【摘要】：基于多傳感器集成的移動(dòng)三維測(cè)量系統(tǒng)(Mobile Mapping Systems, MMS)是測(cè)繪遙感領(lǐng)域一種新興的、綜合的、高效靈活的空間信息獲取手段。MMS以現(xiàn)代傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)和平差理論為支撐,能同時(shí)高效獲取包括載體軌跡、全景影像和激光三維點(diǎn)云等多類空間數(shù)據(jù),并通過(guò)對(duì)海量空間數(shù)據(jù)的自動(dòng)智能化處理和深度挖掘,建立被測(cè)對(duì)象的高精度三維模型,構(gòu)建數(shù)字化互聯(lián)網(wǎng)化地圖,從而滿足面向用戶、面向事件和面向管理等不同層次上的位置服務(wù)需求。無(wú)論對(duì)哪類MMS而言,如何消除誤差以提高數(shù)據(jù)精度一直是MMS理論研究和工程應(yīng)用中的基礎(chǔ)問(wèn)題之一。與傳統(tǒng)的測(cè)量手段不同,MMS集成了多個(gè)不同種類的傳感器,采用動(dòng)態(tài)測(cè)量模式,其誤差來(lái)源和誤差特征更為復(fù)雜。MMS誤差既來(lái)源于傳感器本身的測(cè)量誤差,也來(lái)源于多源數(shù)據(jù)融合時(shí)的時(shí)空同步誤差,誤差特征是各種傳感器誤差以及多源數(shù)據(jù)融合時(shí)誤差的綜合表現(xiàn)。對(duì)MMS誤差的處理,需要考慮到各類誤差的隨機(jī)性、趨勢(shì)性以及環(huán)境相關(guān)性。因此,MMS誤差處理需要在MMS誤差分配模型的基礎(chǔ)上根據(jù)各誤差源的不同特性分別處理�？傮w而言,MMS的誤差來(lái)自于三個(gè)方面：定位定姿誤差、載荷(激光掃描儀、相機(jī))測(cè)量誤差以及載荷與定位定姿系統(tǒng)(POS-Positioning And Orienta-tion System)之間的同步(時(shí)間同步和空間同步)誤差。載荷經(jīng)過(guò)校正后(如相機(jī)內(nèi)參數(shù)檢校,激光測(cè)距誤差改正),載荷誤差一般可視為量級(jí)較小的隨機(jī)噪聲。同步參數(shù)誤差在很多文獻(xiàn)和研究中被視為系統(tǒng)誤差,可以通過(guò)專門的標(biāo)定手段加以修正,如自檢校方法,基于控制點(diǎn)檢校方法等。而定位定姿誤差最為復(fù)雜,與環(huán)境密切相關(guān),其在某些情況下將是MMS誤差的主要來(lái)源。移動(dòng)測(cè)量中采用的POS一般由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS-Global Navigation Satellite System)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS- Inertial Navigation System)組合而成,為MMS及其所搭載的各種任務(wù)載荷提供位置、速度和姿態(tài)基準(zhǔn)。POS的長(zhǎng)期絕對(duì)精度主要依賴于GNSS, 而GNSS精度主要受測(cè)量環(huán)境的影響。復(fù)雜現(xiàn)實(shí)測(cè)量環(huán)境對(duì)POS精度的影響給MMS應(yīng)用帶來(lái)了三方面的挑戰(zhàn)：首先,在GNSS信號(hào)良好的環(huán)境下,如天空中或遮擋物較少的高速公路,MMS用于動(dòng)態(tài)連續(xù)水準(zhǔn)測(cè)量時(shí),如何消除POS大地高測(cè)量誤差和當(dāng)?shù)卮蟮厮疁?zhǔn)面模型誤差以改善正高測(cè)量精度,滿足工程精度要求；其次,在GNSS信號(hào)較差的環(huán)境下,如高樓林立的城區(qū)和多路徑效應(yīng)嚴(yán)重的水域,POS的絕對(duì)位置精度將會(huì)大幅下降至分米級(jí)乃至米級(jí),此時(shí)如何提高POS的絕對(duì)位置精度以滿足高精度移動(dòng)測(cè)量的精度要求；最后,在無(wú)GNSS信號(hào)的環(huán)境下,如室內(nèi)區(qū)域和地下空間,若單純依靠INS推算,定位定姿誤差將會(huì)隨時(shí)間快速累積,短時(shí)間內(nèi)誤差將增長(zhǎng)至測(cè)量的容忍上限,導(dǎo)致MMS失效,此時(shí)如何限制INS誤差發(fā)散以保持MMS較高的長(zhǎng)期絕對(duì)精度?針對(duì)上述三個(gè)問(wèn)題,本論文將圍繞地面復(fù)雜環(huán)境下移動(dòng)三維測(cè)量精度改善方法展開研究,在深入分析MMS誤差模型、POS數(shù)據(jù)處理及其誤差特征的基礎(chǔ)上,分別提出基于滑動(dòng)最小二乘配置的GNSS/INS動(dòng)態(tài)水準(zhǔn)測(cè)量精度改善方法,基于最小二乘配置的MLS精度改善方法和基于激光掃描(LiDAR-Light Detection And Ranging)/慣性測(cè)量單元(IMU-Inertial Measurement Unit)/里程計(jì)緊組合的地下空間移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)高精度定位定姿算法,攻克GNSS/INS組合定位定姿系統(tǒng)誤差建模以及地下空間高精度定位定姿定姿兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,突破因環(huán)境對(duì)POS影響導(dǎo)致的MMS應(yīng)用制約。并利用車載MMS、船載MMS、地鐵綜合檢測(cè)小車等不同類型的MMS在高速公路、城郊區(qū)域、城市區(qū)域、水域以及地下隧道等多種不同場(chǎng)景下采集的多套實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本文提出的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)本文的研究,突破上述三個(gè)難題,為改善MMS在工程應(yīng)用中的精度提供理論和實(shí)驗(yàn)支撐。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P237

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本文編號(hào)：2760394