CN106443705A - 机载激光雷达测量***和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种机载激光雷达测量***和方法。该机载激光雷达测量***包括：激光扫描仪，用于对目标物体进行扫描并采集目标物体的三维激光扫描数据；以及支撑件，具有第一面和第二面，第一面用于与飞行器连接，第二面用于支撑激光扫描仪；其中，第一面和第二面之间具有夹角，夹角大于0度并且小于90度。上述机载激光雷达测量***和方法可以实现对目标物体的倾斜扫描，从而可以获取更多的立面信息，有利于提高目标物体的测绘精度。

Description

机载激光雷达测量***和方法

技术领域

本发明涉及遥感测量技术领域，更具体地涉及一种机载激光雷达测量***和方法。

背景技术

机载激光雷达(Light Detection And Ranging，LIDAR)技术是一种将激光用于回波测距和定向，并通过位置、径向速度及物体反射特性等信息来识别目标的技术。机载激光雷达技术体现了特殊的发射、扫描、接收和信号处理技术。机载激光雷达技术起源于传统的工程测量中的激光测距技术，是传统雷达技术与现代激光技术结合的产物，是遥感测量领域的一门新兴技术。

机载激光雷达测量***是一种高速度、高性能、长距离的航空测量设备，该***一般由激光扫描仪、全球定位***(Global Positioning System，GPS)定位装置、惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)和高分辨率数码照相机组成，可以实现对目标的同步测量。测量数据通过特定方程解算处理，可以生成高密度激光点云数据，用于为地形地物信息的提取提供精确的数据源。

目前，在机载激光雷达测量***采集目标数据时，通常将激光扫描仪水平(或大致水平)安置在飞行器上，以在目标物体的正上方沿着飞行器的飞行方向对目标物体进行竖直扫描，获得目标物体的三维激光扫描数据。图1示例性地示出现有技术中的飞行器及机载激光雷达测量***中的激光扫描仪的示意图。如图1所示，激光扫描仪120水平安置在飞行器110上，其上下两个面可以发射激光，因此激光扫描仪120是采用竖直扫描方式进行扫描的。由于竖直扫描角度较小(行业内认为激光扫描仪属于二维扫描仪)，导致所获取的目标物体的立面数据较少，从而影响目标物体的测绘精度。诸如建筑立面细节、杆塔立面细节等的细节信息的缺失可以在一定程度上影响数据处理结果，为测绘工作带来不利影响。例如，如果关于建筑立面上的窗户的扫描数据少，则在建模时可能丢失窗口信息。又例如，如果关于电力线杆塔横担的扫描数据少，则会对杆塔建模和电力巡检造成很大影响。

因此，需要提供一种改进的机载激光雷达测量***，以至少部分地解决上述问题。

发明内容

考虑到上述问题而提出了本发明。

根据本发明一方面，提供了一种机载激光雷达测量***。该机载激光雷达测量***包括：激光扫描仪，用于对目标物体进行扫描并采集目标物体的三维激光扫描数据；以及支撑件，具有第一面和第二面，第一面用于与飞行器连接，第二面用于支撑激光扫描仪；其中，第一面和第二面之间具有夹角，夹角大于0度并且小于90度。

示例性地，机载激光雷达测量***还包括：定姿定位***，用于采集定姿定位***的位置信息和姿态信息，定姿定位***的位置信息和姿态信息用于结合三维激光扫描数据获得目标物体的空间坐标数据；以及固定件，用于将定姿定位***固定在飞行器上。

示例性地，支撑件和固定件连接在一起。

示例性地，夹角大于5度并且小于85度。

根据本发明另一方面，提供了一种机载激光雷达测量方法，包括：将机载激光雷达测量***中的激光扫描仪倾斜安置在飞行器上，以使得激光扫描仪的中心线与飞行器的预定飞行方向之间具有第一夹角，第一夹角大于0度并且小于90度；以及利用激光扫描仪对目标物体进行扫描并采集目标物体的三维激光扫描数据。

示例性地，在将机载激光雷达测量***中的激光扫描仪倾斜安置在飞行器上之前，机载激光雷达测量方法还包括：将激光扫描仪与机载激光雷达测量***中的支撑件的第二面连接在一起；将机载激光雷达测量***中的激光扫描仪倾斜安置在飞行器上包括：将支撑件的第一面与飞行器连接在一起，以使得激光扫描仪经由支撑件安置在飞行器上，其中，第一面和第二面之间具有第二夹角，第二夹角大于0度并且小于90度。

示例性地，机载激光雷达测量方法还包括：将机载激光雷达测量***中的定姿定位***安置在飞行器上；以及利用定姿定位***采集定姿定位***的位置信息和姿态信息，定姿定位***的位置信息和姿态信息用于结合三维激光扫描数据获得目标物体的空间坐标数据。

示例性地，在将机载激光雷达测量***中的定姿定位***安置在飞行器上之前，机载激光雷达测量方法还包括：将定姿定位***固定在机载激光雷达测量***中的固定件上；将机载激光雷达测量***中的定姿定位***安置在飞行器上包括：将固定件固定在飞行器上，以使得定姿定位***经由固定件安置在飞行器上。

示例性地，机载激光雷达测量方法还包括：利用数据处理***根据定姿定位***的位置信息和姿态信息以及激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置确定激光扫描仪的位置信息和姿态信息，并且根据激光扫描仪的位置信息和姿态信息对三维激光扫描数据进行校正，以确定目标物体的空间坐标数据。

示例性地，机载激光雷达测量方法还包括：利用测量设备，基于标定场测量激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置。

示例性地，将机载激光雷达测量***中的激光扫描仪倾斜安置在飞行器上包括：将激光扫描仪倾斜安置在飞行器上，以使得第一夹角在预设角度范围内；其中，预设角度范围至少根据激光扫描仪的最大测量距离、飞行器的预设飞行高度和目标物体的形状特征计算获得。

示例性地，第一夹角大于5度并且小于85度。

上述机载激光雷达测量***和方法可以实现对目标物体的倾斜扫描，从而可以获取更多的立面信息，有利于提高目标物体的测绘精度。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1示例性地示出现有技术中的飞行器及机载激光雷达测量***中的激光扫描仪的示意图；

图2a示出根据本发明一个实施例的激光扫描仪和支撑件的示意图；

图2b示出根据本发明一个实施例的将图2a所示的激光扫描仪和支撑件安置到飞行器上所形成的构造的示意图；

图3a示出根据本发明一个实施例的利用激光扫描仪对目标物体的顶面进行扫描的示意图；

图3b示出根据本发明一个实施例的利用激光扫描仪对目标物体的侧面(立面)进行扫描的示意图；

图4示出根据本发明一个实施例的飞行器及机载激光雷达测量***中的激光扫描仪、支撑件和定姿定位***的示意图；

图5示出根据本发明一个实施例的机载激光雷达测量方法的流程示意图；以及

图6示出根据本发明一个实施例的飞行器和目标物体的示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。

为了解决上文所述的问题，本发明实施例提出一种机载激光雷达测量***和方法。本文所公开的机载激光雷达测量***和方法在激光扫描期间使激光扫描仪的中心线与飞行器的飞行方向形成一夹角，该夹角大于0度并且小于90度，即，使得激光扫描仪的激光发射方向与飞行器的飞行方向既不平行也不垂直。由于飞行器通常是沿水平方向飞行，因此激光扫描仪在激光扫描期间的激光发射方向是相对水平面倾斜的，因此在激光扫描期间，激光扫描仪可以朝向目标物体的立面(或说侧面)发射激光，以获取较多的立面信息。

下面参考图2a和图2b来描述根据本发明实施例的机载激光雷达测量***。图2a示出根据本发明一个实施例的激光扫描仪和支撑件的示意图。图2b示出根据本发明一个实施例的将图2a所示的激光扫描仪和支撑件安置到飞行器上所形成的构造的示意图。为了简洁，图2b及随后的示出飞行器的附图仅示例性地示出了飞行器的机身底部，而未示出完整的飞行器。应注意，虽然图2b及随后的示出飞行器的附图示出激光扫描仪(或定姿定位***)安置在飞行器的机身底部，但是图2b及随后的示出飞行器的附图所示的激光扫描仪(或定姿定位***)在飞行器上的安置方式仅是示例而非限制，激光扫描仪(或定姿定位***)可以安置在飞行器中的任何合适的位置处。

如图2a所示，机载激光雷达测量***包括激光扫描仪210和支撑件220。激光扫描仪210用于对目标物体进行扫描并采集目标物体的三维激光扫描数据。支撑件220具有第一面(可称为底面)和第二面(可称为顶面)。支撑件220的第一面用于与飞行器连接。支撑件220的第二面用于支撑激光扫描仪210。支撑件220的第一面和第二面之间具有夹角θ，该夹角θ大于0度并且小于90度。

本文所述的目标物体可以是任何合适的需要进行激光扫描以获取其空间坐标数据的物体，例如输电线路(包括杆塔、电力线等)、建筑物、植被、山体等等。

支撑件220的第一面和第二面中的任何一者可以是连续的整块面板，也可以是具有空隙的支架。支撑件220可以由金属、木材、橡胶等任何合适的材料制成，本发明不对此进行限制。

可以利用任何合适的连接件将支撑件220的第一面与飞行器连接在一起，该连接件可以但不限于是定位销或螺纹连接件(包括螺栓、螺母等)等连接装置，本发明不对此进行限制。示例性地，支撑件220的第一面上具有定位孔，飞行器上也具有定位孔，可以利用定位销将支撑件220的第一面与飞行器连接在一起。

同样地，可以利用任何合适的连接件将支撑件220的第二面与激光扫描仪210连接在一起，该连接件可以但不限于是定位销或螺纹连接件(包括螺栓、螺母等)等连接装置，本发明不对此进行限制。示例性地，支撑件220的第二面上具有定位孔，激光扫描仪210上也具有定位孔，可以利用定位销将支撑件220的第二面与激光扫描仪210连接在一起。

图2a和图2b示出了激光扫描仪210的中心线L1。激光扫描仪210的中心线L1是经过激光扫描仪210的重心的、沿着激光扫描仪210的激光发射方向延伸的直线。在将激光扫描仪210固定到支撑件220上，以由支撑件220的第二面支撑时，可以使得激光扫描仪210的中心线L1与激光扫描仪210的第二面平行或大致平行。同样地，在将支撑件220固定到飞行器上时，可以使得支撑件220的第一面与飞行器的预定飞行方向(其典型地是水平方向)平行或大致平行。这样，在将激光扫描仪210经由支撑件220安置到飞行器上时，激光扫描仪210的中心线可以与飞行器的预定飞行方向形成一夹角，该夹角与支撑件220的第一面和第二面之间的夹角θ相等或大致相等，如图2b所示。因此，在将激光扫描仪210安置到飞行器上之后，激光扫描仪210可以实现对目标物体的倾斜扫描。

可以理解，在图2b所示的实施例中，飞行器230的预定飞行方向与飞行器230的机身底部是平行的，图2b以飞行器230的预定飞行方向在机身底部所位于的平面上的投影(直线L2)来代表飞行器230的预定飞行方向，则激光扫描仪210的中心线L1与飞行器230的预定飞行方向之间的夹角即为激光扫描仪210的中心线L1与直线L2之间的夹角θ。

如上文所述，夹角θ大于0度并且小于90度，也就是说，激光扫描仪210倾斜安置在飞行器230上，其激光发射方向既不与飞行器230的预定飞行方向(其典型地是水平方向)平行，也不与飞行器230的预定飞行方向垂直。示例性地，夹角θ可以大于5度并且小于85度。夹角θ距离0度或90度稍远一些，可以补偿飞机的航向偏差所造成的激光发射角度的偏差。可以理解的是，飞行器230可能无法一直准确地沿着水平方向飞行，其可能在某些时刻偏离水平方向一定角度，随后经由自身的航向调整***调整回水平方向。当飞行器230偏离水平方向一定角度时，由于角度θ与0度或90度之间尚存在一定距离，因此可以尽量保证激光扫描仪的激光发射方向相对于水平面是倾斜的。

如上文所述，在对目标物体进行测绘的过程中，飞行器通常沿水平方向(与水平面平行的方向)飞行，因此，在对目标物体进行测绘的过程中，激光扫描仪的激光发射方向大致与水平方向呈一固定夹角，其大小等于夹角θ。

可以理解的是，激光扫描仪的激光发射方向可以朝向飞行器的前方，也可以朝向飞行器的后方。由于激光扫描仪的激光发射方向和飞行器的预定飞行方向均可以用单箭头的射线表示，因此二者之间的夹角可能等于上述夹角θ(其为锐角)或者夹角θ的补角(其为钝角)。当激光扫描仪的激光发射方向与飞行器的预定飞行方向之间的夹角是锐角时，激光扫描仪的激光发射方向朝向飞行器的前方。相对地，当激光扫描仪的激光发射方向与飞行器的预定飞行方向之间的夹角是钝角时，激光扫描仪的激光发射方向朝向飞行器的后方。

这样，激光扫描仪不再从目标物体的正上方竖直扫描，而可以朝向目标物体的侧面倾斜扫描。因此，与现有的机载激光雷达测量***相比，根据本发明实施例的机载激光雷达测量***，通过倾斜安置的激光扫描仪可以获得更多目标物体的立面信息。此外，可以理解的是，虽然激光扫描仪倾斜安置，但是其仍然可以扫描到目标物体的顶面信息。

图3a示出根据本发明一个实施例的利用激光扫描仪对目标物体的顶面进行扫描的示意图。图3b示出根据本发明一个实施例的利用激光扫描仪对目标物体的侧面(立面)进行扫描的示意图。

在图3a和图3b中，飞行器320从左至右飞行，激光扫描仪310的激光发射方向朝向飞行器320的后方。因此，在图3a所示的时刻，激光扫描仪310可以扫描到目标物体330的顶面。然后，飞行器320逐渐运动，直至图3b所示的时刻，此时激光扫描仪310可以扫描到目标物体330的右侧立面。

与现有的机载激光雷达测量***相比，根据本发明实施例的机载激光雷达测量***可以实现对目标物体的倾斜扫描，从而可以获取更多的立面信息，有利于提高目标物体的测绘精度。

根据本发明实施例，机载激光雷达测量***还可以包括定姿定位***和固定件。图4示出根据本发明一个实施例的飞行器及机载激光雷达测量***中的激光扫描仪、支撑件和定姿定位***的示意图。图4所示的激光扫描仪410、支撑件420和飞行器430与图2b所示的对应装置一致，不再赘述。图4还示出了定姿定位***440。

定姿定位***440用于采集定姿定位***440的位置信息和姿态信息，定姿定位***440的位置信息和姿态信息用于结合三维激光扫描数据获得目标物体的空间坐标数据。

示例性地，定姿定位***440可以包括GPS定位装置和IMU，分别用于采集其定姿定位***440的位置信息和姿态信息。位置信息可以包括定姿定位***440的中心坐标(x,y,z)，姿态信息可以包括定姿定位***440的三个姿态角(ω,κ)。定姿定位***440和激光扫描仪410之间的相对位置是恒定的，因此可以根据定姿定位***440的位置信息和姿态信息确定激光扫描仪410的位置信息和姿态信息。随后可以根据激光扫描仪410的位置信息和姿态信息对三维激光扫描数据进行校正，以确定目标物体的空间坐标数据。根据定姿定位***440的位置信息和姿态信息确定激光扫描仪410的位置信息和姿态信息的方式可以采用现有技术实现，本文不做赘述。需注意的是，在根据本发明实施例的机载激光雷达测量***中，激光扫描仪410和定姿定位***440之间的相对位置与现有技术不同，激光扫描仪410的中心线相对于定姿定位***440的中心线来说是倾斜的而非垂直或平行的。定姿定位***440具有自己的坐标系，定姿定位***440的中心线可以是穿过定姿定位***440的重心的、沿其坐标系中的某一特定坐标轴延伸的直线。

固定件(图4未示出)用于将定姿定位***440固定在飞行器430上。固定件可以是任何合适的连接件，其能够将定姿定位***440固定在飞行器430上，即与飞行器430连接在一起。示例性地，固定件可以是诸如壳体。可以将定姿定位***440放置在壳体中，壳体上具有一些定位孔，飞行器430上也具有定位孔。可以利用定位销将壳体与飞行器430连接在一起，以达到将定姿定位***440固定在飞行器430上的目的。

如图4所示，在激光扫描期间定姿定位***440水平安置在飞行器430上。定姿定位***440与激光扫描仪410之间的相对位置保持恒定。定姿定位***440的中心线与激光扫描仪410的中心线之间存在夹角，该夹角可以和激光扫描仪410的中心线与飞行器430的预定飞行方向之间的夹角相等。

在一个示例中，上述支撑件和固定件可以是分离的装置。也就是说，在将与支撑件连接的激光扫描仪和与固定件连接的定姿定位***安置到飞行器上之前，支撑件和固定件之间的相对位置可以根据需要进行调整，使得激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置随之变化。激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置可以包括二者之间的坐标平移量和旋转量。随后可以将相对位置调整好的激光扫描仪和定姿定位***分别经由支撑件和固定件安置到飞行器上。这种方式便于对激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置进行调整。

在另一个示例中，上述支撑件和固定件可以连接在一起。也就是说，支撑件和固定件可以是一个整体。示例性地，支撑件和固定件可以采用焊接等方式连接在一起。在这种情况下，可以将支撑件的第一面和第二面之间的连接界面设计为活动的，可以根据需要调整第一面和第二面之间的夹角，这同样可以实现对激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置的调整。这种方式有利于保持激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置的恒定，便于将激光扫描仪和定姿定位***一起安置到飞行器上。

根据本发明实施例，机载激光测量雷达***还可以包括数据处理***(未示出)。

数据处理***可以与激光扫描仪和定姿定位***通信，用于根据定姿定位***的位置信息和姿态信息以及激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置确定激光扫描仪的位置信息和姿态信息，并且根据激光扫描仪的位置信息和姿态信息对三维激光扫描数据进行校正，以确定目标物体的空间坐标数据。

数据处理***可以采用任何合适的硬件、软件和/或固件实现。数据处理***是机载激光雷达测量***的中央处理装置，其可以接收激光扫描仪和定姿定位***发送的数据，对这些数据进行处理。数据处理***可以根据定姿定位***的位置信息和姿态信息以及激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置确定激光扫描仪的位置信息和姿态信息，如上文所述，确定方式可以采用现有技术实现。随后，数据处理***可以根据激光扫描仪的位置信息和姿态信息对三维激光扫描数据进行校正。类似地，校正方式可以采用现有技术实现，本文不做赘述。

根据本发明另一方面，提供一种机载激光雷达测量方法。图5示出根据本发明一个实施例的机载激光雷达测量方法500的流程示意图。

如图5所示，机载激光雷达测量方法500包括以下步骤。

在步骤S510，将机载激光雷达测量***中的激光扫描仪倾斜安置在飞行器上，以使得激光扫描仪的中心线与飞行器的预定飞行方向之间具有第一夹角，第一夹角大于0度并且小于90度。

示例性地，可以使用上文所述的支撑件将激光扫描仪倾斜安置在飞行器上，如图2b所示的那样。经由支撑件安置激光扫描仪的方式可以参考上文描述进行理解，在此不再赘述。然而，可以理解的是，上述支撑件仅是示例而非限制，可以采用其他合适的方式将激光扫描仪倾斜安置在飞行器上。例如，飞行器可以具有倾斜的支架，可以通过例如连接件将激光扫描仪固定到倾斜的支架上，使得激光扫描仪的中心线相对于飞行器的预定飞行方向是倾斜的。

示例性地，所述第一夹角大于5度并且小于85度。在经由支撑件将激光扫描仪安置在飞行器上的情况下，第一夹角与支撑件的第一面和第二面之间的夹角(在方法实施例中用第二夹角表示)相等或大致相等。本领域技术人员可以参考上述关于图2a和2b中的夹角θ的描述理解第一夹角，在此不再赘述。

在步骤S520，利用激光扫描仪对目标物体进行扫描并采集目标物体的三维激光扫描数据。

在步骤S520的激光扫描仪的工作方式与现有技术中的激光扫描仪的工作方式类似，不再赘述。

根据本发明实施例的机载激光雷达测量方法，由于将激光扫描仪倾斜安置在飞行器上，因此在利用激光扫描仪扫描目标物体时，可以获得较多目标物体的立面信息，有利于提高目标物体的测绘精度。

根据本发明实施例，在步骤S510之前，机载激光雷达测量方法500还可以包括：将激光扫描仪与机载激光雷达测量***中的支撑件的第二面连接在一起；步骤S510可以包括：将支撑件的第一面与飞行器连接在一起，以使得激光扫描仪经由支撑件安置在飞行器上，其中，第一面和第二面之间具有第二夹角，第二夹角大于0度并且小于90度。

如上文所述，可以利用诸如定位销或螺纹连接件的连接件将激光扫描仪与支撑件的第二面连接在一起。类似地，可以利用诸如定位销或螺纹连接件的连接件将支撑件的第一面与飞行器连接在一起。在将支撑件的第一面和第二面分别与飞行器和激光扫描仪连接在一起之后，激光扫描仪即被安置在飞行器上。

可以理解的是，在经由支撑件将激光扫描仪安置在飞行器上时，飞行器的、与支撑件的第一面接触的面(下文称为接触面)通常是平整的，在这种情况下，可以认为第二夹角与第一夹角相等。然而，某些飞行器的接触面可能不太平整，即飞行器的接触面本身相对于飞行器的预定飞行方向(例如水平方向)存在一定程度的倾斜，在这种情况下，第一夹角为第二夹角与飞行器的接触面相对于飞行器的预定飞行方向的倾斜角度之和。但是，飞行器的接触面的倾斜角度通常不会太大，对激光扫描仪的倾斜扫描影响较小。此外，可以将支撑件的第一面和第二面之间的第二夹角设计得距离0度和90度远一些，例如在45度左右，这样，可以减小飞行器的接触面本身的倾斜对激光扫描仪的倾斜扫描所带来的影响。总之，由上述可知，第一夹角的大小可以由第二夹角的大小决定。

根据本发明实施例，机载激光雷达测量方法500还可以包括：将机载激光雷达测量***中的定姿定位***安置在飞行器上；以及利用定姿定位***采集定姿定位***的位置信息和姿态信息，定姿定位***的位置信息和姿态信息用于结合三维激光扫描数据获得目标物体的空间坐标数据。

示例性地，可以使用上文所述的固定件将定姿定位***安置在飞行器上。经由固定件安置定姿定位***的方式可以参考上文描述进行理解，在此不再赘述。然而，可以理解的是，上述支撑件仅是示例而非限制，可以采用其他合适的方式将定姿定位***安置在飞行器上。例如，飞行器可以具有支架，可以通过例如连接件将定姿定位***固定到支架上。

在一个示例中，定姿定位***可以水平安置在飞行器上，即定姿定位***的中心线可以与飞行器的预定飞行方向平行。与定姿定位***长时间倾斜安置相比，在定姿定位***长时间水平安置的情况下所获取的位置信息和姿态信息的精度更高。

根据本发明实施例，在将机载激光雷达测量***中的定姿定位***安置在飞行器上之前，机载激光雷达测量方法500还可以包括：将定姿定位***固定在机载激光雷达测量***中的固定件上；将机载激光雷达测量***中的定姿定位***安置在飞行器上可以包括：将固定件固定在飞行器上，以使得定姿定位***经由固定件安置在飞行器上。

上文已经结合图4描述了机载激光雷达测量***中的定姿定位***和固定件的构造及工作方式，本领域技术人员可以结合上文描述理解本实施例的实施方式，在此不再赘述。

根据本发明实施例，机载激光雷达测量方法500还可以包括：利用数据处理***根据定姿定位***的位置信息和姿态信息以及激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置确定激光扫描仪的位置信息和姿态信息，并且根据激光扫描仪的位置信息和姿态信息对三维激光扫描数据进行校正，以确定目标物体的空间坐标数据。

上文已经描述了数据处理***的构造及工作方式，本领域技术人员可以结合上文描述理解本实施例的实施方式，在此不再赘述。

根据本发明实施例，机载激光雷达测量方法可以包括机载激光雷达测量***的准备步骤。准备步骤可以包括激光扫描仪及机载激光雷达测量***中的其他装置(例如本文所述的定姿定位***)的安置步骤。在将激光扫描仪安置在飞行器上之前，可以首先确定期望激光扫描仪在飞行器上的倾斜角度。

根据本发明实施例，步骤S510可以包括：将激光扫描仪倾斜安置在飞行器上，以使得第一夹角在预设角度范围内；其中，预设角度范围至少根据激光扫描仪的最大测量距离、飞行器的预设飞行高度和目标物体的形状特征计算获得。目标物体的形状特征可以包括目标物体的高度。

下面描述在准备步骤中激光扫描仪的中心线和飞行器的预定飞行方向之间的第一夹角的确定方式的一个示例。图6示出根据本发明一个实施例的飞行器和目标物体的示意图。在图6中，飞行器用标号610表示，目标物体用标号620表示。如图6所示，H为目标物体620的高度，h为飞行器610的预设飞行高度，S为激光扫描仪的最大测量距离(即射程)，可以根据以下公式计算出一个角度：

arcsin((h+H)/S*180/π

其中，h+H<S。所计算出的角度可以视为是第一夹角的期望值。然而，由于上述H、h和S均具有一定的误差，因此可以获得一个在上述期望值附近的范围，即预设角度范围。该预设角度范围可以是，例如，[40°,45°]。

应注意，上述计算第一夹角的期望值的公式仅是示例性而非限制性的，可以采用其他合适的公式计算第一夹角的期望值，以确定预设角度范围。

在确定预设角度范围之后，可以根据预设角度范围安置激光扫描仪。在一个示例中，激光扫描仪和定姿定位***可以分开安置在飞行器上。在另一个示例中，可以首先将激光扫描仪和定姿定位***固定到一起，随后将二者一起安置在飞行器上。无论采用上述哪种方式，在安置激光扫描仪和定姿定位***之前，需要测量二者之间的相对位置。并且在测量激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置之后，保持二者之间的相对位置恒定，直至对目标物体的扫描完成。

下面描述激光扫描仪和定姿定位***一起安置到飞行器上的一种实现方式。

在确定上述预设角度范围之后，可以将激光扫描仪和定姿定位***固定在一起，以使得激光扫描仪的中心线和定姿定位***的中心线之间形成夹角，该夹角满足先前所确定的对第一夹角的要求，即该夹角位于预设角度范围内。由于此时获得的夹角不一定与设计的夹角完全一致，因此可以利用测量设备测量激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置，这将在下文进行描述。通过这种方式可以获知在将激光扫描仪和定姿定位***安置在飞行器上之后激光扫描仪相对于飞行器的实际倾斜情况。

随后，可以将激光扫描仪和定姿定位***安置在飞行器上，使得定姿定位***的中心线与飞行器的预定飞行方向平行，这样，可以使得激光扫描仪的中心线与飞行器的预定飞行方向之间形成第一夹角，该第一夹角等于激光扫描仪的中心线与定姿定位***的中心线之间的夹角，也就是说，第一夹角也在预设角度范围内。

根据本发明实施例，机载激光雷达测量方法500还可以包括：利用测量设备，基于标定场测量激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置。

示例性地，测量设备可以是例如激光测距设备、游标卡尺等，其可以测量与激光扫描仪和定姿定位***相关的空间坐标数据。

标定场中的原点坐标和标定场中的几个特定位置的点的坐标是已知的。因此，可以将激光扫描仪和定姿定位***放入标定场中，扫描标定场数据，利用已知点的坐标和扫描数据确定扫描仪和定姿定位***之间的相对位置。如上文所述，数据处理***可以利用该相对位置确定目标物体的空间坐标数据。

可以理解的是，虽然激光扫描仪和定姿定位***之间的相对位置是确定好且已知的，但是在将激光扫描仪和定姿定位***安置到飞行器上时，激光扫描仪可能朝向定姿定位***周围的任何一个径向方向。示例性地，为了扫描方便，可以将激光扫描仪安置在定姿定位***的前方或后方(沿飞行方向)。返回参考图4，假设飞行器从左至右飞行，则实线的激光扫描仪是安置在定姿定位***前方的激光扫描仪的示例，虚线的激光扫描仪则是安置在定姿定位***后方的激光扫描仪的示例。

根据本发明实施例的机载激光雷达测量***和方法，激光扫描仪能够倾斜安置在飞行器上，从而能够向目标物体的侧面发射激光，以解决激光扫描过程中目标物体的立面点云获取不足的问题。

尽管本文已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的组件或步骤。位于组件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的组件。本发明可以借助于包括有若干不同组件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机载激光雷达测量***，包括：

激光扫描仪，用于对目标物体进行扫描并采集所述目标物体的三维激光扫描数据；以及

支撑件，具有第一面和第二面，所述第一面用于与飞行器连接，所述第二面用于支撑所述激光扫描仪；

其中，所述第一面和所述第二面之间具有夹角，所述夹角大于0度并且小于90度。

2.如权利要求1所述的机载激光雷达测量***，其中，所述机载激光雷达测量***还包括：

定姿定位***，用于采集所述定姿定位***的位置信息和姿态信息，所述定姿定位***的位置信息和姿态信息用于结合所述三维激光扫描数据获得所述目标物体的空间坐标数据；以及

固定件，用于将所述定姿定位***固定在所述飞行器上。

3.如权利要求2所述的机载激光雷达测量***，其中，所述支撑件和所述固定件连接在一起。

4.如权利要求1所述的机载激光雷达测量***，其中，所述夹角大于5度并且小于85度。

5.一种机载激光雷达测量方法，包括：

将机载激光雷达测量***中的激光扫描仪倾斜安置在飞行器上，以使得所述激光扫描仪的中心线与所述飞行器的预定飞行方向之间具有第一夹角，所述第一夹角大于0度并且小于90度；以及

利用所述激光扫描仪对目标物体进行扫描并采集所述目标物体的三维激光扫描数据。

6.如权利要求5所述的机载激光雷达测量方法，其中，在所述将机载激光雷达测量***中的激光扫描仪倾斜安置在飞行器上之前，所述机载激光雷达测量方法还包括：

将所述激光扫描仪与所述机载激光雷达测量***中的支撑件的第二面连接在一起；

所述将机载激光雷达测量***中的激光扫描仪倾斜安置在飞行器上包括：

将所述支撑件的第一面与所述飞行器连接在一起，以使得所述激光扫描仪经由所述支撑件安置在所述飞行器上，

其中，所述第一面和所述第二面之间具有第二夹角，所述第二夹角大于0度并且小于90度。

7.如权利要求5所述的机载激光雷达测量方法，其中，所述机载激光雷达测量方法还包括：

将所述机载激光雷达测量***中的定姿定位***安置在所述飞行器上；以及

利用所述定姿定位***采集所述定姿定位***的位置信息和姿态信息，所述定姿定位***的位置信息和姿态信息用于结合所述三维激光扫描数据获得所述目标物体的空间坐标数据。

8.如权利要求7所述的机载激光雷达测量方法，其中，在所述将所述机载激光雷达测量***中的定姿定位***安置在所述飞行器上之前，所述机载激光雷达测量方法还包括：

将所述定姿定位***固定在所述机载激光雷达测量***中的固定件上；

所述将所述机载激光雷达测量***中的定姿定位***安置在所述飞行器上包括：

将所述固定件固定在所述飞行器上，以使得所述定姿定位***经由所述固定件安置在所述飞行器上。

9.如权利要求7所述的机载激光雷达测量方法，其中，所述机载激光雷达测量方法还包括：

利用数据处理***根据所述定姿定位***的位置信息和姿态信息以及所述激光扫描仪和所述定姿定位***之间的相对位置确定所述激光扫描仪的位置信息和姿态信息，并且根据所述激光扫描仪的位置信息和姿态信息对所述三维激光扫描数据进行校正，以确定所述目标物体的空间坐标数据。

10.如权利要求9所述的机载激光雷达测量方法，其中，所述机载激光雷达测量方法还包括：

利用测量设备，基于标定场测量所述激光扫描仪和所述定姿定位***之间的相对位置。