机载LIDAR数据高精度区域网平差研究

机载LIDAR系统能直接快速获取地表三维数据，为高精效空间信息获取以及困难测图区测绘带来了新的机遇和挑战，其面临的一个基础问题是如何消除各类误差对机载LIDAR数据的影响。机载LIDAR定位精度影响因素众多，误差来源复杂多样，即使经过严格检校的系统，采集的数据仍存在残余误差。本课题基于区域网平差理论研究改善机载LIDAR数据精度的方法。由于不同定位参数间存在很强的相关性，不便于参数的解算，传统的误差模型难于满足机载LIDAR高精度区域网平差的要求。半参数回归模型综合了参数估计和非参数估计的优点，是现实世界的更合理解释。本课题将半参数回归模型引进机载LIDAR数据区域网平差中，重点研究基于半参数回归模型的区域网平差理论和方法，在此基础上，为机载LIDAR数据的区域网平差提供新的高精度平差模型，消除或者削弱机载LIDAR点云的残余误差，改善数据精度，以满足各应用领域对高精度三维数据的需求。

机载LiDAR是一种新型直接对地观测系统，其定位精度受多种因素的影响。研究如何消除机载LiDAR各种误差源的影响是摄影测量与遥感需要解决的重要问题。为此本项目研究了机载LiDAR数据高精度区域网平差方法，主要开展了以下研究：1）研究分析了机载LIDAR严格几何定位方程及其误差模型。在分析了各种误差源和机载LiDAR严格几何定位方程的基础上，推导了机载LiDAR定位的严格误差模型；分析了平台的振动误差和扫描几何关系对机载LiDAR定位的影响。运动平台振动误差导致的航带变形一般不会引起数据漏洞，但是对数据本身的定位精度会造成较大的影响，通过模拟分析可得出其误差影响不可忽略。扫描几何关系是影响机载LiDAR几何定位精度的重要因素，分析表明激光束方向与坡面法向间夹角从0度变大到90度过程中，定位精度会逐渐降低。2）研究建立了基于半参数回归模型的机载LiDAR数据区域网平差模型及其解算方法。本项目将每条航带当作独立的模型，认为每条航带内观测值具有相同系统性的GPS定位和测姿误差，即每个模型有独自的GPS定位和测姿误差，而经此改正后航带内点的三维坐标残余误差（空间位置误差）可以隐含在非参数变量中，在此基础上构建了基于半参数回归的机载LiDAR几何定位误差模型。通过将薄板样条法则和补偿最小二乘准则相结合，研究了基于半参数回归的机载LiDAR数据区域网平差模型的求解方法。3）针对机载LiDAR数据高精度区域网平差的需要，开展了机载LiDAR数据质量评价研究，提出了一种机载LiDAR数据质量评价框架，包括数据评价基本工具、数据评价主要流程以及面向应用需求的数据质量评价等；分析总结了机载LiDAR高度以及水平精度评价方法，并对LiDAR圆形标志物进行了模拟改进;4）初步研究了网形结构对机载LiDAR几何定位的影响。整体上，机载LiDAR数据高精度区域网平差的研究还需要更多更广泛的实验验证与分析比较研究。