地面激光扫描仪的精度影响因素分析

作者:罗德安;廖丽琼 刊名:铁道勘察 上传者:古晓芙

【摘要】尽管地面三维激光扫描技术正被越来越多地应用于多个领域,但对其测量数据的精度评定,至今尚缺乏必要的理论及方法支持。从分析直接测量数据出发,对该类测量仪器误差的主要来源及其对测量数据的影响情况进行了详细分析,构建了地面三维激光扫描仪单个扫描点测量数据的精度评价模型。该模型为基于地面三维激光扫描仪高精度测量项目(如变形监测)的测量成果精度评定,以及测量方案的优化设计提供了所必需的理论基础。

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收稿日期: 2007 - 05 - 22 第一作者简介:罗德安 (1968—) ,男 , 2002年毕业于西南交通大学工程测量专业 ,工学博士 ,副教授。 * 基金项目 :北京市自然科学基金资助项目 (编号: 8063027)。北京市教育委员会科技发展计划项目 (编号: KM200610016009)。 地面激光扫描仪的精度影响因素分析* 罗德安  廖丽琼 (北京建筑工程学院测量工程系 , 北京  100044) Analysis on Accuracy Influential Factors of TerrestrialLaser Scanners Luo Dean Liao Liqiong   摘  要  尽管地面三维激光扫描技术正被越来越多地应用于多个领域 ,但对其测量数据的精度评定 ,至今尚缺乏必要的理论及方法支持。从分析直接测量数据出发 ,对该类测量仪器误差的主要来源及其对测量数据的影响情况进行了详细分析 ,构建了地面三维激光扫描仪单个扫描点测量数据的精度评价模型。该模型为基于地面三维激光扫描仪高精度测量项目 (如变形监测 )的测量成果精度评定 ,以及测量方案的优化设计提供了所必需的理论基础。关键词  地面激光扫描仪  误差  变形监测   地面激光扫描仪 ( Terrestrial Laser Scanner,简称TLS)小型便捷、精确高效、安全稳定、可操作性强 ,能在几分钟内对所感兴趣的区域建立详尽准确的三维立体模型并提供准确的定量分析。鉴于其良好的技术特性 ,已逐步被应用于各相关领域 ,如快速建立局部城市三维模型、古建筑测量与文物保护、逆向工程应用、复杂建筑物施工、地质研究、建筑物形变监测等多个领域。随着仪器价格的逐步降低 ,以及仪器厂商的大力宣传和推广 ,越来越多的机构已经采用或打算采用 TLS来完成测量工作。 任何一项测量工作 ,其测量结果必须满足特定工程的具体精度需求 ,如果所采用的测量仪器及数据处理方法不能产生预期的测量结果 ,就是说 ,其测量结果不能满足具体工程的精度要求 ,那么 ,所进行的测量工作是无效的 ,其获得的测量结果也是不可信的。地面三维激光扫描技术作为一项全新的测量技术 ,与其相关的仪器精度评定、测量成果的精度评定、误差理论及误差模型的研究 ,以及测量方法的研究等 ,都还在探索过程中。到目前为止 ,对 TLS仪器的检验校正和测量成果精度评定 ,还没有形成成熟的、通用的方法体系及评价理论体系。 尽管如此 ,国内外相关领域内的学者已经做了大量的理论研究和相关的试验工作。从已有的研究结果来看 ,地面激光扫描仪并不像生产厂家所宣传的那样 , 具有良好的精度及稳定性 ,以及广泛的适应性。事实上 ,目前几乎所有的地面激光扫描仪器 ,其标称精度和试验结果都存在较大的差异。这一方面跟测量仪器的工作方式不同、测量对象不同和测量环境差异等因素有关 ,另一方面也可以认为其标称精度仅代表特定条件下的实验室结果 ,个别可能还含有部分夸大成分。 鉴于 TLS测量成果精度评定本身的复杂性 ,本文将根据目前已有的研究成果和本人在这一领域的一些研究成果 ,全面概括影响 TLS测量成果精度的因素及其影响 ,并建立 TLS单个测量点的误差模型及其精度评定模型。 1 TLS数据采集工作原理 TLS是一种集成了多种高新技术的新型测绘仪器 ,采用非接触式高速激光测量方式 ,以点云的形式获取地形及复杂物体三维表面的阵列式几何图形数据。仪器主要包括激光测距系统和激光扫描系统 ,同时也集成 CCD数字摄影和仪器内部校正等系统。其工作原理是 :扫描仪对目标发射

参考文献

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