山猫（Lynx）车载激光移动测量系统精度分析

周振明，唐秋祥

（湖南省第一测绘院，湖南衡阳 421001）

山猫（Lynx）车载激光移动测量系统精度分析

周振明*，唐秋祥

（湖南省第一测绘院，湖南衡阳 421001）

利用山猫（Lynx）车载激光移动测量系统采集了5条实验路段的激光点云数据，通过数据联合解算，采用不同间距的检校点纠正方案，得出了有益的结论：车载激光移动测量系统沿带状线路进行测量时，对沿线GPS基站的要求较高，数据采集位置距基站的平均距离不应大于系统的标称值，超过标称基站距离的激光点云高程精度将大幅下降。要提高激光点云的位置精度，可布设检校点对激光点云进行纠正，应根据不同的成图精度选择不同间距的检校点布设方案。

车载激光移动测量系统；移动测量、激光点云；检校点纠正

1　引 言

车载激光移动测量系统（MMS）将全球导航定位系统（GNSS）、惯性测量单元（IMU）、激光扫描仪（Li-DAR）、工业相机（CCD）、距离编码器（DMI）等集成在车载平台上，沿车行路径快速采集多源空间地理信息数据，经后期数据解算和处理，可以获得高精度的三维激光点云和影像数据成果［1，2］。

由于全球导航定位系统、惯性测量单元、距离编码器受不同时段、不同天气、不同区域、信号遮挡等多种因素干扰，加上激光扫描距离、基站设置距离以及检校点间距等不同，最终影响到激光点云的空间位置精度。随着移动测量技术的日益发展和普及，许多学者对移动测量的精度状况从多角度进行了研究，李峰用地面控制点来提高车载点云精度，取得了一定效果，但实验数据仅200 m，结果不具普遍性［3］；徐工等研究了车速、扫描距离对移动点云精度的具体影响尺度［4］；程效军等研究了点云配准的误差传播规律［5］。然而，针对移动测量进行大规模点云精度实验研究尚不多。为了研究不利环境和实际野外作业工况下车载激光移动测量系统激光点云的精度状况，本次实验利用加拿大 Optech公司的山猫（Lynx）车载激光移动测量系统，选取了湖南省内沪昆高速（中方-玉屏）段、包茂高速（中方-吉首）段、溆怀高速等进行长距离移动测量精度测试，获取大数据量的激光点云与对应的影像数据。此高速路段涵盖了山区GPS信号微弱、失锁、隧道密集等各种对定位精度不利的因素，具有野外环境的代表性。

2　野外数据采集

根据计划，项目组分两次先后采集了选定路线的激光点云数据，具体线路情况如表1所示。

各实验线路情况表　表1

可以看出，数据采集时间覆盖了9:00～21:00，基本包含了测绘正常生产作业时段，可较好的反应不同时间段环境对定位精度的影响。

野外数据采集方案:

（1）制订计划。扫描车作业前，经过检校场检校，设备状况良好。先规划好作业范围和扫描车行驶路径，将作业图导入至随机软件Lynx Survey并绘制路径，方便导航作业范围。

（2）GPS基站数据采集。扫描车作业前，提前30 min以上架设基站。

（3）激光点数据采集。扫描车按计划开始作业，扫描结束后，扫描车静止，车载POS需做5 min以上的静态。静态结束后，从车载激光系统的存储器中，将车载POS数据拷贝至计算机。

（4）扫描作业结束后，基站继续接收GPS信号至少30 min。

（5）为了提高激光点云空间精度，同期还安排技术人员采集检校点三维坐标。

外业采集获取的数据包括:*.range格式的原始激光点数据、车载GPS实时测量的轨迹数据、GPS基站数据、距离编码器数据、影像数据和检校点坐标等。

3　数据后处理

3.1数据联合解算

使用随机软件对采集的数据进行联合解算。

（1）解压数据:从作业硬盘里，解压出原始的激光点数据。

（2）处理POS数据；使用POSPac MMS软件加载车载POS数据和GPS基站数据，解算出高精度的车载轨迹线。

（3）数据整合:使用DASHMap处理整合数据，加载原始激光点数据、解算后POS数据、检校参数，输出las格式的激光点云数据。

由于受外部环境因素影响较大，联合解算的激光点云空间精度不高，要提高其空间精度，必须利用高精度的检校点对激光点云进行纠正处理。

3.2激光点云纠正

选择不同密度的检校点方案，测试纠正后激光点云的空间位置精度。

主要步骤包括:激光点云数据分块，分块导入激光点数据，导入解算后的轨迹线数据，轨迹线分段，匹配对应轨迹线编号，导入外业检校点，人工匹配，计算系统方向改正值，修正轨迹线，输出纠正后激光点数据等。

4　精度分析

4.1观测参数

各实验路段观测参数情况如表2所示。

各实验路段观测参数情况　表2

4.2纠正前激光点云精度统计

以满足1∶5 000、1∶10 000地形图精度为前提，按照文献［6］中1∶5 000、1∶10 000地形图精度指标进行统计。考虑测量方式的不同，地形类别认定为丘陵地区，地物点平面位置中误差应优于图上0.5 mm（为便于统计，误差均采用省略正负号表示，下同），高程中误差应优于1.2 m［6］，超过两倍中误差视为粗差。统计纠正前各实验路段激光点云精度如表3所示。

从表3可知，5条实验路段的平面精度均满足1∶10 000比例尺精度要求，但只有1条路段高程精度满足规范要求。分析实验路段观测外部环境因素及解算精度情况，距基站平均距离均大于系统所要求的30 km（标称距离），最远达到60余千米，而中方-会同路段距基站平均距离最短，为32.1 km，平面和高程精度最高，甚至满足1∶500地形图精度要求（平面中误差优于0.3 m，高程中误差优于 0.4 m），当野外GPS信号影响相差不大时，我们认为距基站平均距离为影响成果精度的主要原因。

各实验路段解算精度统计　表3

4.3纠正后激光点云精度统计

采用平均间距为1.5 km的检校点对各实验路段激光点云进行纠正，按照文献［7］中 1∶1 000、1∶2 000地形图精度指标进行统计，丘陵地区地物点平面中误差应优于图上 0.6 mm，高程中误差应优于0.5 m［7］，超过两倍中误差视为粗差，统计结果如表4所示。

检校点间距为1.5 km时各实验路段激光点云精度统计　表4

可见，在检校点间距为1.5 km的情况下，激光点云精度能完全满足1∶1 000DLG的精度要求，且粗差率较低。

为检验不同间距的检校点对激光点云纠正精度的影响，项目组对怀化-凤凰路段分别采用 5 km和10 km间距的检校点对激光点云进行纠正，按1∶5 000、1∶10 000地形图精度指标进行统计，结果如表5所示。

怀化-凤凰路段不同检校点间距纠正后激光点云精度统计 表5

采用5 km间距的检校点进行纠正，激光点云精度能够满足1∶5 000地形图精度指标；采用10 km间距的检校点进行纠正，激光点云精度满足不了1∶10 000地形图精度指标，主要是高程精度超限。

5　结 论

车载激光移动测量系统因沿带状线路进行测量，对沿线GPS基站的要求较高，数据采集位置距基站的平均距离不应大于系统要求的30 km，超过 30 km后的激光点云高程精度将大幅下降。如需提高激光点云位置精度，应布设检校点对其进行校正，可根据不同的成图精度选择不同间距的检校点布设方案。实验证明，检校点间距对激光点云高程精度的影响要大于对平面精度的影响。要满足1∶1 000、1∶2 000地形图精度，宜布设间距为 1.5 km左右的检校点；要满足1∶5 000、1∶10 000地形图精度，宜布设间距为5 km左右的检校点。

［1］李德仁.移动测量技术及其应用［J］.地理信息空间，2006，4（4）：1～5.

［2］宋杨.基于RIEGL VZ-400及Ladybug3全景相机的移动激光测量系统的研制及应用［J］.城市勘测，2014（2）：91～95.

［3］李峰，余志伟，董前林等.车载激光点云数据精度的提高方法［J］.科技情报开发与经济，2011，21（9）：123～124.

［4］徐工，程效军.移动测量系统点云精度评定及应用分析［J］.工程勘察，2013，4（9）：42～46.

［5］程效军，施贵刚，王峰等.点云配准误差传播规律的研究［J］.同济大学学报·自然科学版，2009，37（12）：1668～1672.

［6］CH/T 1011-2005.1∶5000 1∶10000地形图航空摄影测量内业规范数字线划图［S］.

［7］CH/T 9008.1-2010.基础地理信息数字成果1∶500 1∶1000 1∶2000数字线划图［S］.

Accuracy Analysis of Lynx Mobile Laser Scanning Measurement System

Zhou Zhenming，Tang Qiuxiang
（The first surveying and mapping institute of Hunan Province，Hengyang 421001，China）

In this paper，we collect LiDAR（Light Detection and Ranging）datasets from five test roads using Lynx mobile laser scanning measurement system.By joint solution and correction between check points with different interval，we get promising results for peers to reference.Firstly，the measurement results given by mobile laser scanning measurement system strongly depend on the GPS（Global Position System）base stations all along.Secondly，the average distance between the base station and the data collection points should not be more than the system calibration values，or the measured height precision will decrease to a large extent.Finally，the position accuracies of LiDAR point clouds can be increased by setting check points to correct the point clouds.In addition，different check points setting approaches should be chosen according to different mapping precision.

mobile laser scanning measurement system；mobile measurement；LiDAR point cloud；check point correction

1672-8262（2016）04-65-03

P234.4

A

2016—03—09

周振明（1964—），男，高级工程师，注册测绘师，主要从事测绘技术工作。

国家自然科学基金项目（41574006）