基于多传感器融合的车载三维测量系统时空配准

XT，YT，ZT，φ，ω和k为两坐标系统间的6个转换参数，转换参数可通过外业测量加以标定。  

3) 平台坐标系统到西安80坐标系的转换  

平台坐标系中的坐标可通过3次坐标轴旋转和平移转换到WGS-84坐标系中。其中，3个旋转角和平移向量可由3台GPS在WGS-84中的定位坐标得到，可以求出方向余弦阵RWG(方法与式(3)同)，然后，采用参数化方法将WGS-84坐标系转换到西安80坐标系，即  


2 多传感器时间配准  

选购的奥地利RIEGL公司的LMS-Q140i-80型激光扫描仪，这是一种二维激光扫描仪，进行“铅垂面”扫描，扫描角度为±40°内，最大扫描速度为40线，也就是说每隔25 ms会获取一条扫描线的距离信息，输出的每条扫描线的信息中包括时间信息。  

本系统选用NovAtel DL-4-L1／L2型GPS接收机，原始数据输出频率和位置输出频率为20 Hz，也就是为隔50 ms获取一次定位数据信息，具有时间打标功能。为了使激光扫描仪数据和GPS数据在时间上配准起来，在启动激光扫描仪的同时对GPS数据进行时间打标，在后期处理中就可以解算出GPS时间打标信息用于两传感器的时间配准。图3是本文研究多传感器时间配准的结构图。  


所谓时间配准，一方面通过硬件手段使得各传感器数据在开始的时间上对齐，如上所述；另一方面，就是对各传感器所采集的采样频率不同的目标观测数据进行内差、外推，将大粒度的观测时间点上的数据推算融合到小粒度的观测时间点上。在这里，时间配准的意义在将每个采样时刻由3台GPS获取的平台姿态信息和扫描仪获取的空间信息融合起来。  

在本研究中，GPS数据输出频率为△t1=50 ms，激光扫描仪数据输出频率为△t2=25ms，这样，就需要对GPS数据进行线性内插，使得设该车载三维测量系统的数据输出间隔为△t=△t2，则对第n个时刻的激光扫描仪坐标转换到WGS-84坐标系  

3 实验结果  

该实验在山东科技大学北门进行，载体速度适当，路面比较平坦。首先，利用全站仪精确量测标志点(AA6和AA7)的坐标，结果见表1。然后，再利用该车载三维测量系统对相同的标志点进行了测量，得到相应的测量结果和与标准值(全站仪获取坐标)之间的误差值，见表2。建筑物立面上特征点如图4所示。  


4 结论  

从上面的实验结果(表2)可以看出：AA6点X，Y和Z方向的误差绝对值分别为0.056，0.030，0.039 m，AA7点X，Y和Z方向的误差绝对值比较大，分别为0.082，0.088，0.067m，但精度也在厘米级别，表明该车载三维测量系统定位精度比较高，证实了该系统多传感器的空间配准和时间配准方案是切实可行的，满足了该系统精度的要求。