引 言

　　城市三維空間信息的獲取是“數(shù)字城市”的基本工程，它具有位置性、多維性和時(shí)序性等特點(diǎn)，是“數(shù)字城市”中融合其他各種信息、形成在空間和時(shí)間上連續(xù)分布的城市綜合信息的基礎(chǔ)，這就決定了所獲取的城市三維空間信息應(yīng)具有一定的位置精度、時(shí)間精度以及完整的空間坐標(biāo)描述形式，而過(guò)去只依賴于某種特定傳感器的三維信息相對(duì)于這些要求就具有很大的局限性。因此，當(dāng)前城市三維空間信息的獲取的趨勢(shì)是由利用單個(gè)特定傳感器獲取單一數(shù)據(jù)信息，向利用多個(gè)傳感器獲取多方面數(shù)據(jù)信息發(fā)展，將多種類型的傳感器進(jìn)行優(yōu)化配置信息互補(bǔ)，從而使得系統(tǒng)的精度得到很大提高。這就涉及到如何對(duì)多種傳感器進(jìn)行信息獲取和信息融合的問(wèn)題。

　　多傳感器數(shù)據(jù)融合處理的前提條件是從每個(gè)傳感器獲得的信息必須是在同一個(gè)空間的同一時(shí)刻的描述。這就包括2個(gè)方面：首先，要保證每個(gè)傳感器得到的信息是在同一坐標(biāo)系下的描述，稱之為空間配準(zhǔn);其次，要保證各傳感器之間的數(shù)據(jù)應(yīng)該在時(shí)間上對(duì)齊，稱之為時(shí)間配準(zhǔn)，是上面所提到多傳感器融合中空間配準(zhǔn)的關(guān)鍵，在車載式三維采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作環(huán)境下，時(shí)間對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題表現(xiàn)得尤為突出。

　　因此，多傳感器信息的空間配準(zhǔn)和時(shí)間配準(zhǔn)成為城市三維空間信息融合中首先需要實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。本課題系統(tǒng)集成了新近發(fā)展的多種傳感器，包括3臺(tái)Novetel GPS DL-4 OEM接收機(jī)、Riegl公司的LMS-Q140i-80激光掃描儀等，可以實(shí)時(shí)完成載體(車)的GPS定位數(shù)據(jù)、建筑物激光掃描數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息的采集及精確的空間和時(shí)間上的配準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)有效的多傳感器信息融合。

　　1 多傳感器空間配準(zhǔn)

　　對(duì)于車載近景三維測(cè)量系統(tǒng)，每個(gè)傳感器得到的信息都是部分城市三維空間信息在該傳感器空間(坐標(biāo)系)中的描述。由于各傳感器物理特性和空間位置上的差異，造成這些信息的描述空間(坐標(biāo)系)各不相同，因此，很難對(duì)這樣的信息進(jìn)行融合處理。為了保證城市三維信息融合處理的順利進(jìn)行，必須在融合前對(duì)這些信息進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚瑢⑦@些傳感器的數(shù)據(jù)信息映射到一個(gè)共同的參考描述空間(參考坐標(biāo)系)中，然后，進(jìn)行融合處理，最后，得到城市三維信息在該空間(參考坐標(biāo)系)上的一致描述。這就需要空間配準(zhǔn)，也就是得到多傳感器局部坐標(biāo)系和全局參考坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，在本課題里選擇的全局參考坐標(biāo)系就是西安80坐標(biāo)系。從數(shù)學(xué)的角度來(lái)看，不同的傳感器的測(cè)量值組成一個(gè)測(cè)量子空間，而信息融合則是各測(cè)量子空間按照一定的法則向融合信息空間投影，這里的測(cè)量子空間就是在各個(gè)傳感器的局部坐標(biāo)系下。

　　為了進(jìn)行空間配準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)該課題中激光掃描儀(LMS)數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)的有效融合，本文引人了激光掃描儀坐標(biāo)系統(tǒng)、激光掃描儀直角坐標(biāo)系統(tǒng)、平臺(tái)坐標(biāo)系統(tǒng)和基準(zhǔn)參考坐標(biāo)系統(tǒng)(西安80坐標(biāo)系)。

　　1.1 各坐標(biāo)系統(tǒng)定義

　　1) 激光掃描儀極坐標(biāo)系統(tǒng)

　　Riegl公司的LMS-Q140i-80激光掃描儀的掃描角度范圍為