的方向发展，使数据处理的自动化、智能化成为可能。激光测绘技术直接获取高精度三维数据，与传统测量技术相比具有明显的优越性，可广泛应用于三维空间数据的采集与更新。当前，在以道路和道路相关地物、地形修测为主的地形图修测、城市三维空间信息的采集、更新、立体建模和数字城市建设等方面的应用中，需要使用方便灵活的车载激光测绘系统，作为数据获取的有效方式。车载激光测绘依托于我国稠密的公路网，能够覆盖绝大多数测绘区域，作业灵活，使用资源很少，具备低成本、高效率、快速测量等特点，对我国数字化城市建设以及军事测绘等测绘工程提供了有力的技术支持¨１。
ｌ发展现状
近１０年，激光扫描测量系统作为精确、快速地获取地面三维数据的工具已得到广泛认同。从１９９８年起，测量系统使用量以每年２５％的速度递增。加拿大ｏｐｔｅｃｈ公司的ＡＬＴＭ和ＳＨＯＡＬＳ、Ｌｅｉｃａ公司的ＡＬＳＳＯ、瑞典的ＴｏｐｏＥｙｅＡＢ公司的ＴｏｐＥｙｅ、德国ＩＧＩ公司的ＬｉｔｅＭａｐｐｅｒ、法国ＴｏｐｏＳｙｓ公司的ＦａｌｃｏｎＩＩ等是当前较成熟的商用系统。
比较典型的系统有美国３ｒｄＴｅｃｈ公司生产的ＤｅｌｔａＳｐｈｅｒｅ．３０００，它是一种便携式激光扫描成像系统。其工作原理是通过激光扫描测量的方法，快速获得测量对象的全景三维云图，同数字相机图像合成，得到细节精确的三维视景，实现三维模型的重建。该系统平面扫描角度３６００、俯仰扫描角度为１５００，采样２５０００点／ｓ，目标距离范围０—１２ｍ，测量数据通过以太网接口传送给ＰＣ机。
瑞士莱卡公司ＨＤＳ３０００激光扫描仪是莱卡公司ＨＤＳ系列的旗舰产品【翱，具备快速高密度数据获取能力，可有效地应用于大范围工程测量项目。主要技术指标为：最大视场３６００ｘ２７００；测绘点距密度小于６ＩＩｕＩｌ（约５０ｍ）；位置精度６ｍｉｌｌ（约５０ｍ）；测量视场、扫描密度可选择。其应用领域包括大坝测量、建筑物测量、大型立交桥测量等。
加拿大ＯＰＴＥＣＨ公司是专业测绘三维激光雷达制造商，产品包括大地地图测绘激光雷达、海洋测绘激光雷达、场景三维测量激光雷达、岩洞测量激光雷达、工业激光雷达以及航空航天测量激光雷达等多个品种。其中地图测绘激光雷达以ＡＬＴＭ机载激光雷达为代表，海洋测绘激光雷达以ＳＨＯＡＬＳ为代表，场景三维测量以ＩＬＲＩＳ为代表，岩洞测量以ＣＭＳ为代表，航空航天测量激光雷达以装备于ＸＳＳ－１１卫星的激光雷达和火星探测激光雷达为代表。
由于车载激光测绘系统的技术难度较大，在世界范围内，很少看到车载激光测绘系统的产品。２００８年７月在北京召开的“第２１届国际摄影测量与遥感大会”上，出现了以ＯＰＴＥＣＨ、ＲＩＧＬ等公司成熟产品为核心的车载测绘系统样机介绍，其中以ＯＰＴＥＣＨ公司的三维激光测量车最先进。该车使用两台激光扫描测量仪、一台差分ＧＰＳ、一台ＩＭＵ、ＣＣＤ摄像机和多台数据记录设备。激光扫描测量仪采用脉冲测距方式，工作频率１０ｋＨｚ，每次发射激光录取４个回波，得到目标的距离。测量状态下整车行进速度最大可达５０ｋｍ／ｈ，测距精度在毫米量级。激光扫描仪可实现１８００扫描角，两台成交叉放置，实现对道路两侧的全景扫描。
该三维激光测量车获得的激光扫描图像如图ｌ所示。
图ｌ三维激光测量车获得的激光扫描图像
Ｆｉｇ．１Ｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇｐｉｃｔｕｒｅｂｙｍｏｂｉｌｅｍａｐｐｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅ
２原理及系统构成
２．１系统工作过程
首先，利用ＧＰＳ对载车进行定位，获得准确的测量原点大地坐标。再利用ＧＰＳ和ＩＭＵ对载车测绘基准的姿态进行测量，得到大地坐标系下三维激光扫描仪的高低角、偏航角以及滚动角。然后，利用三维激光扫描仪对测绘点进行逐点测量，得到测绘点相对于测绘基准的方位角、高低角以及距离。通过坐标换算得到测绘点的大地坐标。目标的属性等信息通过ＣＣＤ
相机同步采集的照片进行辨识１引。最后，生成测绘产
万方数据
万方数据
红外与激光工程第３８卷
能够有效地抑制大动态范围变化带来的信号微弱和信号饱和的快速交替变化，这是系统设计的难点［６１。
３．３多传感器协同与定标技术
多传感器的协同与定标是将用于测量的多个传感器纳入统一坐标系和时间基准下，实现同步控制、测量与解算，是获得高精度测量数据的基础。目前的技术手段尚无法实现多传感器测量原点的高精度重合，测量时间也很难保持完全同步。测量原点不重合，在计算过程中难免引入误差，需要使用高精度测量仪器准确测量各测量原点间的空间几何关系，得到安装矩阵，在运算中引入安装矩阵计算测量点的坐标。通常需要使用全站仪、立方镜以及激光准直器等实现多个传感器的安装矩阵测量。
车载测量设备是在运动中测量，不同时刻，测量的基准点不同，因此，需要统一的时间基准，确保每个传感器的测量时刻控制在允许的误差范围内。多数大型测量系统中，使用ＧＰＳ授时时钟作为时间基准，利用自身的高精度时钟作为本地时钟，本地时钟在一定时间内使用ＧＰＳ授时时钟校准。由本地时钟分频后满足多个传感器不同的时钟频率需求。同时实时计算传感器测量时刻与时钟的误差，利用插值算法修正传感器测量时间误差引入的测量误差。
４试验及结果分析
４．１试验
基于上述车载激光测绘系统的基本原理和技术分析，研制了一套试验系统，并进行了测试试验。
（１）静态试验
车载激光测绘系统首先检测激光扫描测量设备的重复精度，选择某建筑物作为目标，长时间定点测量，获取目标图像并作误差分析，试验显示激光扫描测量设备样机重复精度优于０．１ｍ。测试所获得的激光图像如图４所示。
图４样机静态测量图像
Ｆｉｇ．４Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｉｃｔｕｒｅｏｆｐｒｏｔｏｔｙｐｅｉｎｓｔａｔｉｃｓｔａｔｅ
（２）动态试验
动态试验场地选择在某开发区大街，载车分别以１０、２０、３０、４０ｋｍ／ｈ的车速沿着大道行驶，对两侧的建筑物等目标进行测量。使用全站仪作为检测设备，在标志性建筑物上选取特征点，测量其大地坐标并作为精度标定点，试验测量场景及获得的激光测量点三维坐标恢复图像如图５所示。
图５动态试验车速４０ｋｍ／ｈ获得的激光测量图像Ｆｉｇ．５Ｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇｐｉｃｔｕｒｅｉｎｄｙｎａｍｉｃｓｔａｔｅ（ｖｅｈｉｃｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙ：４０ｋｍ／ｈ）
对动态试验数据进行坐标计算，与同名点的大地坐标对比计算重复测量精度。动态试验区域总里程１．５ｋｍ，有效测量点大于５ｘ１０７个，重复测量次数１０次。随机选择２００个点进行误差分析，得到测量重复性中误差０．７６２ｍ，绝对定位中误差不大于２ｍ。４．２误差分析
本次试验中，误差主要来源于以下４方面。
（１）测量设备自身测量误差。试验样机激光扫描仪测距分辨率和测角分辨率有限引入误差，而且随测程的增加，坐标定位误差增大。ＩＭＵ和ＧＰＳ设备自身的误差，即在通过算法解算载车的定位和定姿数据时引入误差。
（２）标定误差盯】。ＧＰＳ和ＩＭＵ以及激光扫描仪不可能安装在同一坐标原点，而这些设备的测量原点也很难采用物理方法测准，安装矩阵不准确必然引入误差。当这些误差转化成角度误差时，对远距离目标来说，测量的误差又得到进一步放大。
时间基准的标定中，受ＧＰＳ和ＩＭＵ工作原理，数据获取速率很低，而激光测量速率很高，因此，数据处理时要求对ＧＰＳ和ＩＭＵ数据进行内差。但由于激光测量速率和ＧＰＳ／ＩＭＵ测量速率相差约两个数量级，内插精度难以保证，尤其在内插条件临界时，误差更大。
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