三维激光扫描仪建模精度分析  

作者:徐立伟 刊名:《江苏科技信息》 上传者:王晓东

【摘要】文章针对传统全站仪建模的局限性,提出采用三维激光扫描技术建模思路。通过选择同名特征点,分别测出其全站仪坐标及三维激光扫描仪坐标,经坐标系转换后,对同名点坐标对比分析,研究三维激光扫描仪的建模精度,以及激光扫描仪建模的优点及其可能存在的不足。

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0引言三维激光扫描技术又被称为高清晰测量技术[1],是通过高速激光扫描的方法,快速获取大面积目标表面的高分辨率点云数据,三维激光扫描技术具有速度快、非接触性、实时、动态、主动性,及高密度、高精度,数字化、自动化等特性,并且可以深入到复杂的现场环境中,实现对各种大型的、不规则的、非标准的实体或实景三维数据的完整采集。本文研究对象检校场模型的建立及其精度的评定,通过检校场的特征点选取,利用全站仪及激光扫描仪获得三维坐标,对标靶中心的提取,经过对比分析,最终得到检校场的建模精度。1数据采集1.1标靶的布设标靶布设是本实验工作的第一步,是实验成功的根本保障。通过对墙面标靶的布设,研究不同形状、大小、位置标靶中心的获得,以达到最大程度削弱标靶形状等因素影响精度的目的[2]。本文标靶的选择分为直径7cm,12cm圆形;7cm,12cm正方形四种(见图1)。提取的标靶中心将作为建模精度分析的依据。在实际布设中,考虑到激光扫描的特点和全站仪观测的难易度,依据控制网中控制点的分布,在控制点的周围布设标靶,前后共布设四个标靶。1.2控制网布设本文检校场设在测绘学院四楼走廊内,选址有以下考虑:(1)走廊内受外界天气因素影响小,所布设的标靶能保存较长时间。(2)四楼比较偏僻,实验时外界因素的影响较小,有助于保证实验的精度。根据检校场实地勘测,设计布设为闭合导线网,如图2所示。其中控制网平面部分采用独立坐标系,假设K03(130.817,100),K04(100,100)两点为已知点,并赋予坐标值,考虑到检校场实际地形情况,水准测量无法进行,故控制点高程采用精密三角高程方法得到,假设K03点高程为100。经控制网平差后,结果如表1所示。图1实验标靶样式图2控制网点名XYHK0591.12688.25499.832K0410010099.982JM0391.2778.0599.837K03130.817100100.000JM0491.18767.66899.835JM0591.03950.24799.820K0691.33862.81599.827K01143.30861.01999.821JM01143.00468.48999.818JM02143.04178.29199.830K02143.32887.50699.829表1控制点坐标(单位:m)1.3基于全站仪的标靶中心提取控制点的坐标以及高程数据上面已经得到,将控制点信息输入到全站仪中,在测站上安装全站仪,整平对中,完成设定并检查无误后进行数据采集,输入碎部点点号,瞄准标靶中心开始标靶中心的坐标信息采集[3]。采集得到数据如表2所示。1.4基于激光扫描仪的标靶中心采集1.4.1检校场拼接与标靶中心提取将采集到的扫描数据,经电脑传入cyclone软件中打开,滤除无用的噪点。为了得到完整的检校场点云数据,必须将不同测站,不同角度扫描获得的数据转换到统一的坐标系中。根据cyclone软件的特点,利用易于确定的一定数量同名点,将不同测站的扫描数据拼接在一起。本文选择的同名点是扫描中布设的专用标靶如图3所示,提取两站点同名专用标靶的中心后,利用cyclone软件进行拼接如图4所示。在cyclone软件中打开检校场模型,依次提取标靶的中心点坐标。1.4.2坐标系转换三维激光扫描仪提供的是仪器内部坐标,其原点为激光发射中心点,对于地面激光扫描仪,在检校场和全站仪数据中选择同名点,利用七参数法将仪器坐标数据转换为大地坐标数据。利用七参数法转换,将各站扫描得到的激光扫描仪坐标转换成全站仪坐标系下的坐标,本实验分析扫描站点的坐标转换[

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