基于CORS的机载LiDAR点云坐标基准转换关键技术研究

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1、测绘第36卷第4期2013年8月147基于CORS的机载LiDAR点云坐标基准转换关键技术研究李成钢王滋政罗小军。石晓春王师(1．广东省国土资源测绘院，广东广州510500；2．广州市建通测绘技术开发有限公司，广东广州510663；3．西南交通大学测量工程系，四川成都610031)[摘要]本文在详细分析机载LiDAR对地观测原理的基础上，提出采用CORS系统及区域精化似大地水准面成果，进行机载LiDAR点云三维坐标基准转换的关键技术方法。以广东省连续运行卫星定位服务系统(GDCORS)以及广东省精化似大地水准面为例，进行了广东省内机载LiDAR点云

2、数据应用坐标基准转换实验，广东省连续运行卫星定位系统及广东省精化似大地水准面模型进行的坐标转换实验表明，区域内三维坐标基准转换精度优于3cm，正常高基准转换精度优于5cm。实验验证了上述方法的有效性，为国内机载LiDAR应用高精度坐标基准转换提供了重要参考。[关键词]机载LiDAR；点云；全球定位系统；广东省连续运行卫星定位服务系统；精化似大地水准面；坐标基准转换[中图分类号]P237[文献标识码]A[文章编号]1674—5019(2013)04—0147-04StudyonCORSBasedDatumConversionIssuesofAirbo

3、meLiDARPointCloudDataLICheng-gangWANGZi-zhengLUOXiao~unSHIXtno—chunWANGShi1引言果，实现机载LiDAR点云三维坐标基准转换，获取平面及水准高程成果的关键技术方法和作业流程。机载激光雷达(LightDetectionAndRanging，以广东省连续运行卫星定位服务系统(GDCORS)以简称LiDAR)是一种基于POS(GPS+IMU)技术和激及广东省精化似大地水准面为例，进行了广东省机光测距技术的主动式对地观测系统，LiDAR开辟了由载LiDAR点云数据应用坐标基准转换实验，

4、验证了空中直接获取高精度三维地面信息的新途径。与传上述方法的有效性，为广东省乃至国内机载LiDAR统航测方式相比，由于LiDAR集成了GPS和POS系应用高精度坐标基准转换提供参考。统，无需布设野外地面控制点，即可实现分米级平面位置精度及10cm左右的激光测高精度。2基于00RS系统的4维坐标基准转换模型但目前，机载LiDAR技术应用仍受制于坐标基机载LiDAR系统瞬时绝对位置由GPS系统及IMU准转换的瓶颈：机载LiDAR系统所获取的是WGS84(惯性导航系统)推算获得，并作为已知点(Yo，椭球框架下的点云数据，而各类测绘应用主要采用，)，属于W

5、GS84坐标系统。根据机载LiDAR平各类本地坐标基准。如平面多采用1980西安坐标系台姿态测量装置获得俯仰角、侧滚角、偏航角统、CGCS2000大地坐标系统等；而高程多采用正常K、观测方向与法线夹角0以及激光测距仪得到的高基准，如1985国家高程基准。为实现上述坐标基矢量的模s，对地观测得到的LiDAR点云P数据的三准转换，传统方法需分别布设平面控制网及水准控维坐标(，，Z-)可按式(1)求出：制网，求取坐标转换参数，计算平面坐标；并采集Xf=X0+AXf；=r0+△；Zf=Z0+AZf(1)重力资料结合水准和GPS成果，求取本地高程异常以计算水

6、准高程。传统方法成果精度低、外业量大、其中，各项投影函数分别为：作业周期长，这些缺陷成为制约机载LiDAR技术应=Sx(O，，k，，)用的技术难点。为解决机载LiDAR点云坐标基准转换问题，本△=，，k，，)(2)文在详细分析机载LiDAR对地观测原理基础上，提出基于最新的CORS系统及区域精化似大地水准面成△Z=，，k，，)148测绘第36卷第4期2013年8月换残差，可采用格网化分区转换的方法。各格网内分别按公式(3)(4)(5)计算转换参数并入库，实现在线的厘米级坐标转换。以广东省连续运行卫星定位服务系统(GDCORS)为例，该系统由全省均匀

7、覆盖的78个GPS参考站联网组成，站间半均间距70km，珠三角区域站间距小于50km。以基于GDCORS系统进行的珠三角某区域转换后的结果残差统计分析为例，分别采用三种不同尺度的格网化转换参数，包括全网统一参数、500km格网参数、lOOkm格网参数，其对应的检测点坐标转换残差分别为151cm、40cm和2cm。可见格网尺度的选择对转换精度影响较大。在本文第4节实验区局部点云数据基准转换时，为取得厘米级的坐标转换结果，采用的为50km格网问距，其实验结果精度将在本文实验部分分析。考站空间坐标(，，)及其变化率(，，2)建立3基于似大地水准面精化成果

8、的高程基准转换坐标参考框架定义为：，X，，Z，X，，Z)=利用机载LiDAR系统获取符合规范要求的测绘产品，高程成果必须转