单线激光雷达与GNSS/INS的空间重构

发布时间：2024-04-08 21:47

　　为了解决多线激光雷达在三维空间重构任务中数据吞吐量过大导致运算负担过重以及扫描俯仰范围有限的问题,本文提出了一种利用单线激光雷达与惯性测量单元GNSS/INS相互结合的多站点扫描空间重构方案及相应解算方法。首先使用单线激光雷达扫描待测空间获取三维尺度信息,然后将点云数据与对应的任意方向的航向角相结合,再利用四元数姿态解算获取各站点扫描的点云图像。为提高计算效率,使用迭代最近点算法实现站点间点云配准时,对待匹配点云数据筛选并更新。实验结果表明:在保留点云数字特征前提下,单线激光雷达与GNSS/INS系统能够提高76%的运算速率。本文提出的硬件方案和解算方法不但能够实现较高的配准精度,与多线激光雷达方案相比工程成本也得到显著下降。

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【部分图文】：

图1UTM-30LX雷达的工作扫描区域

单线激光雷达利用飞行时间法（TimeofFlight,TOF)[9]实现距离的测量，并且结合测角技术直接获取目标点的角度信息。实验中选用的激光雷达传感器是由日本HOKUYO公司生产的UTM-30LX单线激光雷达。该款激光雷达拥有30m的有效测量距离、270°水平测量角度以及2....

图2空间三维重构流程

在实验中将单线激光雷达和GNSS/INS惯性测量单元固定在一起，由于实验测试的空间场景相对于两个传感器的体积较大，在实验过程中可近似将它视作一个在空间内重心重合的质点，那么GNSS/INS反馈的位置姿态信息亦可视为激光雷达的姿态信息。但是二者之间会始终存在一个由初始状态决定的角度....

图3载体姿态解算流程

传感器的姿态解算是实现三维重构的核心技术之一。实验中，三维重构研究系统的姿态和航向角能够有效地反映各个时刻下其所在空间的位置，从而绘制在空间某一位置的三维扫描图像。运用四元数进行姿态解算，能够减小因航向角分析顺序不同而导致的误差，并解决在某一个航向角的旋转值为90°时会出现万向节....

图4采集数据场景

为了验证本文提出的空间三维重构方法的可行性，实验选择200mm×200mm×300mm的立方体作为实验数据采集对象；实验数据处理平台为i5-4200Mcpu,8GB内存，win7操作系统。如图4所示，利用GNSS/INS收集的多维欧拉角信息和单线激光雷达数据，可以得到两组未配准的....

本文编号：3948860