CN105937913A - Ccd组合全站仪综合检测技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CCD组合全站仪综合检测技术。该发明是通过制作边长20cm×20cm的简易正方形靶标，代替严格的检校场，通过在任意假定测站点安置并整平仪器，先用CCD镜头对方形靶标正直摄影并解析靶标上4个特征点的相对物方坐标(X_i′，Y_i′，Z_i′)，并接着用全站仪直接测得方形靶标上各个特征点的相对坐标测量(X_i，Y_i，Z_i)，然后通过上面全站仪求得的特征点物方坐标和像片解算求得特征点坐标，解算CCD镜头中心相对于全站仪中心的坐标位移量(e_x，e_y，e_z)和旋转角量(ε_x，ε_y，ε_z)，即CCD镜头中心相对全站仪中心的姿态偏移参数。

Description

CCD组合全站仪综合检测技术

一、技术领域

本发明涉及一种组合仪器综合检测技术，特别是一种CCD组合全站仪的综合检测技术。

二、技术背景

到目前为止，仪器检校都要去严格的检校场进行检校，且无论CCD镜头的检校还是全站仪的检校都较为复杂和繁琐，而仅通过现有的检校场很难实现对组合仪器的检校。如果组合仪器不经过严格的检校，测得的数据信息将没有任何意义，这就给实际的测量过程造成了很大的麻烦和不便：

①对待测目标物进行测量时，仅通过全站仪测量或CCD镜头摄影测量，均可以实现部分测量，要实现简便快速的目标物测量较为困难；

②一般仪器检校都要去严格的大型检校场完成，这样既麻烦又需要较高的花费；

③CCD镜头中心和全站仪中心的相对位置关系不明确，测得数据信息很难建立起一定的联系，所测数据也就毫无意义。

因此，在使用组合仪器进行目标物测量时，如果不能提前进行综合检测，明确组合两仪器中心的相对关系，实际测量就毫无意义，如何寻找一种能够快速简便地实现组合仪器检校的技术方法显得尤为重要。

三、发明内容

为了能够克服在组合仪器检校中存在的不足和局限，以最快速、简洁的方法对CCD和全站仪组合仪器完成检校，本发明的目的就是提供一种CCD组合全站仪综合检测的技术方法。

本发明的目的是这样实现的：

首先，制作边长a＝20cm的正方形靶标，固定于前方30m的墙体上；其次，设全站仪测站点坐标为(0，0，0)，安置整平仪器，照准方形靶标，并保证全站仪在测站点视线水平时，正方形靶标中心点O位于全站仪望远镜十字丝中心；再次，利用CCD镜头对方形靶标正直摄影，并使用全站仪对方形靶标的4个角点进行相对坐标测量，获得4个特征点的相对坐标(X_i，Y_i，Z_i)(i＝1，2，3，4)；然后，根据摄影测量原理，通过拍摄的正直影像上的特征点的像方坐标(u_i，v_i)，利用数模① $\left\{\begin{array}{c}{(X_i^{\′}-X_{i+1}^{\′})}^2+{(Y_i^{\′}-Y_{i+1}^{\′})}^2+{(Z_i^{\′}-Z_{i+1}^{\′})}^2=a^2\\ X_i^{\′}=\frac{Y_i^{\′}}{f}{u}_i\\ Y_i^{\′}=\frac{Y_i^{\′}}{f}{v}_i\end{array}\right.$ (i＝1，2，3，4且当i＝4时，i+1＝1)，求得4个特征点对应的相对物方坐标(X_i′，Y_i′，Z_i′)(i＝1，2，3，4)，其中，f为CCD镜头的焦距；最后，利用数学模型② $\left[\begin{array}{c}{X}_i\\ Y_i\\ Z_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_i^{\′}\\ Y_i^{\′}\\ Z_i^{\′}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}0& -Z_i^{\′}& Y_i^{\′}\\ Z_i^{\′}& 0& -X_i^{\′}\\ -Y_i^{\′}& X_i^{\′}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_x\\ {\mathrm{\ϵ}}_y\\ {\mathrm{\ϵ}}_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{e}_x\\ e_y\\ e_z\end{array}\right],$ 解算CCD镜头中心相对于全站仪中心的坐标位移量(e_x，e_y，e_z)和旋转角量(ε_x，ε_y，ε_z)，即CCD镜头中心相对全站仪中心的姿态偏移参数。

本项发明具有以下优点：

①利用CCD组合全站仪来对目标物进行测量时，能很好地结合全站仪精密测量和摄影测量各自的优势；

②利用简易自制的靶标实现组合仪器的综合检测，避免了到指定检校场检校的麻烦，也省去了一大笔不必要的开支；

③快速明确了组合仪器中心的相对位置关系和旋转关系，对后边测量的数据求解做好了保障。

四、附图说明：

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1为20cm×20cm正方形靶标模型示意图；

图2为全站仪中心和CCD镜头中心相对位置和坐标系关系示意图(S₁为全站仪中心，S₂为CCD镜头中心，e_x，e_y，e_z依次为CCD镜头中心相对于全站仪中心在X方向，Y方向和Z方向的坐标位移量)。

五、具体实施方式：

针对组合仪器的综合检测，本发明在理论思路和操作流程上都有了较大地改进和创新，提供了一种CCD组合全站仪快速综合检测的技术方法，具体是：

(1)如图1所示，制作边长20cm×20cm的正方形靶标，其中，靶标面内有一个十字丝，其交点为特征点O，靶标四个角点顺时针方向依次为特征点1，2，3，4；

(2)任意选定一测站点，假定测站点坐标为(0，0，0)，在此测站点上安置并调平CCD组合全站仪，先调节水平制动，后转动全站仪垂直制动，保持垂直角为90°，照准方形靶标，其中，方形靶标的特征点O此时正好位于全站仪望远镜的十字丝中心；

(3)在全站仪照准靶标特征点后，用CCD镜头对正方形靶标进行正直摄影，并保存像片；

(4)用全站仪对方形靶标上如图1所示的4个特征点进行相对坐标测量，测得各个特征点相对坐标(X_i，Y_i，Z_i)(i＝1，2，3，4)；

(5)根据摄影测量原理，通过前边拍摄的正直影像上的特征点的像方坐标(u_i，v_i)，利用数模① $\left\{\begin{array}{c}{(X_i^{\′}-X_{i+1}^{\′})}^2+{(Y_i^{\′}-Y_{i+1}^{\′})}^2+{(Z_i^{\′}-Z_{i+1}^{\′})}^2=a^2\\ X_i^{\′}=\frac{Y_i^{\′}}{f}{u}_i\\ Y_i^{\′}=\frac{Y_i^{\′}}{f}{v}_i\end{array}\right.$ (i＝1，2，3，4且当i＝4时，i+1＝1)，再次求得4个特征点对应的相对物方坐标(X_i′，Y_i′，Z_i′)(i＝1，2，3，4)，其中，f为CCD镜头的焦距且为已知量；

(6)如图2所示，我们知道全站仪坐标系和CCD镜头坐标系之间存在着偏移和旋转关系，为此，利用数学模型② $\left[\begin{array}{c}{X}_i\\ Y_i\\ Z_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_i^{\′}\\ Y_i^{\′}\\ Z_i^{\′}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}0& -Z_i^{\′}& Y_i^{\′}\\ Z_i^{\′}& 0& -X_i^{\′}\\ -Y_i^{\′}& X_i^{\′}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_x\\ {\mathrm{\ϵ}}_y\\ {\mathrm{\ϵ}}_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{e}_x\\ e_y\\ e_z\end{array}\right],$ 解算CCD镜头中心相对于全站仪中心的坐标位移量(e_x，e_y，e_z)和旋转角量(ε_x，ε_y，ε_z)，即CCD镜头中心相对全站仪中心的姿态偏移参数。

Claims (1)

1.CCD组合全站仪综合检测技术，其特征是：(1)制作边长a＝20cm的正方形靶标，固定于前方30m的墙体上；(2)设全站仪测站点坐标为(0，0，0)，安置整平仪器，照准方形靶标，并保证全站仪在测站点视线水平时，正方形靶标中心点O位于全站仪望远镜十字丝中心；(3)利用CCD镜头对方形靶标正直摄影，并使用全站仪对方形靶标的4个角点进行相对坐标测量，获得4个特征点的相对坐标(X_i，Y_i，Z_i)(i＝1，2，3，4)；(4)根据摄影测量原理，通过拍摄的正直影像上的特征点的像方坐标(u_i，v_i)，利用数模①

(i＝1，2，3，4且当i＝4时，i+1＝1)，求得4个特征点对应的相对物方坐标(X_i′，Y_i′，Z_i′)(i＝1，2，3，4)，其中，f为CCD镜头的焦距；(5)利用数学模型②解算CCD镜头中心相对于全站仪中心的坐标位移量(e_x，e_y，e_z)和旋转角量(ε_x，ε_y，ε_z)，即CCD镜头中心相对全站仪中心的姿态偏移参数。