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激光扫描测量标靶平差方程式构建方法

时间:2023-06-10    作者: 管理员

激光扫描测量标靶平差方程式构建方法
【专利摘要】本发明提供一种激光扫描测量标靶平差方程式构建方法,采用以下步骤:1)在布设定向标靶的扫描区域进行多扫描站扫描,每个扫描站保证布设3个以上标靶,相邻扫描站最少有两个公共标靶,用GNSS或全站仪测定各标靶中心的工程测量坐标系坐标;2)扫描数据,整理标靶的工程测量坐标系数据;3)根据标靶和扫描站构建区域网,对区域网进行整体平差;4)列立i扫描站射向单标靶h的单激光束的附有未知数平差值方程;5)单标靶附有未知数条件平差的线性化;6)i扫描站和j扫描站(j≠i)指向公共标靶k,以两扫描站坐标转换后公共标靶k的坐标相等为限制条件,列立约束方程,对公共标靶方程式进行线性化,求解定向参数,实现点云坐标转换。
【专利说明】激光扫描测量标靶平差方程式构建方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种激光扫描测量标靶平差方程式构建方法,属于工程测量领域。

【背景技术】
[0002] 在测量中,客观地理对象是在统一的工程测量坐标系下进行表达和研究的。地面 三维激光扫描(Terrestrial Laser Scanning, TLS)可以快速地获取地理对象三维几何信 息,然而扫描仪每站扫描点云的坐标系是扫描设备坐标系,因此就会有把工程范围所有测 站点云转换到工程指定测量坐标系中(工程测量坐标系原点及坐标轴已经定义好的,称为 指定坐标系)的问题,即扫描时仪器在工程测量坐标系的位置点和姿态(称为点云定向)。 对每站点云单独定向的方法叫独立模型法,目前国内外点云定向在用独立模型法的同时, 还采用少量约束条件,如对大物体扫描一周,产生闭合条件(张剑清等)、相邻站布设连接 标靶提高拼接精度。独立模型法定向相对于连续拼接(ICP法)精度较高、标祀分布合理、 容易操作,其不足之处有以下几点:①外业工作量大。②用相邻各站参数计算的其公共标靶 中心的坐标相互有差异,是相互矛盾的,理论上不严密。③各站精度不均匀,差异较大,精度 评价时缺乏整体说服力。


【发明内容】

[0003] 本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、消除独立模型在公共标靶上坐标的矛 盾、提高点云定向精度的激光扫描测量标靶平差方程式构建方法。其技术方案为:
[0004] 一种激光扫描测量标靶平差方程式构建方法,其特征在于采用以下步骤:
[0005] 1)在布设定向标靶的扫描区域进行多扫描站扫描,每个扫描站保证布设3个以上 标靶,相邻扫描站最少有两个公共标靶,用GNSS或全站仪测定各标靶中心的工程测量坐标 系坐标;
[0006] 2)扫描数据,整理标靶的工程测量坐标系数据;
[0007] 3)根据标靶和扫描站构建区域网,对区域网进行整体平差;
[0008] 4)列立i扫描站射向单标靶h的单激光束的附有未知数平差值方程;
[0009] 5)单标靶附有未知数条件平差的线性化;
[0010] 6) i扫描站和j扫描站(j尹i)指向公共标靶k,以两扫描站坐标转换后公共标靶 k的坐标相等为限制条件,列立约束方程,对公共标靶方程式进行线性化,求解定向参数, 实现点云坐标转换。
[0011] 所述的激光扫描测量标靶平差方程式构建方法,步骤4)中,根据基于罗德里格的 三维坐标转换公式点云定向模型,推导单标靶和公共标靶的平差方程式,其推导过程为:
[0012]

【权利要求】
1. 一种激光扫描测量标靶平差方程式构建方法,其特征在于采用以下步骤: 1) 在布设定向标靶的扫描区域进行多扫描站扫描,每个扫描站保证布设3个以上标 靶,相邻扫描站最少有两个公共标靶,用GNSS或全站仪测定各标靶中心的工程测量坐标系 坐标; 2) 扫描数据,整理标靶的工程测量坐标系数据; 3) 根据标靶和扫描站构建区域网,对区域网进行整体平差; 4) 列立i扫描站射向单标靶h的单激光束的附有未知数平差值方程; 5) 单标靶附有未知数条件平差的线性化; 6. i扫描站和j扫描站(j尹i)指向公共标靶k,以两扫描站坐标转换后公共标靶k的 坐标相等为限制条件,列立约束方程,对公共标靶方程式进行线性化,求解定向参数,实现 点云坐标转换。
2. 根据权利要求1所述的激光扫描测量标靶平差方程式构建方法,其特征在于:步骤 4)中,根据基于罗德里格的三维坐标转换公式点云定向模型,推导单标靶和公共标靶的平 差方程式,其推导过程为:
(1) 式中xs、Ys、zs表示扫描仪中心的三维坐标在指定坐标系的位置,R矩阵反映了扫描时 的点云在指定坐标系的姿态,可由反对称矩阵
构成,R与S及单位矩阵I 的关系为
(2) 只有一个扫描站的激光束射向的标祀称为单标祀,多扫描激光束射向同一标祀,此时, 各站的激光束称为同名光束,该标靶称为公共标靶;依公式(1),i扫描站射向单标靶h的单 激光束的附有未知数平差值方程为 给公式⑶两边同乘以蠢·*=(/ +焉·ι(Ι-?),得 (3) (5) (4) 给公式⑷两边同乘以(/+·§),得 对公式(5)进行移项,得
(6) 公式(6)即为单标靶附有未知数和条件平差值方程式。
3. 根据权利要求1或2所述的激光扫描测量标靶平差方程式构建方法,其特征在于: 步骤5)中,根据(6)式,线性化方程为 4^,+4^2 +Bi + w = 0 (7) 扫描站定位与定向参数的平差值3 I a if.参数近似值 r°=k if y if、参数改正数.1 = 1 4 ?3 i4 is ?e bf,标靶中心 在指定坐标系下的坐标1^ = [X Υ Ζ]τ、扫描坐标系下的坐标L2 = [X y ζ]τ,标靶在指 定坐标系的坐标改正数'的系数
,标靶扫描坐标系 的坐标改正数V2的系数.
,定向参数改正数系数
*闭合差
4. 根据权利要求1或2所述的激光扫描测量标靶平差方程式构建方法,其特征在于: 步骤6)中,根据公式(3),i站和j站(j尹i)指向公共标靶k,限制条件是两站坐标转换 后公共标靶k的坐标相等,于是有公式(8)所示的约束方程 (9) (8) 公式(8)的线性化形式为 式中Ai和?为i站和j公共标靶坐标改正数的系数Vi和 '的系数
、匕分别为i、j站定向参数?和#;改正数,其系数(;=[I Cia Cib Cie CA],C」=-[I Caj Cbj C。」CJ,而缩放参数的系数<
, a的改正数系数为
,b的 改正数系数为
,c的改 正数系数为
?闭合差
,然后求解定向参数,实现点云坐标转换。
【文档编号】G01B11/00GK104048605SQ201410289105
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】姚吉利, 张大富, 刘科利, 马宁, 贾象阳, 徐广鹏, 李彩林, 郭宝云 申请人:山东理工大学

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