CN108489513B - 用于地下空间扫描点云方位校准系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于地下空间扫描点云方位校准系统及方法，包括设置在地下空间内的扫描仪和两个标靶、设置在地上空间内的两个天线和定位装置，以及校准装置，其中两个标靶和两个天线位于同一铅垂面上且两个标靶之间的连线平行于两个天线之间的连线。校准装置用于获取扫描仪发送的点云集合、定位装置发送的天线坐标、预设的天线与标靶之间的垂直高度以及预设的两个标靶之间的长度，根据天线坐标获得天线的天线方位角，并根据天线坐标、天线与标靶之间的垂直高度和天线方位角获得标靶的校准坐标；还用于根据标靶的点坐标和校准坐标进行点云方位校准，解决了目前点云方位校准易出现的偏差问题。

Description

用于地下空间扫描点云方位校准系统及方法
技术领域
本发明涉及信息处理技术领域，尤其涉及一种用于地下空间扫描点云方位校准系统。
背景技术
在使用三维激光扫描仪进行地下狭小空间扫描时，需要将点云的绝对方位的处理准确。由于地下空间的磁场受到一些因素的干扰，使用电子罗盘无法时不但无法对单站扫描的点云进行准确定向，反而可能会导致较大的方向偏差。
发明内容
本发明提供一种用于地下空间扫描点云方位校准系统及方法，用于解决现有技术中点云方位易出现偏差的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种用于地下空间扫描点云方位校准系统，包括设置在地下空间内的扫描仪和两个标靶、设置在地上空间内的两个天线和定位装置，以及校准装置，其中两个标靶和两个天线位于同一铅垂面上且两个标靶之间的连线平行于两个天线之间的连线；
所述扫描仪，用于对所述地下空间进行扫描获得点云集合，其中所述点云集合包括两个标靶的点坐标；
所述定位装置，用于获取所述天线对应的天线坐标；
所述校准装置，用于获取所述扫描仪发送的点云集合、所述定位装置发送的天线坐标、预设的天线与标靶之间的垂直高度以及预设的两个标靶之间的长度，根据所述天线坐标获得所述天线的天线方位角，并根据所述天线坐标、天线与标靶之间的垂直高度和所述天线方位角获得所述标靶的校准坐标；
所述校准装置，还用于根据所述标靶的点坐标和校准坐标进行点云方位校准。
可选地，所述校准装置具体用于：
根据两个天线坐标获得两个天线之间的连线的第一中点坐标；
根据所述天线坐标和所述第一中点坐标获得第一中点坐标到各个天线坐标的天线方位角；
根据所述第一中点坐标和所述垂直高度获得两个标靶之间的连线的第二中点坐标；
根据所述第二中点坐标、两个标靶之间的长度和天线方位角获得所述标靶的校准坐标。
可选地，所述校准装置还具体用于：从所述点云集合中获取到标靶的点坐标，将所述标靶的点坐标移动到校准坐标上。
可选地，所述定位装置采用GPS RTK定位方式获取所述天线对应的天线坐标。
第二方面，本发明实施例提供一种基于上述系统的扫描点云方位校准方法，包括：
扫描仪对地下空间进行扫描获得点云集合，其中所述点云集合包括两个标靶的点坐标；
定位装置获取所述天线对应的天线坐标；
所述校准装置获取所述扫描仪发送的点云集合、所述定位装置发送的天线坐标、预设的天线与标靶之间的垂直高度以及预设的两个标靶之间的长度，根据所述天线坐标获得所述天线的天线方位角，并根据所述天线坐标、天线与标靶之间的垂直高度和所述天线方位角获得所述标靶的校准坐标；
所述校准装置根据所述标靶的点坐标和校准坐标进行点云方位校准。
可选地，所述校准装置获取所述扫描仪发送的点云集合、所述定位装置发送的天线坐标、预设的天线与标靶之间的垂直高度以及预设的两个标靶之间的长度，根据所述天线坐标获得所述天线的天线方位角，并根据所述天线坐标、天线与标靶之间的垂直高度和所述天线方位角获得所述标靶的校准坐标，具体包括：
根据两个天线坐标获得两个天线之间的连线的第一中点坐标；
根据所述天线坐标和所述第一中点坐标获得第一中点坐标到各个天线坐标的天线方位角；
根据所述第一中点坐标和所述垂直高度获得两个标靶之间的连线的第二中点坐标；
根据所述第二中点坐标、两个标靶之间的长度和天线方位角获得所述标靶的校准坐标。
可选地，所述校准装置根据所述标靶的点坐标和校准坐标进行点云方位校准，具体包括：从所述点云集合中获取到标靶的点坐标，将所述标靶的点坐标移动到校准坐标上。
可选地，所述定位装置采用GPS RTK定位方式获取所述天线对应的天线坐标。
由上述技术方案可知，本发明实施例提供的一种用于地下空间扫描点云方位校准系统及方法，通过井上天线坐标以及预设数据计算得到地下空间设置的标靶的校准坐标，以点云集合中标靶的点坐标和校准坐标完成点云方位校准，解决了目前点云方位校准易出现的偏差问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的用于地下空间扫描点云方位校准系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出了本发明一实施例提供一种用于地下空间扫描点云方位校准系统，包括设置在地下空间内的扫描仪和两个标靶(标靶1和标靶2)、设置在地上空间内的两个天线(GPS1和GPS2)和定位装置，以及校准装置，其中两个标靶和两个天线位于同一铅垂面上且两个标靶之间的连线平行于两个天线之间的连线；
所述扫描仪，用于对所述地下空间进行扫描获得点云集合，其中所述点云集合包括两个标靶的点坐标；
所述定位装置，用于采用GPS RTK定位方式获取所述天线对应的天线坐标；
所述校准装置，用于获取所述扫描仪发送的点云集合、所述定位装置发送的天线坐标、预设的天线与标靶之间的垂直高度H以及预设的两个标靶之间的长度(LB1与LB2之和)，根据所述天线坐标获得所述天线的天线方位角，并根据所述天线坐标、天线与标靶之间的垂直高度和所述天线方位角获得所述标靶的校准坐标；
所述校准装置，还用于根据所述标靶的点坐标和校准坐标进行点云方位校准。
在本发明实施例中，一般会选取两个标靶之间的连线和两个天线之间的连线均在同一水平线上。
在本发明实施例中，所述校准装置在校准过程中具体可实现：
所述校准装置具体用于：
根据两个天线坐标获得两个天线之间的连线的第一中点坐标；
根据所述天线坐标和所述第一中点坐标获得第一中点坐标到各个天线坐标的天线方位角；
根据所述第一中点坐标和所述垂直高度获得两个标靶之间的连线的第二中点坐标；
根据所述第二中点坐标、两个标靶之间的长度和天线方位角获得所述标靶的校准坐标。
针对上述获取校准坐标的过程，需要以具体实例进行说明：
如图1所示，两个天线的坐标分别为：GPS1(X1，Y1，Z1)GPS2(X2，Y2，Z2)。
GPS1与GPS2连线平行于标靶1与标靶2的连线。
GPS1与GPS2连线的中心点为O，标靶1与标靶2连线的中心点为M。
O点为GPS1与GPS2连线中心点，所以坐标为((X1+X2)/2，(Y1+Y2)/2，(Z1+Z2)/2)。
以GPS2为例进行解释说明，具体如下：
O-GPS2的方位角＝arctan{[Y2-(Y1+Y2)/2]/[X2-(X1+X2)/2)]}。
M坐标由o减去H后传递下来，所以M为((X1+X2)/2，(Y1+Y2)/2，(Z1+Z2)/2-H)。
O-GPS2平行于M-标靶2，所以方位角相等。
所以求得标靶2的X，Y坐标分别为：
X＝Xm+LB2*COS(O-GPS2的方位角)
＝(X1+X2)/2+
LB2*COS【arctan{[Y2-(Y1+Y2)/2]/[X2-(X1+X2)/2)]}】。
Y＝Ym+LB2*SIN(O-GPS2的方位角)
＝(Y1+Y2)/2+
LB2*SIN【arctan{[Y2-(Y1+Y2)/2]/[X2-(X1+X2)/2)]}】。
标靶2的坐标为：
((X1+X2)/2+
LB2*COS【arctan{[Y2-(Y1+Y2)/2]/[X2-(X1+X2)/2)]}】,
(Y1+Y2)/2+
LB2*SIN【arctan{[Y2-(Y1+Y2)/2]/[X2-(X1+X2)/2)]}】，
(Z1+Z2)/2-H)。
其中，标靶1和标靶2上述的计算方式一样，在此不再赘述。
所述校准装置还具体用于：从所述点云集合中获取到标靶的点坐标，将所述标靶的点坐标移动到校准坐标上。
在本发明实施例中，扫描仪扫描后的点云集合可以显示在显示屏上，从而可以在显示屏上看到地下空间的立体点云图。为了更好的使点云方位精确，可在点云集合中标注到标靶的点坐标，然后将点坐标移动到校准坐标上，达到点云方位校准。
本发明实施例提供的一种用于地下空间扫描点云方位校准系统，通过井上天线坐标以及预设数据计算得到地下空间设置的标靶的校准坐标，以点云集合中标靶的点坐标和校准坐标完成点云方位校准，解决了目前点云方位校准易出现的偏差问题。
本发明一实施例提供一种基于上述系统的扫描点云方位校准方法，包括：
S11、扫描仪对地下空间进行扫描获得点云集合，其中所述点云集合包括两个标靶的点坐标；
S12、定位装置获取所述天线对应的天线坐标；
S13、所述校准装置获取所述扫描仪发送的点云集合、所述定位装置发送的天线坐标、预设的天线与标靶之间的垂直高度以及预设的两个标靶之间的长度，根据所述天线坐标获得所述天线的天线方位角，并根据所述天线坐标、天线与标靶之间的垂直高度和所述天线方位角获得所述标靶的校准坐标；
S14、所述校准装置根据所述标靶的点坐标和校准坐标进行点云方位校准。
其中，步骤S13具体包括：
根据两个天线坐标获得两个天线之间的连线的第一中点坐标；
根据所述天线坐标和所述第一中点坐标获得第一中点坐标到各个天线坐标的天线方位角；
根据所述第一中点坐标和所述垂直高度获得两个标靶之间的连线的第二中点坐标；
根据所述第二中点坐标、两个标靶之间的长度和天线方位角获得所述标靶的校准坐标。
步骤S14具体包括：从所述点云集合中获取到标靶的点坐标，将所述标靶的点坐标移动到校准坐标上。
上述步骤在上述实施例中存有详细说明，在此不再赘述。
本发明实施例提供的一种用于地下空间扫描点云方位校准方法，通过井上天线坐标以及预设数据计算得到地下空间设置的标靶的校准坐标，以点云集合中标靶的点坐标和校准坐标完成点云方位校准，解决了目前点云方位校准易出现的偏差问题。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种用于地下空间扫描点云方位校准系统，其特征在于，包括设置在地下空间内的扫描仪和两个标靶、设置在地上空间内的两个天线和定位装置，以及校准装置，其中两个标靶和两个天线位于同一铅垂面上且两个标靶之间的连线平行于两个天线之间的连线，两个标靶连线的中点与两个天线连线的中点在一垂线上；
所述扫描仪，用于对所述地下空间进行扫描获得点云集合，其中所述点云集合包括两个标靶的点坐标；
所述定位装置，用于获取所述天线对应的天线坐标；
所述校准装置，用于获取所述扫描仪发送的点云集合、所述定位装置发送的天线坐标、预设的天线与标靶之间的垂直高度以及预设的两个标靶之间的长度，根据所述天线坐标获得所述天线的天线方位角，并根据所述天线坐标、天线与标靶之间的垂直高度和所述天线方位角获得所述标靶的校准坐标；
所述校准装置，还用于根据所述标靶的点坐标和校准坐标进行点云方位校准；
所述校准装置具体用于：
根据两个天线坐标获得两个天线之间的连线的第一中点坐标；
根据所述天线坐标和所述第一中点坐标获得第一中点坐标到各个天线坐标的天线方位角；
根据所述第一中点坐标和所述垂直高度获得两个标靶之间的连线的第二中点坐标；
根据所述第二中点坐标、两个标靶之间的长度和天线方位角获得所述标靶的校准坐标。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述校准装置还具体用于：从所述点云集合中获取到标靶的点坐标，将所述标靶的点坐标移动到校准坐标上。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述定位装置采用GPS RTK定位方式获取所述天线对应的天线坐标。
4.一种基于上述权利要求1-3中任一权利要求所述系统的扫描点云方位校准方法，其特征在于，包括：
扫描仪对地下空间进行扫描获得点云集合，其中所述点云集合包括两个标靶的点坐标；
定位装置获取所述天线对应的天线坐标；
所述校准装置获取所述扫描仪发送的点云集合、所述定位装置发送的天线坐标、预设的天线与标靶之间的垂直高度以及预设的两个标靶之间的长度，根据所述天线坐标获得所述天线的天线方位角，并根据所述天线坐标、天线与标靶之间的垂直高度和所述天线方位角获得所述标靶的校准坐标；
所述校准装置根据所述标靶的点坐标和校准坐标进行点云方位校准；
所述校准装置获取所述扫描仪发送的点云集合、所述定位装置发送的天线坐标、预设的天线与标靶之间的垂直高度以及预设的两个标靶之间的长度，根据所述天线坐标获得所述天线的天线方位角，并根据所述天线坐标、天线与标靶之间的垂直高度和所述天线方位角获得所述标靶的校准坐标，具体包括：
根据两个天线坐标获得两个天线之间的连线的第一中点坐标；
根据所述天线坐标和所述第一中点坐标获得第一中点坐标到各个天线坐标的天线方位角；
根据所述第一中点坐标和所述垂直高度获得两个标靶之间的连线的第二中点坐标；
根据所述第二中点坐标、两个标靶之间的长度和天线方位角获得所述标靶的校准坐标。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述校准装置根据所述标靶的点坐标和校准坐标进行点云方位校准，具体包括：从所述点云集合中获取到标靶的点坐标，将所述标靶的点坐标移动到校准坐标上。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述定位装置采用GPS RTK定位方式获取所述天线对应的天线坐标。
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