基于多傳感器融合的車載三維測量系統(tǒng)時空配準

　　引 言

　　城市三維空間信息的獲取是“數(shù)字城市”的基本工程，它具有位置性、多維性和時序性等特點，是“數(shù)字城市”中融合其他各種信息、形成在空間和時間上連續(xù)分布的城市綜合信息的基礎，這就決定了所獲取的城市三維空間信息應具有一定的位置精度、時間精度以及完整的空間坐標描述形式，而過去只依賴于某種特定傳感器的三維信息相對于這些要求就具有很大的局限性。因此，當前城市三維空間信息的獲取的趨勢是由利用單個特定傳感器獲取單一數(shù)據(jù)信息，向利用多個傳感器獲取多方面數(shù)據(jù)信息發(fā)展，將多種類型的傳感器進行優(yōu)化配置信息互補，從而使得系統(tǒng)的精度得到很大提高。這就涉及到如何對多種傳感器進行信息獲取和信息融合的問題。

　　多傳感器數(shù)據(jù)融合處理的前提條件是從每個傳感器獲得的信息必須是在同一個空間的同一時刻的描述。這就包括2個方面：首先，要保證每個傳感器得到的信息是在同一坐標系下的描述，稱之為空間配準;其次，要保證各傳感器之間的數(shù)據(jù)應該在時間上對齊，稱之為時間配準，是上面所提到多傳感器融合中空間配準的關鍵，在車載式三維采集系統(tǒng)的動態(tài)工作環(huán)境下，時間對準問題表現(xiàn)得尤為突出。

　　因此，多傳感器信息的空間配準和時間配準成為城市三維空間信息融合中首先需要實現(xiàn)的關鍵技術。本課題系統(tǒng)集成了新近發(fā)展的多種傳感器，包括3臺Novetel GPS DL-4 OEM接收機、Riegl公司的LMS-Q140i-80激光掃描儀等，可以實時完成載體(車)的GPS定位數(shù)據(jù)、建筑物激光掃描數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息的采集及精確的空間和時間上的配準，從而實現(xiàn)有效的多傳感器信息融合。

　　1 多傳感器空間配準

　　對于車載近景三維測量系統(tǒng)，每個傳感器得到的信息都是部分城市三維空間信息在該傳感器空間(坐標系)中的描述。由于各傳感器物理特性和空間位置上的差異，造成這些信息的描述空間(坐標系)各不相同，因此，很難對這樣的信息進行融合處理。為了保證城市三維信息融合處理的順利進行，必須在融合前對這些信息進行適當?shù)奶幚?，將這些傳感器的數(shù)據(jù)信息映射到一個共同的參考描述空間(參考坐標系)中，然后，進行融合處理，最后，得到城市三維信息在該空間(參考坐標系)上的一致描述。這就需要空間配準，也就是得到多傳感器局部坐標系和全局參考坐標系間的轉換關系，在本課題里選擇的全局參考坐標系就是西安80坐標系。從數(shù)學的角度來看，不同的傳感器的測量值組成一個測量子空間，而信息融合則是各測量子空間按照一定的法則向融合信息空間投影，這里的測量子空間就是在各個傳感器的局部坐標系下。

　　為了進行空間配準，從而實現(xiàn)該課題中激光掃描儀(LMS)數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)的有效融合，本文引人了激光掃描儀坐標系統(tǒng)、激光掃描儀直角坐標系統(tǒng)、平臺坐標系統(tǒng)和基準參考坐標系統(tǒng)(西安80坐標系)。

　　1.1 各坐標系統(tǒng)定義

　　1) 激光掃描儀極坐標系統(tǒng)

　　Riegl公司的LMS-Q140i-80激光掃描儀的掃描角度范圍為