[发明专利]一种实景空间信息获取系统

说明书

技术领域

本发明涉及空间信息领域，特别是一种基于高精度全球定位系统(GPS)和惯性测量装置(IMU)定位定向、激光扫描和数码成像技术的实景空间信息获取系统。

背景技术

近年来，移动测量系统以其灵活性强、成本低、数据更新快等优势正在成为空间信息采集领域最强大的生力军，目前国际市场上使用的移动测量系统可分为两种，一种是基于传统的立体摄影测量原理，另一种是基于现代高精度、高频率激光扫描原理。

基于传统的立体摄影测量原理的移动测量系统，基本原理是通过量测空间某一物点在立体像对上的两像点(同名点)间的视差较(坐标差)实现该物方空间坐标的测量，由多组相机对和相关控制设备组成，在载体平台运动过程中，同时对行驶路径周边的环境进行连续拍摄，获得道路沿线的立体影像对系列，经过相应的数据后处理，实现立体影像的空间定位定向，获得每张像片的外方位元素，基于定向后的立体影像，人们便可进行空间物体的三维测量和信息提取。

基于现代高精度、高频率激光扫描原理的移动测量系统又称移动激光雷达系统，由高精度激光扫描设备和GPS/IMU定位定向系统组成，在载体平台移动过程中通过高频率脉冲发射进行高速扫描，实现对物方空间的高密度三维点云获取。该技术的特点在于物方点的获取密度极高(如平均点密度可达每平方米几百点甚至上千点)，由于采用了高精度的差分GPS和精密IMU，所以测点精度也极高，绝对精度达厘米级，因此对物方的描述比其他任何方法都精密准确。

基于传统的立体摄影测量原理的移动测量系统获取的信息数据精度比较低，而基于现代高精度、高频率激光扫描原理的移动测量系统获取的激光点云数据的数据量庞大、应用困难，因此将两者结合起来，实现激光点云和实景影像数据的同时采集，充分发挥激光点云高密度、高精度和实景影像易识别、易操作的优势，是当前的信息采集系统需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现激光点云和实景影像数据的同时采集和数据的匹配。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在运动平台上，集成高精度激光扫描仪、高速数码成像设备和高精度GPS/IMU定位定向系统，直接获取目标地物的数码影像、激光点云和定位定向数据，与大地网的控制点进行整体联合平差和数据处理，得到高精度高密度的空间信息数据。

本发明的一种实景空间信息获取系统由激光扫描仪1、高速数码成像设备2、GPS接收器3、IMU惯导装置4、工业计算机5和供电装置6六个部分组成。系统高度集成，安装在运动平台7上，工业计算机5一方面通过程序控制激光扫描仪1、高速数码成像设备2、GPS接收器3、IMU惯导装置4的工作，另一方面也将采集的激光点云、数码影像及GPS/IMU定向定位数据也存储起来。供电装置6为激光扫描仪1、高速数码成像设备2、GPS接收器3、IMU惯导装置4、工业计算机5提供电力保障。所述高速数码成像设备(2)、IMU惯导装置(4)和激光扫描仪(1)之间相互的位置关系固定。

在移动过程中，由激光扫描仪1发射激光束并接收由自然物反射回的激光脉冲，由高速数码成像设备2拍摄目标地物的影像，由GPS接收器3和IMU惯性导航装置4获取运动中每个时刻的定位定向数据，以上数据都通过电缆存储到工业计算机5，通过数据处理软件进行解算，得到具有高精度匹配关系的三维点云和大地定向数码影像数据。

激光扫描仪1是一种主动采集地面数据的方式，抗天气干扰能力强，不受太阳高度角影响，白天和黑夜都能工作，具有高频率、高精度的特点，能在运动过程中获取高密度的点云数据。为保证获得高质量的数据，所述激光扫描仪1的测量频率应大于50万点/秒，测距精度小于1毫米。

高速数码成像设备2由一个或多个高速数码相机组成，相机间具有固定的几何关系，能在1秒内获取多张数码影像。高速数码成像设备2还可以选用红外相机，数码相机可用于白天获取彩色影像数据，红外相机用于夜间获取红外影像，也可考虑数码相机和高亮度照明设备配合使用用于夜间获取彩色数码影像。

本发明的一种实景空间信息获取系统获取的数据包括实景影像数据、激光点云数据和定位定向数据。通过由多个高速数码相机组成的高速数码成像设备2获取目标地物的多角度影像，冗余影像数据用于提高数据精度。