观测值, 可以得到对应的误差方程式: 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.3 机载激光扫描集系统(ALSS) 3.3.2 机载激光扫描系统的精度分析 • 理论分析—分析误差方程式 激光点三维坐标计算 — 共线方程 P86~87

24. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.3 机载激光扫描集系统(ALSS) 3.3.2 机载激光扫描系统的精度分析 • 理论分析—分析误差方程式 误差方程一般形式 P86~87

25. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.3 机载激光扫描集系统(ALSS) 3.3.2 机载激光扫描系统的精度分析 • 理论分析—分析误差方程式 最小二乘法解算各改正数 误差方程矩阵形式 P86~87

26. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.3 机载激光扫描集系统(ALSS) 3.3.2 机载激光扫描系统的精度分析 • 理论分析—分析误差方程式 根据误差传播公式可得到激光扫描系统对应的精度估算公式: 精度估算公式 P86~87

27. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.3 机载激光扫描集系统(ALSS) 3.3.2 机载激光扫描系统的精度分析 • 理论分析—分析误差方程式 根据精度估算公式可知,激光测量精度与以下几个方面相关: GPS定位精度 姿态测量精度 激光距离扫描测量精度 角度编码精度 P86~87

28. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.3 机载激光扫描集系统(ALSS) 3.3.2 机载激光扫描系统的精度分析 • 精度定性分析 由精度估算公式可得出以下几个结论: 扫描点的定位精度随空间变化 对线扫描,定位精度随θ角增加而降低,并且主要表现在Y方向上 距离增加时,精度降低,并且主要表现在Z方向上 P87

29. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 3.3 机载激光扫描集系统(ALSS) 3.3.3 系统产品介绍 3.3.4 机载激光扫描系统展望(发展趋势) 与其它技术的集成 多数据融合\多处理方法集成 更高的数据采集密度 提供更加精细的信息 数据处理技术 数据融合及信息挖掘是热点 多样化的搭载平台 更多型号的飞行平台 P91~92

30. 一、三维空间数据获取 第三章 多传感器集成空间信息获取技术 车载3S集成系统补充介绍

31. 车载3S集成系统

32. Development of Vehicle borne Laser Scanning System Moving direction Laser beam DGPS/INS Laser scanner Moving direction

33. Configuration of the System Laser Scanner CCD Camera

34. Integrated Laser System

35. 典型车载3S集成系统

36. 典型车载3S集成系统

37. 典型车载3S集成系统

38. 典型车载3S集成系统

39. 典型车载3S集成系统