一种顾及靶标控制的高精度隧道移动扫描方法

针对运营隧道检测无全球导航卫星系统(GNSS)信号，移动激光扫描难以获取绝对坐标系下三维点云数据的问题，该文提出一种顾及靶标控制的高精度隧道移动扫描方法。并将三维激光扫描仪、惯导、里程计、倾角仪集成为自移动三维激光扫描系统，利用倾角仪静态测量姿态角约束惯导数据，结合控制点坐标纠正测量线路轨迹，生成绝对坐标系下的三维点云数据。通过与组合导航对比以及现场实验验证，该方法绝对定位点位偏差可以控制在0.06 m以内。研究方法解决了隧道场景绝对定位难题，有效避免了由于卫星信号遮挡隧道移动扫描点云明显变形和误差急剧变大等情况，为轨道交通隧道三维显示、病害检测等后续分析提供了良好的数据支撑。     

GPS/INS松组合与紧组合的实现与定位精度比较

GPS/INS组合导航技术包括两种组合模式:松组合与紧组合.在此分别给出了两种组合模式的算法,编程实现了GPS/INS松组合、紧组合两种组合导航的算法,并在此基础上根据车载组合导航的实测数据,对定位精度进行了比较分析,得出紧组合相比于松组合能够获得更好的定位精度.     

三维激光扫描技术在地铁隧道形变检测中的应用

地铁隧道正上方堆放大量渣土导致还未运营的线路结构产生严重形变,全站仪测量方式很难准确测绘出形变大小。提出应用三维激光扫描技术,应对隧道受损区域的检测和修复工作。首先,阐述了应用快速绝对定位方式进行点云数据采集,其次利用自行开发的隧道点云数据处理软件,进行了隧道断面切割和收敛分析;最后分析了三维激光扫描仪对比全站仪进行隧道形变检测的特点和优势,论证了三维激光扫描技术应用在地铁隧道结构形变检测的可行性。     

基于车载式激光扫描的地铁隧道结构检测

本文针对地铁隧道结构检测的基本内容和要求,基于车载式激光扫描技术研究了地铁隧道结构的检测方法.采用车载激光扫描系统采集地铁隧道的点云数据,采用基于RANSAC算法和大小尺度法线算法的组合滤波方法对点云数据进行预处理,通过对隧道点云数据的切片、拟合、展开等处理,计算并分析了地铁隧道的断面变形、收敛值、错台值及渗漏值等.研...     

车载激光扫描的三维信息融合技术

本文针对具体应用领域,分析了传统三维量测手段的不足,提出了将激光扫描技术和定位定姿技术运用于车载平台获取三维信息的技术途径;概述了车载激光扫描的系统架构和工作原理,详细分析了激光点云与GPS数据、IMU数据及数字图像的多源信息融合算法;并对实验结果进行了分析。结果表明:该方法具有高效率、高精度、无需控制点、全自动化等技术优势,在数字城市建设、应急救灾等领域具有广阔的应用前景。     

基于三维激光扫描数据的地铁隧道断面测量

地铁主体施工完毕后为了对线路进行调线调坡,需要对地铁隧道进行断面测量,三维激光扫描与常规测量方法相比具有非接触式测量,可高密度采集空间三维点云数据等特点,为地铁断面测量提供了新的途径。本文基于Leica Scanstation 2扫描仪分析了三维激光扫描点云数据采集步骤和数据处理流程,阐述了基于点云数据的地铁断面测量方法,分析了三维激光扫描技术在隧道断面测量中应用的可行性。研究结果表明,这种高密度、高精度的隧道断面能够满足地铁调线调坡等方面的技术要求。     

基于地面三维激光扫描技术的盾构隧道竣工测量探究

分析了地面三维激光扫描系统的测量原理与数据处理方法,研究了点云数据的NURBS曲面重构方法。应用地面三维激光扫描仪采集竣工盾构隧道点云数据,构建了隧道点云模型。选取点云模型的两个横断面与设计断面进行了比较,结果表明,地面三维激光扫描技术可为隧道竣工测量提供更便捷和实用的方法。     

室内定轨移动测量系统组合定位技术精度分析

移动三维激光扫描系统应用到室内的一个重大技术问题,便是对惯性导航系统实时的进行位置改正。但是众所周知,在室内应用卫星定位精度不能达到足够的定位精度。因此本文主要针对室内移动三维激光扫描系统的定位定姿问题作了细致深入的调查研究,文中通过对比分析选择UWB室内定位方案与惯性导航系统组合,对惯性导航系统进行实时的位置改正,并对该系统的原理以及精度等问题进行研究分析。     

GNSS精密单点定位与惯性导航紧组合理论模型

针对精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)动态定位精度低、收敛速度慢等问题,本文采用PPP/INS紧组合系统来达到改善PPP动态定位性能的目的。本文对PPP/INS紧组合的观测方程、误差补偿模型、参数估计模型等进行详细推导。通过车载实验采集的卫星观测数据和不同等级的惯性数据,对动态PPP及PPP/INS紧组合的定位定姿性能进行分析,评估不同等级惯性传感器对PPP/INS紧组合定位精度和收敛速度的影响。实验结果表明:PPP/INS紧组合在北—东—高方向的位置RMS相对于PPP分别改善了70.2%、29.1%和16.8%,达到4.8 cm、12.3 cm和7.4 cm。在卫星跟踪条件良好时,惯性传感器性能对PPP/INS紧组合定位精度影响不大;而在卫星观测条件不足时,惯性传感器性能对PPP/INS紧组合定位精度影响明显。此外,仿真和恶劣条件下的数据结果表明,PPP/INS初始定位精度与收敛速度随惯性传感器性能提高而改善明显。     

车载激光扫描测量系统整体误差模型建立及其分析

影响车载激光扫描测量系统的点云定位精度的误差按来源主要分为测量误差、设备安置误差、数据处理误差3类。本文从车载激光扫描测量系统空间基准统一方程出发,推导了车载激光扫描测量系统综合误差模型,并分别研究了激光测距与测角、POS定位与定姿、激光扫描仪的安置参数及尺度因子等对激光脚点定位精度的影响规律。     

BDS RTK／MEMS-INS组合数学模型研究与性能分析

卫星导航系统和惯性导航系统（INS）具有极强的互补性,两者组合能有效提高导航定位结果的可用性、连续性和可靠性. 随着北斗卫星导航系统（BDS）的快速发展和低成本惯导元件（IMU）性能的不断提高,进行基于BDS和低成本IMU的组合导航系统相关理论和技术研究具有很强的研究意义和实用价值. 本文首先对BDS RTK／M-EMS INS组合理论模型进行推导,并利用实测车载数据对组合系统的性能进行分析. 实验结果表明,在BDS中引入低成本IMU,可以在不损失定位精度的同时有效改善测速精度. 组合后在车载动态中定位精度影响为mm级,而速度误差改善在北、东、地方向达到了75.8％、79.5％、66.7％. 此外,在BDS+INS紧组合中使用双频数据可以改善测速定姿精度,速度误差改善为18.2％、33.3％、33.3％,姿态误差改善为41.1％、26.7％、59.0％.      

地铁隧道点云数据采集与预处理

点云数据能够呈现地铁隧道丰富的特性,具有传统方法不具备的优势,将三维激光扫描技术应用于地铁安全监测成为新的趋势。隧道点云质量的好坏直接影响后期的分析与处理,需要在数据采集与点云预处理等过程中做好把控。本文研究了三维激光扫描技术的原理,给出了地面激光扫描仪数据采集流程,以南京地铁为例,论述了隧道点云数据采集和数据处理关键技术,获得了高质量点云,本文的研究为相关工程技术人员提供了参考。     

误差理论在三维激光扫描点云处理中的应用

误差传播定律反映了直接观测量的中误差对间接观测量中误差的影响,通过三维激光扫描技术获取点云数据,点云数据本身的精度和后续处理的精度与可靠性对各种工程具有全局性的意义。基于此,将误差理论和误差传播定律应用在三维激光扫描技术上,分析了点云数据的误差来源及传播规律。采用点云数据实例演示了提高点云数据处理精度的过程,通过实例实验进行高压塔数据的配准,验证了ICP算法的可行性以及误差范围符合要求。     

BDS-3 PPP/INS紧组合定位性能分析

随着我国北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)的全面建成，基于BDS-3的高精度定位定姿应用需求日益迫切.推导了无电离层组合模式BDS-3精密单点定位(PPP)模型及地心地固坐标系下的惯性导航系统(INS)误差方程，构建了BDS-3 PPP/INS紧组合定位滤波模型，分别针对BDS-3 PPP、BDS-3 PPP/INS松组合、BDS-3 PPP/INS紧组合三种模式进行了定位性能评估.实验结果表明：BDS-3 PPP/INS松组合与BDS-3 PPP位置精度基本一致；BDS-3 PPP/INS紧组合在东(E)、北(N)、天顶(U)方向位置精度为分别7.9 cm、9.3 cm、9.4 cm，较BDS-3 PPP/INS松组合位置精度分别提升了38.3%、33.1%、35.6%，速度精度分别提升了27.3%、45.8%、12%，姿态精度相当.     

CNS+GNSS+INS船载高精度实时定位定姿算法改进研究

天文导航(CNS)、卫星导航(GNSS)和惯性导航(INS) 3种系统组合可提供高精度的定位定姿结果。实际工程中因INS长时间误差累积,以及系统硬件传输存在不可忽略的时间延迟,导致INS提供给CNS的预报粗姿态误差较大,恶劣海况下难以保障快速搜星,造成天文导航可靠性下降、姿态测量精度较低的问题。为此,本文提出了一种CNS+GNSS+INS高精度信息融合实时定位定姿框架,引入了等角速度外推措施,有效地解决了惯导信息延迟问题。通过高精度转台模拟恶劣海况下载体大角速度摇摆,验证了本文提出的改进算法的有效性。试验结果表明,该算法架构简单,性能可靠,显著提高了恶劣环境下星敏感器的快速、准确搜星能力,保障了三组合姿态测量的精度和可用性。     

城市环境下智能手机车载GNSS/MEMS IMU紧组合定位算法

针对城市环境下卫星信号遮挡严重,智能手机全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)定位难以保证连续性和可靠性的问题,提出了一种基于智能手机内置传感器数据的GNSS/微机械惯性测量单元（microelectro-mechanical system inertial measurement unit,MEMS IMU)紧组合车载导航算法。算法使用惯性导航系统机械编排进行时间更新,在车辆运动模型约束的基础上,使用伪距、多普勒频移和载波相位时间差分计算的航向角作为观测值进行测量更新。采用3部不同型号的智能手机进行车载试验分析,结果表明：城市场景下紧组合滤波定位算法平面位置精度统计约为5～6 m,高程方向约为5 m,且在GNSS信号失锁的隧道场景下具有短时间推算功能。该算法受GNSS观测条件的影响较小,大幅提升了城市复杂环境下智能手机车载定位的连续性和可靠性。     

融合TOA/AOD的5G/SINS紧组合导航定位算法分析

针对5G定位和捷联惯性导航单一定位方式的可靠性和定位精度较差的问题,本文以扩展卡尔曼滤波为基础,提出了融合5G信号到达时间和信号离开角的5G/SINS紧组合导航算法。该算法首先利用惯性传感器输出信息解算用户的位置、速度和姿态,在此基础上利用已知的基站坐标反算出一组虚拟的5G观测值,然后使用该观测值和实际的5G测量值建立统一的观测方程进行滤波解算。仿真试验结果表明,5G/SINS紧组合的定位成功率可达99%以上,且能够有效改善惯导航位推算的发散问题,其定位精度相比单纯的5G定位有了大幅提高,相比5G/SINS松组合受基站数量和基站几何分布的影响较小。融合TOA/AOD的5G/SINS紧组合导航的定位结果有超过99%的历元在3 m以内。在5G观测值中存在系统误差时,5G/SINS紧组合的定位表现优于5G定位和5G/SINS松组合导航。     

基于图优化的紧耦合双目视觉/惯性/激光雷达SLAM方法

基于单一传感器的同时定位与地图构建技术已经逐渐不能满足移动机器人、无人机及自动驾驶车辆等智能移动载体日益复杂的应用场景。为了进一步提升移动载体在复杂环境下的定位与建图性能,基于多传感器融合的SLAM技术成为目前研究的热点内容。本文提出了一种基于图优化的紧耦合双目视觉/惯性/激光雷达SLAM方法(S-VIL SLAM),该方法在视觉惯性系统中引入激光雷达原始观测,基于滑动窗口实现了IMU量测、视觉特征及激光点云特征的多源数据联合非线性优化。利用视觉与激光雷达的互补特性设计了视觉增强的激光雷达闭环优化算法,进一步提升了多源融合SLAM系统的全局定位与建图精度。为了验证本文算法的性能,利用自主搭建的集成多传感器的硬件采集平台在室外场景下进行了车载试验。试验结果表明,本文提出的紧耦合双目视觉/惯性/激光雷达里程计相比于紧耦合双目视觉惯性里程计和激光雷达里程计定位定姿性能显著提升,视觉增强的激光雷达闭环优化算法能够在大尺度场景下有效探测出轨迹中的闭环信息,并实现高精度的全局位姿图优化,经过闭环优化的点云地图具有良好的分辨率和全局一致性。     

车载激光扫描在城市大型立交桥三维建模中的应用

城市大型立交桥的三维可视化是数字化城市建设的重要课题,为解决常规三维建模过程中存在的制作周期长、工作量大以及多层立交桥存在遮挡导致数据缺失等诸多问题,结合车载激光扫描系统的特点及优势,本文提出采用车载激光扫描进行城市大型立交桥三维建模技术实现方法,得到了一套可行的数据采集工艺和三维建模技术实现方案。以北京西三环南路丽泽桥三维建模为例,进行了立交桥车载扫描外业点云数据采集、内业数据处理、三维边线提取、立交桥三维建模,从而证明车载激光扫描系统用于建立高精度城市立交桥三维模型的可行性。     

GVIL：基于图优化的GNSS PPP/视觉/惯性/激光雷达紧组合算法

高精度定位与导航服务在移动机器人、无人机与自动驾驶等新兴领域中发挥着至关重要的作用。视觉/惯性/激光雷达组合算法相较于视觉/惯性组合算法,可同时利用环境的空间结构与纹理信息以实现更为鲁棒的位姿估计结果,然而其在大尺度场景下仍存在误差累计问题。为此提出了一种全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）精密单点定位（precise point positioning,PPP）/视觉/惯性/激光雷达紧组合算法。该算法首先通过4种传感器的联合初始化,实现了不同传感器空间基准的统一;然后,用双频无电离层组合后的GNSS伪距、相位观测值与视觉、惯性、激光雷达原始观测值共同构成误差因子;最后,通过基于关键帧与滑动窗口的因子图优化实现了全局位姿的精确、鲁棒估计。经车载实验验证,所提出的GNSS PPP/视觉/惯性/激光雷达紧组合算法通过4种传感器在原始观测值层面的组合,可以显著提升系统在复杂环境下的位姿估计的精度、连续性与可靠性,实现无缝导航。