三维激光扫描数据精度分析模型研究及应用

作者:冯上朝;吴满意;刘莎; 刊名:价值工程 上传者:陈代学

【摘要】通过实验数据对三维激光扫描仪测距和测角的精度进行分析,得出此次实验采用的Leica Scanstation C10扫描仪在测量角度和距离时均存在系统误差,并分析说明了实验待测物体均在50米范围以内,实验采集的数据对于三维建模精度完全可靠可用。

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0引言传统测量主要采用全站仪、GPS、摄影测量等方法进行单点式和影像式数据采集,单点式数据获取方式对技术人员选取特征点有较高的要求且监测面比较小,不能全面表达目标物体的整体形态信息。影像式数据获取方式虽然采集区域较大,但采集数据精度受像控点、立体解析等环节原始精度限制,解算精度不高。目前,随着测量、机械、电子等学科的高速发展,使得三维激光扫描仪从研制到生产等环节都有了巨大的发展,其集光、机、电等各种技术于一身,它是从传统测绘计量技术并经过精密的传感工艺整合及多种现代高科技手段集成而发展起来的,是对多种传统测绘技术的概括及一体化,具有效率高、精度高、非接触测量、信息获取大、环境适应强等优势得到蓬勃发展,在基础测绘、工程测量、变形测量、数字城市、铁路、公路、考古研 究等领域得到广泛应用。深度开发和拓展三维激光扫描技术在测绘领域的应用潜能,提高传统测量方法的作业效率和精度目前已成为该领域一个重要研究方向[1-4]。本文主要研究三维激光扫描仪器基本原理和误差来源,应用误差理论对三维激光扫描技术精度进行分析和总结。1数据误差来源扫描系统测量误差可以分为系统误差和偶然误差。系统误差引起三维激光扫描点的坐标偏差可以通过公式改正或修正系统予以消除或减小。所以,现阶段偶然误差仍然是激光扫描系统的主要来源,主要包括仪器自身误差、数据去噪建模产生的误差、距离误差、植被覆盖处的噪音误差等[5-6]。影响三维激光扫描仪精度的因素主要有以下两方面:仪器误差、外界条件及反射面引起的误差[7]。1.1仪器误差三维激光扫描仪本身的误差包括测距和测角因素引起的误差。测距引起的误差一般是由激光测距系统造成的,主要 包括:(1)周期性误差。主要是由发射及接收之间的电信号、光串扰而引起的;(2)加常数误差。加常数是电磁波测距仪的固有系统误差;(3)相位不均匀误差。因激光束位置不同进行距离测量造成的误差;(4)比例改正误差。基准频率偏离设定值时,会对测距结果产生与所测距离成相应比例的改正误差;(5)幅相误差。由于被测物体表面变化幅度较大,扫描仪接收到的信号也是剧烈变化的,会给测距结果带来误差。角度误差一般为带动的马达扫描仪非匀速转动。主要是以下几个原因产生:(1)垂直度盘指标差;(2)视准轴误差;(3)偏心差。1.2测量实体反射所产生的误差厂家在进行实验时选择的条件无疑是较为理想的状态,引起误差的主要原因包括被测物体的材质、颜色、反射面的光滑度等因素。这些条件状态主要影响测距范围以及仪器常数。1.3环境条件引起的误差外界气象环境对测绘仪器测量精度的影响无法避免。三维激光扫描仪也不例外,包括气象条件影响,激光入射角度,“黑洞”现象等,因此三维激光扫描仪有必要避开恶劣环境条件,在气象条件稳定、适合的状况下,进行外业数据的采集,让外界因素造成的误差小一些。2三维激光扫描仪测距量角精度分析三维激光扫描的精度一般是指扫描点云的坐标精度,它包括绝对精度和相对定位精度两种,同时精度还与测程有关系,点云的绝对中误差与距离测量和角度测量的精度有关[9]。在此只对三维激光扫描仪自身的精度进行验证分析,因为其他影响因素可以的尽量避免,只要仪器的精度足够可靠,通过人为的控制可以大幅提高建模的精度。通过对Leica Scanstation C10三维激光扫描仪和Leica TS15全站仪的两次实验,建立如何快速准确分析三维激光扫描仪精度的模型,最终解算出Leica ScanstationC10得出的点云数据的点位精度。主要实验设备为:Leica Scanstation C10三维激光扫描仪以及随机配备的标靶球,

参考文献

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