使用地面控制点检核ALS点云精度

任务描述

​ 使用地面布设的外业控制点GCP来检核ALS点云条带平差之后的绝对位置精度。如下图所示，红圈中的是GCP点，紫色和灰色是两个条带的ALS点云。图中显示了在\(z\)方向上的偏差。

​ 通过观察，有一部分控制点是在平面区域采集的，有一些是在边缘比较锋利的区域采集的。

目前存在的问题

​ 本身ALS点云就比较稀疏，再加上GCP也是离散的布设的，导致很难找到对应同名关系，想要找到对应位置的值就只能通过内插来实现。

​ 内插方法有很多，但是直接在ALS里面内插不是很现实，可以考虑转成格网，mesh的形式，然后基于新的数据表达方式再内插。例如可以用arcgis生成DTM，DEM，内插到高分辨率，然后再采样点和GCP做计算。

解决方案

最终论证，通过地面控制点应该是无法做到水平精度检核的，只能做到高程方向的检核。

Integrated trajectory estimation for 3D kinematic mapping with GNSS, INS and imaging sensors: A framework and review¹

方法分类

1. 多步方法。

​ 流程：首先用Kalman filtering 将GNSS和IMU融合到一起，如果轨迹足够准确，可以直接获得3D点云。也可以在后面加一个平差步骤，结合影像传感器的观测实现融合传感器定向，目的是：1）改正轨迹；2）传感器定向和标定；3）获取3D模型数据，e.g.点云。

​ 需要有一些假设：通常假设轨迹误差是由于缓慢变化的 GNSS 误差或未补偿的惯性传感器漂移造成的，因此是低频的，而轨迹的较高频率分量相对准确。 实际上，校正要么与飞行几何相关联，作为每条带的固定偏移，要么建模为缓慢时变。 由于轨迹误差在带内也可能变化很大，因此这种调整在实践中通常需要高度灵活的校正模型，而这也是的模型有较高的过拟合风险，导致点云中出现全局的变形。

​ 这些问题是的在传感器层级进行统一的误差建模的方法开始流形。

回环检测

​ 闭环的作用就不多说了，koide采用的闭环检测方法其实挺简单的，就是一般闭环检测的基础准则。

候选准则

• 候选帧不能离当前帧太近，场景变化不大的话，会引入过多的冗余匹配，对实时应用不合适；
• 候选帧和当前帧的位姿之间的距离要足够小，这个是前提，如果都不小，那说明大概率不是闭环了，但是也不排除前端飘得确实很厉害的情况；小范围内，这个条件还是可以满足的，室外更大的场景，这种就不行了，可能飘得很厉害，只能上特征了。

1. 针对性设计的平面提取方法

​ 因为这里使用的传感器其实一个组装的VLP16型多线激光雷达+相机+imu的背包激光扫描仪，作者考虑到LiDAR有一定的安置误差(提前肯定标定了的，e.g.倾角)，而本文使用的又是室内场景平面，因此需要根据一个仪器安装的先验确定z轴方向指向哪里（默认传感器的坐标系为右前上，z轴指向天空）。得到这个倾角主要是为了修正LiDAR坐标系的z轴方向。这对后续的高度滤波和地面点判断都有一定的影响。

​ 在提取平面时，为了提升效率，首先基于扫描仪的高度，通过高度滤波将一定高度之外的点去掉，同时对剩下的点云计算法向量（通过提前性的点云剔除，可以提升这里的计算效率）进行过滤，和z方向进行比较，保留地面点（和z轴夹角小就说明方向近似），用RANSAC的方式拟合平面参数方程。 这样就可以以较快的速度从单帧点云中提取出一个合适的平面。注意：原文中写的是直接用RANSAC提取平面的，这个非常的费时间，实际操作并不是这样子来的。

B-Spline（=Basic Spline）

需求

• 需要利用样条函数拟合时相连续的数据，e.g. IMU data。
• 利用样条函数拟合散点，做表面拟合，e.g. 构建mesh或者其他光滑的表面。
• 路径规划中使用样条线对A*算法进行优化，得到更加平滑的路径。
• 多传感器融合任务中，e.g.多传感器标定时，为了内插任意时刻的状态，实现多传感器的时间对齐，使用B-spline做内插。