近年来，激光测量技术获得了较快速的发展，主要体现在：一是激光测距技术从一维向二维、三维测距方向发展，并取得了较大的成果；二是实现了无合作目标高精度测量。同时计算机技术、通信技术、卫星控制技术、卫星定位技术、惯性导航技术和激光扫描技术共同使得卫星遥感、机载扫描系统、车载扫描系统等向高精度、高分辨率发展。三维扫描技术的出现改变了已有的数据采集方式。面式数据采集替代传统的点式数据采集是测量技术发展史上的一次巨大变革。三维测量技术是近年来几何量测技术中的重点研究领域，该技术以获取被测物体的三维轮廓数据为目的，主要包括数据测量与数据后续处理。随着光电传感器件以及计算机技术的日趋成熟，三维测量技术越来越广泛的应用对该技术的发展也提出了更新的要求。而系统检校的标定参数是决定车载系统误差^[1-3]的关键因素，要获得准确的标定参数，首先对检校场地、检校过程及方法提出了更高的要求。

1 检校场建设的目的和应满足的条件

车载激光移动测量系统一般包括全球定位系统(global positioning system,GPS)、激光扫描器(light detecting and ranging，LiDAR)、惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)和距离测量指示器(distance measurement indicator,DMI)等设备，通常都集成安装于汽车上，DMI安装在汽车轮胎上，其他设备安装于汽车顶部。在车载移动测量系统中，GPS/IMU实时获取采集车在WGS-84坐标系中的位置，同时获取IMU本体坐标系相对于导航坐标系的角度^[4]。车载激光移动测量系统在使用前必须经过检校，目的是标定激光扫描器相对于GPS三维坐标(X，Y，Z)的偏移(dX，dY，dZ)及IMU中心的倾角偏移量^[5](侧滚角偏移(Roll)、航向角偏移(Heading)、俯仰角偏移(Pitch))共6个偏移参数。许多学者都进行过国内机载和车载LiDAR移动测量系统参数标定的研究工作，并提出了很多较好的方法^[6]。本文中车载移动激光系统的参数标定原理是对一定数量的已知坐标的靶标进行数据采集，根据采集的数据反求激光扫描器的6个偏移参数，同时测定整个系统在当前参数状态下测量能够达到的绝对精度。

本文以加拿大山猫激光雷达移动测量系统(Lynx Mobile Mapper)为例，对检校场的建设和系统参数的标定进行介绍。

检校场一般应满足以下条件：

1) 地形开阔，GPS观测条件良好，200 m以内没有通讯基站等强信号发射源，100 m以内没有35 kV以上的高压线等信号干扰源，没有大面积的水域等。

2) 校检场地形起伏不能过大，高差在1 m以内为宜。

3) 校检场内用于校检的主体建筑物几何条件满足100 m(长)×100 m(宽)×10 m(高)以上的近似长方体，建筑四角转折明显，建筑表面平整，没有大面积的玻璃幕墙等弱反射材质,当信号发射到光滑物体表面便形成镜面反射，会造成激光信号丢失^[7]。

4) 建筑周围墙体周边不能有密集植被。

5) 建筑四周应平整，并有硬化道路围绕，且硬化道路应与建筑外边线基本平行，方便系统载具顺畅移动。

为了方便开展作业，经过精心选择与比较，在笔者所在单位以西8 km左右的某厂区选定了检校场地址。检校场周边概况如图 1所示。

经过实体勘察，该场地满足系统测试所要求的地理条件和几何条件。通过测试，场地GPS信号良好，绝大多数时段能够满足设备作业时对卫星跟踪数量和PDOP位置精度因子的要求。

2 控制点、检校点的布设、测量与数据采集 2.1 控制点与检校点布设

1) 控制点布设。在检校场内一幢砼结构房屋顶上设置一个GPS D级点作为日常检校起算点，另一个GPS D级点作为校测点和导线定向点，设置在距离检校场约2 km外开阔位置，两点间保持通视；围绕检校场还布设了4个一级控制点。

2) 检校点布设。检校时可能由于障碍物遮挡,导致部分检校点无法被移动系统观测到，布设的检校点应存在较大冗余，以保证足够的检校点用于后期的参数校正与精度评定。

围绕检校场主建筑立面的窗角、门框角、挑檐转角布设了84个平高检校点，房屋转角布设4个平面检校点，地面伸缩缝、花坛转角布设了30个高程检校点。在邻近建筑的窗角、房顶转角布设了22个平高检校点。共计140个检校点。

2.2 控制测量与检校点测量

1) 控制测量。检校过程中点云的获取：采用在检校场内设置静态GPS 与车载POS系统同步采集GPS信号数据和点云数据，然后进行后差分处理来求取点云平面坐标与高程。

两级控制网测量及平差过程如下：以4个C级点作为起算点，严格按照《全球定位系统(GPS)测量规范》^[8]，采用天宝R8 GNSS 接收机施测D级GPS点，采用HNCORS施测一级控制点。使用天宝TBC软件进行GPS基线解算及平差计算。经计算，D级控制点最弱点平面中误差为±1.4 cm，高程中误差为±1.8 cm。 对一级控制点进行精度检测表明，控制点间最大相对误差为1/28 169，最大点间误差为±0.72 cm，平面和高程中误差均小于±2 cm。

2) 检校点测量。以一级控制点为测站点，使用0.5″级全站仪采用极坐标法对140个检测点进行观测，各点均独立观测4测回，观测点所在面与观测视线夹角均介于30°～180°，取4次观测的坐标和高程的平均值作为最终检校点的成果^[9]。两人4次独立设站观测后的平面中误差为±0.005 m，高程中误差为±0.007 m。

2.3 检校测试实施

1) 检校实施过程。功能性与操作性测试包括：系统通电启动运行情况测试；各部件运转情况测试；数据传输、存储、界面操控灵敏性测试。

数据采集：在D级控制点架设GPS接收机并开机45 min后，车载激光移动测量系统开始采集数据，待系统完成数据采集后，GPS接收机再延后45 min才关机。按照GPS测量相关要求做好测站的记录工作。系统采集数据的过程与正常作业要求一致，采集时以同一起点先后按顺时针、逆时针绕行校检场各两次。

2) 数据传输与成果整理。 将外业采集的GPS静态数据、激光点云数据、惯性导航数据、道路编码器数据和相机数据，按照相应要求传输到专用计算机保存。对采集记录进行检查，确认无误后归档并扫描备份，以便日后使用。

3 数据处理与检校 3.1 航迹计算

采用PosPac6.0软件对车载激光移动测量系统中心的运动航迹进行解算。将在D级GPS点上采集的静态数据转换为Rinex通用格式，与车载系统记录的各种数据一起导入计算软件，进行后差分平差计算。解算后，有效航迹线精度平面中误差优于±2 cm，高程误差优于±6 cm。误差分布如图 2所示。

3.2 点云计算与参数的迭代求解

使用DashMap5.2软件对系统采集的点云原始数据进行计算。将PosPac6.0计算得到的航迹文件和车载系统采集的原始点云与IMU合成数据一起导入软件中，设置好激光扫描器相对车载系统中心的参数估值后开始点云计算。得到两个激光扫描器的顺时针和逆时针观测的各两组点云，共8组点云数据，按激光扫描器与观测顺序命名好点云数据文件，即可进行参数的迭代计算。

迭代求解参数Roll。将其中一个激光扫描器的一组顺时针和逆时针点云导入到Terrasolid软件中，形成灰度立体图和按航线分类平面图，如图 3和图 4所示。

在图 4中红线所标位置查看点云断面图，可以看出，绿色航迹线所扫点云与蓝色航迹线上所扫点云存在角度偏移(见图 5(a))，此偏移主要为Roll参数引起。通过分析角度偏移量，将求取的新的Roll值代入后重新计算点云，再导入验证，如此反复迭代，直到两条航迹线的点云重合(见图 5(b))，此时的值即Roll参数正确值。

与此类似，一个激光扫描器两次扫描航迹线中的建筑长边墙体，对在折角转弯前后获得的两种结果的比较值迭代可求出Heading参数；对两个激光扫描器一次航迹线扫描的两种结果，在地面的纵断面比较值迭代可求出Pitch参数^[10]；同一个激光扫描器顺、逆时针两次轨迹对同一墙体两次扫描的偏移量迭代可求出dY参数；通过对比建筑转角墙体顺、逆时针两次轨迹两种不同扫描结果迭代求出dX参数；两个激光扫描器同一次航迹对地面检校点扫描结果的比较值可求出dZ参数。

3.3 精度分析

采用纠正后的参数计算出点云数据的坐标值，与检校点进行比较，并统计精度，结果如表 1所示。

由表 1计算得到点云的平面位置中误差为±0.030 m，高程中误差为±0.015 m。可见，经检校后的车载激光移动测量系统在航迹线附近的点云数据精度良好。

4 结束语

经过实地检测验证，该检校场选址合理，观测条件优良，完全满足Lynx Mobile Mapper地面激光雷达移动测量系统的参数标定要求，使用经过校验后的参数进行激光雷达移动地面测量，获取的点云数据精度良好，其绝对精度能够达到系统的性能标称指标(±5 cm)。