專利名稱：一種車載激光雷達(dá)系統(tǒng)及城市部件自動(dòng)化測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城市部件測(cè)量方法，特別是一種車載激光雷達(dá)系統(tǒng)及城市部件自 動(dòng)化測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字化城市管理實(shí)現(xiàn)了城市管理從粗放、隨意向規(guī)范、精確和科學(xué)管理的轉(zhuǎn)變。作 為數(shù)字化城市管理必備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，城市部件如供水、供電、供熱、交通路燈、路牌以及消防 設(shè)施等需要進(jìn)行精細(xì)調(diào)查與量測(cè)，并進(jìn)行編碼管理。作為傳統(tǒng)的城市部件調(diào)查與測(cè)量方法， 主要是采用人工外業(yè)、地形圖數(shù)字化以及激光雷達(dá)點(diǎn)云人工拾取等方式建立城市部件數(shù)據(jù) 庫。這種城市部件數(shù)據(jù)庫建立方式主要存在如下問題①采用人工測(cè)量的方式需要投入大量的人力資源，工作效率低下，工作量大，測(cè)量 與調(diào)查的周期長(zhǎng)，成本投入高。②城市現(xiàn)有大比例尺地形圖要素更新周期長(zhǎng)，數(shù)據(jù)更新存在滯后于現(xiàn)狀建設(shè)，采 用地形圖數(shù)字化時(shí)數(shù)據(jù)仍然需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)查與修測(cè)，需要投入較大的人力。③人工拾取激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集城市部件時(shí)，生產(chǎn)效率與周期長(zhǎng)，人工判讀特別是 測(cè)量城市部件時(shí)對(duì)于位置測(cè)量主觀隨意性較大，精度無法保證。④后期城市部件數(shù)據(jù)的更新與維護(hù)需要按照格網(wǎng)劃分投入專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)與 跟蹤，但是每個(gè)作業(yè)人員的所管理維護(hù)的片區(qū)小，整個(gè)城市需要安排的運(yùn)營(yíng)人員過于龐大。因此，如何建立快速的城市部件精確測(cè)量與快速更新方法，是提高數(shù)字化城市運(yùn) 營(yíng)與維護(hù)管理極待解決的問題。三、發(fā)明的內(nèi)容為了提高城市部件數(shù)字化管理與維護(hù)的效率，本發(fā)明的目的是以車載激光雷達(dá)測(cè) 量技術(shù)為基礎(chǔ)，建立城市部件高效率測(cè)量的一種自動(dòng)化方法，提高城市部件測(cè)量與數(shù)據(jù)維 護(hù)的效率。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的采用全自動(dòng)化計(jì)算方法，對(duì)車載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng) 所獲取的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、城市部件位置、高度測(cè)量，從而建立城市部件數(shù)據(jù)更 新與維護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)，具體實(shí)現(xiàn)方法如下采用車載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)對(duì)城市道路兩側(cè)的現(xiàn)狀按照30 60公里/秒的速度 進(jìn)行三維掃描，獲取全地物三維空間數(shù)據(jù)，采用全球定位系統(tǒng)(GPS)差分技術(shù)進(jìn)行精確解 算，獲得準(zhǔn)確的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。并采用激光點(diǎn)云濾波算法去除噪聲點(diǎn)、地面點(diǎn)、建筑物 以及樹木點(diǎn)等。采用模糊聚類算法對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分類，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型①《/(C/,Π =W*)權(quán)利要求
一種以車載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)為工具的城市部件自動(dòng)化測(cè)量方法，其特征是①采用車載平臺(tái)，集激光雷達(dá)設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、差分GPS和陀螺儀平臺(tái)于一體，利用激光掃描和數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)，獲取道路兩側(cè)的高密集度的點(diǎn)云、近景影像數(shù)據(jù)；②通過計(jì)算機(jī)點(diǎn)云處理工具進(jìn)行激光點(diǎn)云濾波處理，將城市部件點(diǎn)云數(shù)據(jù)與地面、建筑物、樹木等其它物體的點(diǎn)云進(jìn)行分離；③對(duì)于分離出來的城市部件點(diǎn)云影像數(shù)據(jù)，通過模糊聚類算法進(jìn)行點(diǎn)云分類，將屬于同一個(gè)物體的點(diǎn)云歸到同一類中；④將歸類成一個(gè)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過規(guī)則幾何形狀模擬優(yōu)化計(jì)算出在平面的幾何中心位置，該位置作為物體的中心幾何點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的以車載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)為工具的城市部件自動(dòng)化測(cè)量方法，其 特征是其中點(diǎn)云數(shù)據(jù)模糊聚類算法如下使用模糊聚類算法對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分類，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型①F) = ( 廣(成*)2目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行聚類計(jì)算，根據(jù)聚類準(zhǔn)則計(jì)算最小J(U，V)， k=\ i=\將點(diǎn)云數(shù)據(jù)按地物的歸屬進(jìn)行分類。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的以車載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)為工具的城市部件自動(dòng)化測(cè)量方法， 其特征是其中幾何形狀擬合優(yōu)化計(jì)算方法如下每個(gè)地物進(jìn)行分類采用圓形、矩形、橢圓 形、等邊三角形等二維方程f(x，y) = 0的方法，對(duì)于空間點(diǎn)單個(gè)地物地面零點(diǎn)以上一定高 度以內(nèi)的所有離散點(diǎn)(確保點(diǎn)云數(shù)在20個(gè)以上)進(jìn)行模擬，計(jì)算其所有點(diǎn)模擬的最小誤差 值數(shù)學(xué)模型②δ =Σ Si =Σ f(Xi，yi)，式中(Xi，Yi)為每一個(gè)激光點(diǎn)在平面上的投影坐 標(biāo)的點(diǎn)位值；取求得最小點(diǎn)位誤差值S ^乍的方程作為擬合圖形，并計(jì)算該圖形方程的中心 點(diǎn)位置，作為該地物測(cè)量的實(shí)際點(diǎn)位值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以車載激光雷達(dá)系統(tǒng)及城市部件自動(dòng)化測(cè)量方法。采用車載平臺(tái)，集激光雷達(dá)設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、差分GPS和陀螺儀平臺(tái)于一體，利用激光掃描和數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)，獲取道路兩側(cè)的高密集度的點(diǎn)云、近景影像數(shù)據(jù)；通過計(jì)算機(jī)點(diǎn)云處理工具進(jìn)行激光點(diǎn)云濾波處理，將城市部件點(diǎn)云數(shù)據(jù)與地面、建筑物、樹木等其它物體的點(diǎn)云進(jìn)行分離；對(duì)于分離出來的城市部件點(diǎn)云影像數(shù)據(jù)，通過模糊聚類算法進(jìn)行點(diǎn)云分類，將屬于同一個(gè)物體的點(diǎn)云歸到同一類中；將歸類成一個(gè)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過規(guī)則幾何形狀模擬優(yōu)化計(jì)算出在平面的幾何中心位置，該位置作為物體的中心幾何點(diǎn)，大大提高了城市部件測(cè)量的精度和效率，可以降低數(shù)字化城市建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)的成本。
文檔編號(hào)G01C11/00GK101950434SQ20101027924
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者江宇, 王力, 竇華成, 鄧世軍 申請(qǐng)人:天津市星際空間地理信息工程有限公司