题目：机载激光雷达高精度测量若干关键技术研究

    机载激光雷达（LiDAR）系统作为一种主动式对地观测系统，集成了全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）、激光测距系统等，可以直接获得目标区域高精度地表高程数据，在高程数据的获取以及数据的快速后处理等方面，是对传统摄影测量技术的重要补充。随着激光测量在城市建模、地形测绘、地球科学和生态系统等诸多领域中的广泛应用，对机载激光雷达的测量精度提出了更高的要求。本文从机载激光雷达误差溯源分析入手，以提高机载激光雷达测量精度为目的，对机载激光雷达的集成与应用进行了相关研究。

机载激光雷达是多传感器集成系统，通过建立测量方程，分析各传感器测量误差与激光脚点定位误差之间的映射关系，并进行定量分析。得出为提高激光脚点定位精度必须提高机载激光雷达系统中相关角度测量精度的结论。

    机载激光雷达系统是时空四维系统，实现多传感器之间的时空对准是实现高精度测量的基础。各个传感器以精确的GPS秒脉冲信号作为时间基准，然后利用自身的定时器或者计数器，得到每个测量数据对应的测量时间，作为多传感器数据融合的纽带。在系统检校方面，根据安置误差角对激光脚点分布的影响规律，采用一种简单快捷的激光扫描仪安置角误差检校方法以实现空间对准。利用GPS/INS提供的线速度、线加速度和角速度信息，采用分段Hermite插值方法，提高了数据插值精度。并且搭建了一套车载动态激光雷达三维测量系统，对所提方法进行了实验验证。

    由于飞行平台的姿态测量精度是影响激光脚点定位精度的主要因素，故本文提出了基于航摄图像的飞行平台姿态测量方法，通过解算航摄图像之间姿态的相对变化，逐次递推得到每一幅图像拍摄时飞行平台的姿态。通过仿真分析，探讨了姿态测量精度与焦距、视场角、同名点匹配精度等之间的关系。为解决对图像传感器高分辨率的要求，提出在像平面上安置多个图像传感器，每个传感器只负责一个特征点的匹配。

    影响机载激光雷达激光脚点分布的主要因素包括扫描参数、飞行参数以及姿态角偏差。在满足激光脚点点间距的要求的前提下，提出了一种求解最优扫描参数和飞行参数的方法：在确保激光脚点密度的情况下，设计最佳的扫描频率、飞行速度和高度等参数。此外，采用数字仿真方法分析了对姿态角偏差对激光脚点分布的影响，根据光学反射定理，针对多面转镜扫描方式的特点，提出一种侧滚角偏差补偿方法；针对摆镜扫描方式的特点，提出了一种激光指向稳定方法。

    三维点云的滤波与分类是机载激光雷达数据处理的基础。采用基于核密度估计的统计分析方法。分析一块区域内的数据高程信息的概率密度分布，并依据峰值对应的高程设定滤波阈值。为保证滤波的准确性，采用分层分块的思路逐层细化，从而得到较好的滤波效果。建筑物提取是激光雷达最常见的数据分类，在滤波结果的基础上，根据不规则三角网（TIN）的点云组织方法，设定面积阈值提取出地物点中的建筑物点云。