一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換工具及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換工具及方法，包括基板、工業(yè)全站儀球形棱鏡、三維激光掃描儀球形標靶、棱鏡支撐座、標靶支撐座構成；通過轉換工具實驗室坐標系的建立、利用工業(yè)全站儀和轉換工具中的工業(yè)全站儀球形棱鏡進行測量、利用三維激光掃描儀和轉換工具中的三維激光掃描儀球形標靶進行測量，解決了棱鏡及標靶的放置問題，并解決了坐標轉換問題，進而實現(xiàn)工業(yè)全站儀測量數(shù)據(jù)與三維激光掃描儀測量數(shù)據(jù)的融合，提高了三維激光掃描儀數(shù)據(jù)的精度；針對實驗室坐標系統(tǒng)的構建，采用了精密球形中心點擬合的工業(yè)檢測手段來獲得，保證了實驗室坐標的精度要求。
【專利說明】
一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換工具及方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種測繪領域中掃描點云數(shù)據(jù)的轉換工具，特別是涉及一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換工具及方法?！颈尘凹夹g】
[0002]在測繪領域中，傳統(tǒng)測量原則為“先整體后局部，先控制后碎部，由高級到低級”， 然而在三維激光掃描數(shù)據(jù)采集方式下，由于點云數(shù)據(jù)的采集不是“單點”模式，其誤差控制只能依靠儀器精度來完成，無法實現(xiàn)“先整體后局部”、“高級到低級”的控制原則。特別地， 在長距離多站點測量環(huán)境下，拼站后的點云數(shù)據(jù)誤差積累較大，實踐中誤差累計有時甚至達到米級程度，其精度長期以來不能滿足實際工程的應用需要。
[0003]在現(xiàn)有技術中，一般工業(yè)全站儀的精度要遠遠高于三維激光掃描儀的精度，并且可以進行數(shù)據(jù)的整體平差，但是，全站儀是一種點位測量儀器，其標靶一般是棱鏡，測量的是棱鏡中心點的坐標數(shù)據(jù)，而三維激光掃描儀是一種點云數(shù)據(jù)測量儀器，掃描獲取的是對象表面的密集點云坐標數(shù)據(jù)，其標靶一般為球形標靶，通過擬合球形中心點獲得精確控制點，顯然，全站儀無法測量球形標靶而為掃描儀提供更高級別的控制點數(shù)據(jù)，盡管，三維激光掃描儀也有平面標靶，但由于使用中經(jīng)常需要轉動以對準掃描儀，故擬合精度較差，實際工作中較少使用；另一方面，平面標靶對于全站儀測量而言，是一種無標靶測量或者標靶紙測量，精度無法達到儀器標稱精度，因此，如何將工業(yè)全站儀的點位測量與三維掃描儀的點云數(shù)據(jù)進行融合，進而提高三維掃描儀的掃描數(shù)據(jù)精度，是一個較為困難且具有重要應用價值的研究課題，目前尚未見很好解決該問題的相關文獻。
[0004]—般而言，全站儀的測量標靶有無標靶測量、標靶紙、一般棱鏡以及球形棱鏡，其測量精度隨不同的標靶而逐步提高，因而，如果能將全站儀的球形棱鏡與三維激光掃描儀的球形革G球結合起來，通過球形棱鏡中心點的坐標計算出球形革E1球中心點的坐標，是轉換工具設計的一種思路;基于這種思路，如果將球形棱鏡和球形靶球固定在一起，且有三個以上球形棱鏡，依據(jù)空間坐標系轉換的原理，已知了球形棱鏡和球形靶球的空間位置關系，那么在實際測量中就可以從棱鏡中心點坐標數(shù)據(jù)推算出球形靶球中心點坐標;這里全站儀測量的球形棱鏡為全站儀測量坐標系統(tǒng)，三維激光掃描儀測量的球形靶球中心坐標點數(shù)據(jù)為三維激光儀測量坐標系統(tǒng)，而已知的球形棱鏡和球形靶球的空間位置關系可以通過實驗室坐標系統(tǒng)來建立，這就是本發(fā)明設計的基本思路和原理。
【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換工具及方法，通過本技術方案，將工業(yè)全站儀球形棱鏡與三維激光掃描儀的球形標靶進行組合固定，形成測量轉換工具;解決了球形棱鏡和球形標靶放置問題;進而解決了三維激光掃描數(shù)據(jù)到全站儀坐標系統(tǒng)的坐標轉換問題;針對實驗室坐標系統(tǒng)的構建，采用了精密的球形中心點擬合的工業(yè)檢測手段來得到，保證了實驗室坐標的精度的要求； 根據(jù)空間坐標轉換原理，完成了工業(yè)級全站儀測量數(shù)據(jù)對三維激光掃描儀數(shù)據(jù)的融合;經(jīng)過詳細的誤差理論分析和工程實踐證明，本技術方案可以將三維激光掃描儀的多站拼接數(shù)據(jù)精度控制在單站測量精度范圍之內。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換工具，包括基板，還包括工業(yè)全站儀球形棱鏡、三維激光掃描儀球形標靶、棱鏡支撐座和標靶支撐座，所述標靶支撐座設置在基板中間，三維激光掃描儀球形標靶設置在標靶支撐座上，在基板上設置有三個以上的棱鏡支撐座，所述工業(yè)全站儀球形棱鏡設置在棱鏡支撐座上。
[0007]作為進一步的技術方案，所述棱鏡支撐座內設置有磁鐵塊。
[0008]作為進一步的技術方案，所述基板下面有三個以上尖銳支撐，便于固定，且便于放置與拿起。
[0009]一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換方法，按以下方法完成。
[0010]A.實驗室坐標系的建立，采用精密的球形中心點擬合的工業(yè)檢測手段來得到上述轉換工具中，各個工業(yè)全站儀球形棱鏡中心點和三維激光掃描儀球形標靶中心點在實驗室坐標系下的相對位置關系；B.利用工業(yè)全站儀和轉換工具中的工業(yè)全站儀球形棱鏡進行測量，獲得工業(yè)全站儀測量數(shù)據(jù)；C.利用三維激光掃描儀和轉換工具中的三維激光掃描儀球形標靶進行測量;獲是激光掃描儀測量數(shù)據(jù)；D.利用工業(yè)全站儀測量數(shù)據(jù)中工業(yè)全站儀球形棱鏡位置數(shù)據(jù)與三維激光掃描儀測量數(shù)據(jù)中三維激光掃描儀球形標靶位置數(shù)據(jù)，通過實驗坐標系的相對位置關系，實現(xiàn)工業(yè)全站儀測量數(shù)據(jù)與三維激光掃描儀測量數(shù)據(jù)的融合。[〇〇11]采用上述技術方案后的有益效果是:一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換工具及方法，通過本技術方案，將工業(yè)全站儀球形棱鏡與三線激光掃描儀的球形標靶進行組合，形成數(shù)據(jù)轉換工具，進而解決了坐標轉換問題和棱鏡及標靶的放置問題， 針對實驗室坐標系統(tǒng)的構建，采用了精密的球形中心點擬合的工業(yè)檢測手段來得到，保證了實驗室坐標的精度的要求，在坐標轉換方程的支撐下，完成了工業(yè)級全站儀測量數(shù)據(jù)與三維激光掃描儀數(shù)據(jù)的融合，經(jīng)過詳細的誤差理論分析和工程實踐證明，本技術方案可以將三維激光掃描儀的多站拼接數(shù)據(jù)精度控制在單站測量精度范圍之內。【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例的主視結構示意圖。[0〇13]圖2為本發(fā)明實施例的俯視結構不意圖。
[0014]圖中，1基板，2工業(yè)全站儀球形棱鏡、3三維激光掃描儀球形標靶、4標靶支撐座、5 磁鐵塊、6棱鏡支撐座、7尖銳支撐。【具體實施方式】
[0015]下面將結合附圖對本發(fā)明中具體實施例作進一步詳細說明。
[0016]如圖1-圖2所示，本發(fā)明涉及的一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換工具，包括基板1，還包括工業(yè)全站儀球形棱鏡2、三維激光掃描儀球形標靶3、棱鏡支撐座6和標靶支撐座4,所述標靶支撐座4設置在基板1中間，三維激光掃描儀球形標靶3設置在標靶支撐座4上，在基板1四角處上設置有四個棱鏡支撐座6,所述工業(yè)全站儀球形棱鏡2 設置在棱鏡支撐座6上。
[0017]作為進一步的技術方案，所述棱鏡支撐座6內設置有磁鐵塊5。[〇〇18]作為進一步的技術方案，所述基板1下面有三個以上尖銳支撐7,便于固定，且便于放置與拿起。
[0019]本發(fā)明中的一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換方法，按以下方法完成。
[0020]A.實驗室坐標系的建立，采用精密的球形中心點擬合的工業(yè)檢測手段來得到上述轉換工具中，各個工業(yè)全站儀球形棱鏡中心點和三維激光掃描儀球形標靶中心點在實驗室坐標系下的相對位置關系；B.利用工業(yè)全站儀和轉換工具中的工業(yè)全站儀球形棱鏡進行測量，獲得工業(yè)全站儀測量數(shù)據(jù)；C.利用三維激光掃描儀和轉換工具中的三維激光掃描儀球形標靶進行測量，獲是激光掃描儀測量數(shù)據(jù)；D.利用工業(yè)全站儀測量數(shù)據(jù)中工業(yè)全站儀球形棱鏡位置數(shù)據(jù)與三維激光掃描儀測量數(shù)據(jù)中三維激光掃描儀球形標靶位置數(shù)據(jù)，通過實驗坐標系的相對位置關系，實現(xiàn)工業(yè)全站儀測量數(shù)據(jù)與三維激光掃描儀測量數(shù)據(jù)的融合。
[0021]本發(fā)明中采用是工業(yè)全站儀，也可以采用激光跟綜儀進行數(shù)據(jù)轉換，實施應用與采用工業(yè)全站儀相同。
[0022]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳可行實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換工具，包括基板，其特征在 于，包括工業(yè)全站儀球形棱鏡、三維激光掃描儀球形標靶、棱鏡支撐座和標靶支撐座，所述 標靶支撐座設置在基板中間，三維激光掃描儀球形標靶放置在標靶支撐座上，在基板上設 置有三個以上的棱鏡支撐座，所述工業(yè)全站儀球形棱鏡放置在棱鏡支撐座上。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換工 具，其特征在于，所述棱鏡支撐座內設置有磁鐵塊。3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換工 具，其特征在于，基板下面有三個以上尖銳支撐，便于固定，且便于放置與拿起。4.一種基于高精度點位測量的三維激光掃描數(shù)據(jù)坐標轉換方法，其特征在于，按以下 方法完成:A.實驗室坐標系的建立，采用精密的球形中心點擬合的工業(yè)檢測手段來得到上述轉換 工具中，各個工業(yè)全站儀球形棱鏡中心點和三維激光掃描儀球形標靶中心點在實驗室坐標 系下的相對位置關系；B.利用工業(yè)全站儀和轉換工具中的工業(yè)全站儀球形棱鏡進行測量，獲得工業(yè)全站儀點 位測量數(shù)據(jù)；C.利用三維激光掃描儀和轉換工具中的三維激光掃描儀球形標靶進行測量，獲是激光 掃描儀測量數(shù)據(jù)；D.利用至少三個轉換工具進行測量；E.利用工業(yè)全站儀測量數(shù)據(jù)中工業(yè)全站儀球形棱鏡點位數(shù)據(jù)與三維激光掃描儀測量 數(shù)據(jù)中三維激光掃描儀球形標靶擬合中心點位數(shù)據(jù)，通過實驗坐標系下的相對位置關系， 實現(xiàn)工業(yè)全站儀點位測量數(shù)據(jù)與三維激光掃描儀掃描測量數(shù)據(jù)的融合，進而提高三維激光 掃描儀掃描數(shù)據(jù)的精度。
【文檔編號】G01B11/00GK106017319SQ201610348310
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】胡云崗, 侯妙樂, 張向前, 吳育華
【申請人】北京建筑大學