地面三维激光扫描仪测距测角精度分析

作者:童魁;邹进贵;朱勇超; 刊名:地理空间信息 上传者:戚佩奇

【摘要】地面三维激光扫描仪的测量精度主要由扫描仪的测距测角精度决定.以VZ-400型扫描仪为例设计实验,运用基线比较法得到其测距精度为2 mm;通过建立测角误差模型得到其测角精度为1.5".研究结果表明,在一定条件下,VZ-400型扫描仪的测距测角精度均符合仪器的标称精度.

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地理空间信息 GEOSPATIAL INFORMATION 2017 年 5 月第 15 卷第 5 期 May.,2017 Vol.15,No.5 doi:10.3969/j.issn.1672-4623.2017.05. 收稿日期 :2016-01-26。 项目来源 :国家自然科学基金资助项目(41074025)。 地面三维激光扫描仪测距测角精度分析 童  魁 1,邹进贵 2,朱勇超 2 (1. 中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉 430063 ;2. 武汉大学 测绘学院,湖北 武汉 430079) 摘  要 :地面三维激光扫描仪的测量精度主要由扫描仪的测距测角精度决定。以 VZ-400 型扫描仪为例设计实验,运用基线比较法得到其测距精度为 2 mm ;通过建立测角误差模型得到其测角精度为 1.5"。研究结果表明,在一定条件下,VZ-400 型扫描仪的测距测角精度均符合仪器的标称精度。 关键词 :扫描仪 ;测距 ;测角 ;精度 中图分类号 :P204 文献标志码 :B 文章编号 :1672-4623(2017)05-0091-03 028 近年来,地面三维激光扫描系统已取得了蓬勃发展 [1]。随着点云测量精度的提高,其在变形监测领域的应用越来越广泛。目前,国内对扫描仪精度评定的研究还处于初级阶段,张毅 [2] 等从扫描仪的测量原理出发,建立了误差模型 ;齐建伟 [3] 等采用一种基于空间拓扑关系的方法评价了扫描仪平面位置精度 ;刘金辉 [4] 从测量距离、入射角度和目标颜色等方面研究了扫描仪的测量精度。本文针对VZ-400型扫描仪进行实验设计,分析了其测距测角精度。 1  地面三维激光扫描仪工作原理 地面三维激光扫描系统主要由地面三维激光扫描仪、计算机、外接电源、三角架、标靶及软件系统构成。其中地面三维激光扫描仪内部主要由测距系统、测角系统、成像系统和内部校正系统组成。 1.1  测距系统 测距系统是地面三维激光扫描仪的重要组成部分,一般由发射器、接收器、时间或相位计算器和微电脑组成。激光测距的原理主要有 4 种 :脉冲测距法、相位测距法、激光三角法和脉冲—相位式测距法。在测绘领域,对于远距离观测多采用基于脉冲测距法的地面三维激光扫描仪 ;对于近距离观测多采用基于相位测距法和激光三角法的地面三维激光扫描仪。 1.2  测角系统 目前,应用最多激光扫描技术包括光机扫描、电镜扫描、多棱镜扫描和全息光栅扫描等。地面三维激光扫描系统通过内置伺服驱动马达系统,精确控制多面反射棱镜的转动,使脉冲激光束沿横轴或纵轴方向快速扫描。测量可得每个脉冲激光的横向扫描角度 α 和纵向扫描角度 β。 2  测距精度实验与分析 类似于传统测量仪器的测距精度研究方法,先将地面三维激光扫描仪置于基准场,再将测量结果与检定场的数据进行比较,进而判断仪器参数是否准确。目前,较为常用的测距精度评定方法是六段解析法和基线比较法 [5-6]。六段解析法是 Schwendener H R 在 1971 年提出的,通过对观测数据进行平差处理,即可获得加常数,无需标准基线。该方法的优点是加常数的检测精度很高;缺点是只能检测加常数,无法获取乘常数。基线比较法则可同时解算加常数和乘常数,先通过加常数改正,得到准确的距离基准 ;再通过基线比较法对地面三维激光扫描仪的测量数据进行处理,得到加常数和乘常数,从而确定地面三维激光扫描仪的测距精度。 2.1  实验方案设计 测距精度测试包括六段解析模型和基线比较模型的确定。首先通过六段解析模型,获取全站仪的距离加常数,从而精确确定检校场六段精确距离

参考文献

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