融合北斗/GNSS定位和5G通讯的地基激光雷达测量系统

郭明; 齐慧慧; 郭可才; 周玉泉; 李登科

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融合北斗/GNSS定位和5G通讯的地基激光雷达测量系统

更新时间：2023-01-03

- 融合北斗/GNSS定位和5G通讯的地基激光雷达测量系统
- Ground-based LiDAR measurement system integrating BeiDou/GNSS positioning and 5G communication
- 光学精密工程 2023年页码：1-9
- 作者机构：
  
  1.北京建筑大学测绘与城市空间信息学院，北京 102616
  2.代表性建筑与古建筑数据库教育部工程研究中心，北京 100044
  3.现代城市测绘国家测绘地理信息局重点实验室，北京 100044
  4.北京建筑大学建筑遗产精细重构与健康监测北京市重点实验室，北京 100044
  5.北京申信达成科技有限公司，北京 102444
- 作者简介：
  
  E-mail： 1033547194@qq.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(41971350);北京建筑大学金字塔人才培养工程建大杰青培养计划资助项目(JDJQ20200307);北京市未来城市设计高精尖创新中心资助项目(UDC2019031724)
- DOI：
  中图分类号： YU198;TN967.1
- 网络出版日期：2023-01-03，
- 稿件说明：
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郭明,齐慧慧,郭可才等.融合北斗/GNSS定位和5G通讯的地基激光雷达测量系统[J].光学精密工程,

Guo Ming,Qi Huihui,Guo Kecai,et al.Ground-based LiDAR measurement system integrating BeiDou/GNSS positioning and 5G communication[J].Optics and Precision Engineering,
郭明,齐慧慧,郭可才等.融合北斗/GNSS定位和5G通讯的地基激光雷达测量系统[J].光学精密工程, DOI：10.37188/OPE.XXXXXXXX.0001

Guo Ming,Qi Huihui,Guo Kecai,et al.Ground-based LiDAR measurement system integrating BeiDou/GNSS positioning and 5G communication[J].Optics and Precision Engineering, DOI：10.37188/OPE.XXXXXXXX.0001

摘要

针对海量激光点云异地实时扫描处理困难和现场绝对坐标系配准问题，结合北斗/GNSS定位系统和5G通讯技术研制一套低成本地基激光雷达测量系统。该测量系统由激光雷达、高精度电机、北斗/GNSS接收模块、5G模组集成，激光雷达采集点云信息，高精度电机获取角度信息，北斗/GNSS接收模块接收时间并通过自主研发的时间同步模块，与高精度电机与激光雷达进行时间标记，获取带有时间标签的点云和角度文件，并通过5G通讯技术实时传输。终端通过自主研发的数据预处理软件，通过线性插值算法进行多帧点云时空配准，室外根据北斗/GNSS坐标进行多站激光点云粗配准，室内无北斗/GNSS环境下通过单站特征点进行多站点云粗配准，再利用临近迭代算法进行精配准以完成整体配准，并在自主研发的实时点云管理与可视化系统上进行可视化。实验表明该测量系统使用5G通讯技术传输速率50Mbit/s可以实现异地实时扫描传输，配准后的点云的误差在3mm以下，可为数字孪生、物质文化遗产监测、特大异形建筑施工运维分析等实时应用领域提供数字基础设施。

Abstract

In response to the difficulties of processing massive laser point cloud off-site real-time scanning and on-site absolute coordinate system alignment， a low-cost ground-based LiDAR measurement system is developed by combining BeiDou/GNSS positioning system and 5G communication technology. The measurement system is integrated by LiDAR， a high-precision motor， BeiDou/GNSS receiver module， and a 5G module. LiDAR collects point cloud information， the high-precision motor gets angle information， BeiDou/GNSS receiver module receives the time， and through a self-developed time synchronization module， time stamps with high-precision motor， and LiDAR gets the point cloud and angle file with time tag， and transmits in real-time through 5G communication technology. The terminal carries out the spatial and temporal alignment of multi-frame point clouds by linear interpolation algorithm through self-developed data pre-processing software， coarse alignment of multi-station laser point clouds based on BeiDou/GNSS coordinates outdoors， coarse alignment of multi-station point clouds by single-station feature points in an indoor environment without BeiDou/GNSS， and then fine alignment by proximity iteration algorithm to complete overall alignment， and visualization on self-developed real-time point cloud management and visualization system. The experiments show that the measurement system can achieve real-time off-site scanning and transmission at a transmission rate of 50Mbit/s using 5G communication technology. The error of the aligned point cloud is less than 3mm， which can provide digital infrastructure for real-time applications such as digital twin， monitoring of material and cultural heritage， analysis of construction and operation， and maintenance of large shaped buildings.

关键词

Keywords

references

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