CN106017319B - 一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具及方法 - Google Patents

一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具及方法，包括基板、工业全站仪球形棱镜、三维激光扫描仪球形标靶、棱镜支撑座、标靶支撑座构成；通过转换工具实验室坐标系的建立、利用工业全站仪和转换工具中的工业全站仪球形棱镜进行测量、利用三维激光扫描仪和转换工具中的三维激光扫描仪球形标靶进行测量，解决了棱镜及标靶的放置问题，并解决了坐标转换问题，进而实现工业全站仪测量数据与三维激光扫描仪测量数据的融合，提高了三维激光扫描仪数据的精度；针对实验室坐标系统的构建，采用了精密球形中心点拟合的工业检测手段来获得，保证了实验室坐标的精度要求。

Description

一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具 及方法
技术领域
本发明涉及一种测绘领域中扫描点云数据的转换工具，特别是涉及一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具及方法。
背景技术
在测绘领域中，传统测量原则为“先整体后局部，先控制后碎部，由高级到低级”，然而在三维激光扫描数据采集方式下，由于点云数据的采集不是“单点”模式，其误差控制只能依靠仪器精度来完成，无法实现“先整体后局部”、“高级到低级”的控制原则。特别地，在长距离多站点测量环境下，拼站后的点云数据误差积累较大，实践中误差累计有时甚至达到米级程度，其精度长期以来不能满足实际工程的应用需要。
在现有技术中，一般工业全站仪的精度要远远高于三维激光扫描仪的精度，并且可以进行数据的整体平差，但是，全站仪是一种点位测量仪器，其标靶一般是棱镜，测量的是棱镜中心点的坐标数据，而三维激光扫描仪是一种点云数据测量仪器，扫描获取的是对象表面的密集点云坐标数据，其标靶一般为球形标靶，通过拟合球形中心点获得精确控制点，显然，全站仪无法测量球形标靶而为扫描仪提供更高级别的控制点数据，尽管，三维激光扫描仪也有平面标靶，但由于使用中经常需要转动以对准扫描仪，故拟合精度较差，实际工作中较少使用；另一方面，平面标靶对于全站仪测量而言，是一种无标靶测量或者标靶纸测量，精度无法达到仪器标称精度，因此，如何将工业全站仪的点位测量与三维扫描仪的点云数据进行融合，进而提高三维扫描仪的扫描数据精度，是一个较为困难且具有重要应用价值的研究课题，目前尚未见很好解决该问题的相关文献。
一般而言，全站仪的测量标靶有无标靶测量、标靶纸、一般棱镜以及球形棱镜，其测量精度随不同的标靶而逐步提高，因而，如果能将全站仪的球形棱镜与三维激光扫描仪的球形靶球结合起来，通过球形棱镜中心点的坐标计算出球形靶球中心点的坐标，是转换工具设计的一种思路；基于这种思路，如果将球形棱镜和球形靶球固定在一起，且有三个以上球形棱镜，依据空间坐标系转换的原理，已知了球形棱镜和球形靶球的空间位置关系，那么在实际测量中就可以从棱镜中心点坐标数据推算出球形靶球中心点坐标；这里全站仪测量的球形棱镜为全站仪测量坐标系统，三维激光扫描仪测量的球形靶球中心坐标点数据为三维激光仪测量坐标系统，而已知的球形棱镜和球形靶球的空间位置关系可以通过实验室坐标系统来建立，这就是本发明设计的基本思路和原理。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具及方法，通过本技术方案，将工业全站仪球形棱镜与三维激光扫描仪的球形标靶进行组合固定，形成测量转换工具；解决了球形棱镜和球形标靶放置问题；进而解决了三维激光扫描数据到全站仪坐标系统的坐标转换问题；针对实验室坐标系统的构建，采用了精密的球形中心点拟合的工业检测手段来得到，保证了实验室坐标的精度的要求；根据空间坐标转换原理，完成了工业级全站仪测量数据对三维激光扫描仪数据的融合；经过详细的误差理论分析和工程实践证明，本技术方案可以将三维激光扫描仪的多站拼接数据精度控制在单站测量精度范围之内。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具，包括基板，还包括工业全站仪球形棱镜、三维激光扫描仪球形标靶、棱镜支撑座和标靶支撑座，所述标靶支撑座设置在基板中间，三维激光扫描仪球形标靶设置在标靶支撑座上，在基板上设置有三个以上的棱镜支撑座，所述工业全站仪球形棱镜设置在棱镜支撑座上。
作为进一步的技术方案，所述棱镜支撑座内设置有磁铁块。
作为进一步的技术方案，所述基板下面有三个以上尖锐支撑，便于固定，且便于放置与拿起。
一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具的坐标转换方法，按以下方法完成。
A.实验室坐标系的建立，采用精密的球形中心点拟合的工业检测手段来得到上述转换工具中，各个工业全站仪球形棱镜中心点和三维激光扫描仪球形标靶中心点在实验室坐标系下的相对位置关系；
B.利用工业全站仪和转换工具中的工业全站仪球形棱镜进行测量，获得工业全站仪测量数据；
C.利用三维激光扫描仪和转换工具中的三维激光扫描仪球形标靶进行测量；获是激光扫描仪测量数据；
D.利用工业全站仪测量数据中工业全站仪球形棱镜位置数据与三维激光扫描仪测量数据中三维激光扫描仪球形标靶位置数据，通过实验坐标系的相对位置关系，实现工业全站仪测量数据与三维激光扫描仪测量数据的融合。
采用上述技术方案后的有益效果是：一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具及方法，通过本技术方案，将工业全站仪球形棱镜与三线激光扫描仪的球形标靶进行组合，形成数据转换工具，进而解决了坐标转换问题和棱镜及标靶的放置问题，针对实验室坐标系统的构建，采用了精密的球形中心点拟合的工业检测手段来得到，保证了实验室坐标的精度的要求，在坐标转换方程的支撑下，完成了工业级全站仪测量数据与三维激光扫描仪数据的融合，经过详细的误差理论分析和工程实践证明，本技术方案可以将三维激光扫描仪的多站拼接数据精度控制在单站测量精度范围之内。
附图说明
图1为本发明实施例的主视结构示意图。
图2为本发明实施例的俯视结构示意图。
图中，1基板，2工业全站仪球形棱镜、3三维激光扫描仪球形标靶、4标靶支撑座、5磁铁块、6棱镜支撑座、7尖锐支撑。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明中具体实施例作进一步详细说明。
如图1-图2所示，本发明涉及的一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具，包括基板1，还包括工业全站仪球形棱镜2、三维激光扫描仪球形标靶3、棱镜支撑座6和标靶支撑座4，所述标靶支撑座4设置在基板1中间，三维激光扫描仪球形标靶3设置在标靶支撑座4上，在基板1四角处上设置有四个棱镜支撑座6，所述工业全站仪球形棱镜2设置在棱镜支撑座6上。
作为进一步的技术方案，所述棱镜支撑座6内设置有磁铁块5。
作为进一步的技术方案，所述基板1下面有三个以上尖锐支撑7，便于固定，且便于放置与拿起。
本发明中的一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具的坐标转换方法，按以下方法完成。
A.实验室坐标系的建立，采用精密的球形中心点拟合的工业检测手段来得到上述转换工具中，各个工业全站仪球形棱镜中心点和三维激光扫描仪球形标靶中心点在实验室坐标系下的相对位置关系；
B.利用工业全站仪和转换工具中的工业全站仪球形棱镜进行测量，获得工业全站仪测量数据；
C.利用三维激光扫描仪和转换工具中的三维激光扫描仪球形标靶进行测量，获是激光扫描仪测量数据；
D.利用工业全站仪测量数据中工业全站仪球形棱镜位置数据与三维激光扫描仪测量数据中三维激光扫描仪球形标靶位置数据，通过实验坐标系的相对位置关系，实现工业全站仪测量数据与三维激光扫描仪测量数据的融合。
本发明中采用是工业全站仪，也可以采用激光跟综仪进行数据转换，实施应用与采用工业全站仪相同。
以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例而已，并非用以限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具，包括基板，其特征在于，包括工业全站仪球形棱镜、三维激光扫描仪球形标靶、棱镜支撑座和标靶支撑座，所述标靶支撑座设置在基板中间，三维激光扫描仪球形标靶放置在标靶支撑座上，在基板上设置有三个以上的棱镜支撑座，所述工业全站仪球形棱镜放置在棱镜支撑座上。
2.根据权利要求1所述的一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具，其特征在于，所述棱镜支撑座内设置有磁铁块。
3.根据权利要求1所述的一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具，其特征在于，基板下面有三个以上尖锐支撑，便于固定，且便于放置与拿起。
4.如权1所述的一种基于高精度点位测量的三维激光扫描数据坐标转换工具的坐标转换方法，其特征在于，按以下方法完成:
A.实验室坐标系的建立，采用精密的球形中心点拟合的工业检测手段来得到上述转换工具中，各个工业全站仪球形棱镜中心点和三维激光扫描仪球形标靶中心点在实验室坐标系下的相对位置关系；
B.利用工业全站仪和转换工具中的工业全站仪球形棱镜进行测量，获得工业全站仪点位测量数据；
C.利用三维激光扫描仪和转换工具中的三维激光扫描仪球形标靶进行测量，获是激光扫描仪测量数据；
D.利用至少三个转换工具进行测量；
E.利用工业全站仪测量数据中工业全站仪球形棱镜点位数据与三维激光扫描仪测量数据中三维激光扫描仪球形标靶拟合中心点位数据，通过实验坐标系下的相对位置关系，实现工业全站仪点位测量数据与三维激光扫描仪扫描测量数据的融合，进而提高三维激光扫描仪扫描数据的精度。
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