[发明专利]一种轻型机载激光雷达实时处理与控制系统

说明书

本发明公开了一种轻型机载激光雷达实时处理与控制系统，包括轻型无人机平台、机载激光雷达系统和地面控制系统；其中，轻型无人机平台用于搭载机载激光雷达系统，机载激光雷达系统包括激光扫描仪、高速计算单元、高分辨率CCD相机、大容量存储单元和5G通讯模块，用于采集、处理、存储海量点云数据和CCD影像数据；地面控制系统用于保障飞行安全，实时传回机载高速计算单元构建的点云模型与高分辨率CCD相机影像数据，且对机载高速计算单元进行远程控制；本发明可以实时处理点云数据，观测点云模型，操控机载激光雷达系统，巧妙解决了因点云质量问题需进行二次复扫的问题。

技术领域

本发明属于激光雷达的技术领域，具体涉及一种轻型机载激光雷达实时处理与控制系统。

背景技术

LIDAR是激光探测及测距系统的简称。这个概念最早由Bachman和Jelalian提出，它清晰地描述了激光的使用过程：激光发射器发出近红外波段的激光脉冲，经过地面反射和散射后，激光接收器记录返回的激光脉冲，这个过程的时间可以精确到0.1ns，再根据光速就可以准确地计算要测的距离。LIDAR系统是一种利用机载激光扫描(ALS)技术快速采集地表点的摄影测量装置，可自动生成准确的数字地面模型(DTM)和数字表面模型(DSM)。单纯的激光扫描系统作用有限，集成了数码相机的LIDAR系统可有效提高制图效果，如制作高分辨率的彩色数字正射影像图(DOM)等。

目前，机载LIDAR点云数据已被大量应用在以下方面：高精度数字高程模型的生产，真正射影像的制作，城市建筑物的3D模型重建，城市道路提取，公路选线设计，公路交通流量统计，土方量的计算，树木的树种、树高、胸径、冠幅等相关参数的求解，海岸线的侵蚀监测，电力巡线与选线设计等。

机载LIDAR系统在中国的商业化运作始于2004年。2005年，山西亚太数字遥感公司将自德国IGI公司引进的LIDAR系统在太原东山区域进行了国内首次机载LIDAR测图试验，获得了满意的试验结果。此后，山西亚太遥感公司先后与广西桂能信息公司和广州建通测绘公司进行技术合作与培训。自此以后，机载LIDAR的应用如雨后春笋般在中华大地开展起来。这项技术结合中国的实际被多次应用于大比例尺地形图的绘制、电力线巡线、公路设计、森林参数反演等领域，极大地促进了机载LIDAR技术的发展。

现在，国内外制作激光雷达系统的企业主要有国外的Leica，Optech，IGI，Toposys，Saab以及Reigl等，国内的数字绿土等。它们点云数据采集与重构的流程大致如下：先设定好航线，飞行平台负载激光雷达系统，按预定航线进行点云扫描，在着陆后拷贝数据到计算机中进行读取，评测获取点云数据的质量，如果有缺失点或点云质量较差，需调整航线进行二次乃至多次扫描，直到质量满足要求为止。此种方法，费时费力且效率较低。因此能够实时进行点云数据处理，并根据点云质量，及时调整飞行航线、激光扫描仪的扫描频率与视场角、高分辨率CCD相机的拍照频率等都将有注意提高机载LIDAR系统的质量与工作效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种轻型机载激光雷达实时处理与控制系统，能够实现机载激光雷达在最少架次内获得优质点云数据。

实现本发明的技术方案如下：

一种轻型机载激光雷达实时处理与控制系统，包括轻型无人机平台、机载激光雷达系统和地面控制系统；

所述轻型无人机平台用于搭载机载激光雷达系统；

所述机载激光雷达系统包括激光扫描仪、高速计算单元、高分辨率CCD相机、大容量存储单元和5G通讯模块；

激光扫描仪用于对目标区域范围内地面物体进行扫描，获取地物海量点云数据；

高分辨率CCD相机用于获取目标区域地物的影像数据；

高速计算单元用于对激光扫描仪和高分辨率CCD相机进行控制，并对所采集的海量点云数据进行实时后处理得到点云模型数据；