CN109682399B - 一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法 - Google Patents

一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法 Download PDF

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CN109682399B CN201910012478.9A CN201910012478A CN109682399B CN 109682399 B CN109682399 B CN 109682399B CN 201910012478 A CN201910012478 A CN 201910012478A CN 109682399 B CN109682399 B CN 109682399B
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Abstract

涉及一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，在三轴转台上设置外轴和中轴的三组姿态角度，定为三个姿态，初始位置定于三轴转台中心的世界坐标与定在外轴、中轴上的局部坐标重合，分别在外轴和中轴上测出n个控制点的局部坐标，求出转动后的控制点的新的世界坐标：用全站仪测三轴转台初始位置以及转过三组角度后的相同控制点的全站仪坐标系下的坐标，求出全站仪坐标到三轴转台世界坐标的位姿关系，求出所有控制点的在转动三组角度后的世界坐标；通过三轴转台与全站仪两种方法得到的控制点的不同姿态下的世界坐标对比分析得出测量精度。本发明对全站仪测量计算控制点世界坐标的精度进行校验，属于工程测量技术领域。

Description

一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法
技术领域
本发明涉及一种精度校验方法，尤其是一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，属于工程测量技术领域。
背景技术
目前，惯性测试转台的精度较高，常用来对惯性测量元件进行标定精度检测，孙伟等人提出了一种基于陀螺全站仪的转台平面镜寻北方法(孙伟，2014)；利用二轴转台提供角度基准，可以实现对多台相机定位系统的一体化标定(徐秋宇，2018)；SGT320E三轴多功能转台的多种运动方式能够再现物体的各种运动状态，可以用来测试MEMS传感器的性能参数(李姣姣，2012)；三轴多功能转台上可以联合对MEMS传感器以及陀螺仪进行标定验证，并且进一步用来测试农机具倾角融合算法，可以得到较为理想的效果(黄培奎，2017)。
然而，目前将多功能三轴转台与全站仪姿态测量标定结合的应用例子匮乏，转台上贴控制点用来测试姿态变化的例子也几乎没有。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，能对全站仪测量计算控制点世界坐标的精度进行校验。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：在三轴转台上分别设置外轴和中轴的三组姿态角度，选定初始位置作为零位，外轴和中轴三次转过的角度定为三个姿态，初始位置定于三轴转台中心的世界坐标与定在外轴、中轴上的局部坐标重合，分别在外轴和中轴上测出n个控制点的局部坐标，在不同姿态下，各点的局部坐标不变，根据转过的三组角度求出转动后的控制点的新的世界坐标：同时，用全站仪测三轴转台初始位置以及转过三组角度后的相同控制点的全站仪坐标系下的坐标，利用DLT直接线性变换方法求出全站仪坐标到三轴转台世界坐标的位姿关系，从而求出所有控制点的在转动三组角度后的世界坐标；通过三轴转台与全站仪两种方法得到的控制点的不同姿态下的世界坐标，从而对比分析得出全站仪的空间位姿测量精度。其中，n≥4。
作为一种优选，一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，包括如下步骤：
a.在三轴转台上建立世界坐标系和局部坐标系，这里选用三轴转台的外轴和中轴进行转动，初始位置中轴-90度，外轴135度，此时世界坐标系坐标原点设置在三轴转台中心处，X轴与外轴轴线重合，Z轴与中轴轴线重合，利用右手定则确定Y轴，两个局部坐标系分别与外轴和中轴固定，初始状态世界坐标系与两个局部坐标系是重合的；
选定二十个控制点，其中十个位于外轴上，设为Pn，十个位于中轴上，设为Qn，人工测量出所有控制点的世界坐标，此时的世界坐标与局部坐标相同，在外轴、中轴旋转过程中，局部坐标始终保持不变；
以右手为基准，大拇指指向Z轴方向，旋转方向与其余四指重合则为正，反之则为负；姿态一：外轴转动20度，中轴转动30度，此时三轴转台的主控制计算机显示外轴115度，中轴-60度；姿态二：外轴转动-10度，中轴转动40度，此时三轴转台的主控制计算机显示外轴145度，中轴-50度；姿态三：外轴转动-25度，中轴转动15度，此时三轴转台的主控制计算机显示外轴160度，中轴-75度；分别由三轴转台姿态角度计算出从局部坐标到世界坐标的转化关系，从而计算出各姿态下控制点的世界坐标；
b.与步骤a的同时，架设全站仪，按右手定则确定全站仪坐标系，在三轴转台的初始状态下，使用全站仪免调平测量得到初始状态下控制点的全站仪坐标，根据控制点的世界坐标以及全站仪坐标，用DLT方法求出全站仪坐标系到世界坐标系的转化关系，并根据转化关系算出三种对应的姿态下控制点的世界坐标；
c.将步骤a得到的控制点的世界坐标与步骤b得到的控制点的世界坐标进行比对，实现对全站仪坐标测量转换精度的校核验证。
作为一种优选，步骤a中，由三轴转台三次姿态变化，且全过程中局部坐标不变且已知，反求局部坐标系到世界坐标系的转化关系，从而求解得到所有控制点在三个姿态下的世界坐标，包括如下步骤：
三轴转台的主控制计算机上显示的中轴和外轴角度分别为-90度、135度，将此设定为三轴转台的初始状态，并确定世界坐标系与局部坐标系，世界坐标系的原点位于三轴转台的中心，X轴与初始状态的外轴的轴线重合，Z轴竖直指向上方，用右手定则确定Y轴，同理，确定分别与外轴、中轴固定的局部坐标系，在初始状态下，三个坐标系无安全重合；人工测量外轴上的10个控制点Pn以及中轴上的10个控制点Qn的初始世界坐标，此时的坐标就是Pn在外轴局部坐标系下的坐标，Qn在中轴局部坐标系下的坐标；
设三组姿态下外轴转过角度为Φ1，中轴转过角度为Φ2，世界坐标Vw＝(Xw,Yw,Zw)与局部坐标Vb＝(Xb,Yb,Zb)满足如下转换公式:
姿态一：Φ1＝20°，Φ2＝30°
外轴：
Figure GDA0001996337460000031
则
Figure GDA0001996337460000032
则
Figure GDA0001996337460000033
同理可得：中轴：
Figure GDA0001996337460000034
姿态二：Φ1＝-10°，Φ2＝40°
外轴：
Figure GDA0001996337460000035
中轴：
Figure GDA0001996337460000036
姿态三：Φ1＝-25°，Φ2＝15°
外轴：
Figure GDA0001996337460000041
中轴：
Figure GDA0001996337460000042
由公式(1)—(6)求出20个控制点在三种姿态下的世界坐标。
作为一种优选，步骤b中，全站仪对三轴转台的初始状态以及三组姿态下的控制点的测量，包括如下步骤：
架设全站仪，并采用免调平测量；建立全站仪坐标系，其中全站仪免置平测量时仪器显示参数水平角“HAR”，天顶距“ZA”。水平角HAR置零处为Y轴，ZA天顶距置零为Z轴，全站仪光心处为坐标原点，如此建立全站仪坐标系XsYsZs，全站仪位置与水平零位始终不变，测量三轴转台上的20个控制点在初始状态以及三组姿态下的HAR、ZA、s，其中s是指光心到控制点的距离，HAR记为α，ZA记为β；利用球坐标公式转化为全站仪坐标系下的坐标：
Figure GDA0001996337460000043
作为一种优选，步骤b中，通过控制点的初始世界坐标以及全站仪测得的初始状态的控制点的世界坐标，求出全站仪坐标系到世界坐标系的转化关系T和R，求解过程采用DLT直接线性变换方法如下式：
对于全站仪测量计算Pn、Qn点世界坐标时，Pn、Qn点求解方法一致；
计算Pn点时，设Pn的世界坐标为Pw，Pw已知，PS为Pn点的全站仪坐标，
Figure GDA0001996337460000045
是指全站仪坐标系到世界坐标系的旋转矩阵，
Figure GDA0001996337460000046
是指全站仪坐标原点在世界坐标系下的坐标，即全站仪坐标系到世界坐标系的平移矩阵，
Figure GDA0001996337460000044
其中，X＝[r11 r12 r13...r33 Tx Tt Tz]T，表示,表示要求的十二个未知量，其中r为
Figure GDA0001996337460000047
的分量，(Tx Ty Tz)为
Figure GDA0001996337460000048
分量，对于每一个控制点的坐标，均有：
Figure GDA0001996337460000051
令(9)式左边为B，右边为AX，X的解为
Figure GDA0001996337460000052
当控制点个数大于等于4时，使用线性最小二乘法求解：AX＝B，
Figure GDA0001996337460000053
则有：
Figure GDA0001996337460000054
其中，
Figure GDA0001996337460000055
式(9)、(11)中，(Wx,Wy,Wz)是指由全站仪求解得到控制点的世界坐标，(Sxn,Syn,Szn)是指全站仪坐标系下控制点的全站仪坐标；由公式(9)-(11)，并结合控制点已知的世界坐标和全站仪坐标，求出全站仪坐标系到世界坐标系的转换关系；代入(8)式求出所有控制点在三轴转台三种姿态下的世界坐标。
作为一种优选，步骤c中，分析比较所有控制点由三轴转台计算出的三种姿态下的世界坐标与全站仪对应计算得到的控制点的世界坐标，包括如下步骤：以三轴转台计算结果为真实值，计算全站仪相对于三轴转台的坐标偏差(ΔX，ΔY，ΔZ)。
作为一种优选，使用欧式距离确定全站仪测量精度的衡量标准，包括如下步骤：设该精度为D，则满足如下公式：
Figure GDA0001996337460000056
作为一种优选，架设全站仪至合适位置，保证全站仪激光能打到选取的所有控制点上。
作为一种优选，步骤a中，操作三轴转台时，将三轴转台的内轴锁紧，仅外轴和中轴转动；控制点粘在三轴转台上。
作为一种优选，三轴转台为SGT320E型三轴多功能转台；全站仪为KTS460RM系列的全站仪。
总的说来，本发明具有如下优点：
1.本发明采用多功能三轴转台，其中的外轴和中轴这两轴的转动角度提供角度基准，并且这里选用三组不同姿态，避免单一姿态结论不可信等问题。根据求逆矩阵方法反求出由局部坐标到全局坐标的转化关系，保证计算结果的准确性。
2.本发明采用全站仪免调平方法对于粘贴在三轴转台上的控制点进行测量，结果更为准确，利用DLT求解，结合MATLAB编程与DLT原理公式，结果更为可信，比传统的坐标转换关系求解方法更新颖、更直观、更有说服力。
3.本发明引入欧式距离判断误差的方法，将三轴转台三组姿态下计算得到的控制点的世界坐标与全站仪的计算结果进行对比，通过误差的计算得出全站仪对姿态测量的精度，对同行提供参考。
4.解决了在使用全站仪对多体系统的姿态静态测量中精度无法衡量等问题，提出使用三轴多功能转台提供角度基准，并进行多组姿态变换并进行测量的方法，求解出世界坐标系与局部坐标系的转换关系，从而实现对于全站仪测量计算控制点世界坐标的精度的校验，避免了以往精度无法确保、结果不可信、结论无依据等问题。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
图2a是本发明三轴转台相关的坐标系示意图。
图2b是本发明三轴转台在坐标系中转动角度示意图。
图3a是全站仪的主视图。
图3b是全站仪的侧视图。
图4a是全站仪坐标系的示意图。
图4b是全站仪的免置平测量原理示意图。
图中，1为全站仪外框，2为物镜，3为键盘，4为水平微动旋钮，5为基座底板，6为三脚架，7为目镜，8为仪器中心标志，9为垂直微动旋钮。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
本实施例采用SGT320E型三轴多功能转台，采用KTS460RM系列的全站仪，控制点通过粘贴的方式粘在三轴转台上。
一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，该方法包括以下步骤：
S101、为操作方便，将多功能三轴转台的内轴锁紧，仅外轴和中轴可以转动。将中轴转过-90度，外轴转过135度，并将世界坐标系定在此时的三轴转台上，其中Z轴与外轴轴线重合，Y轴垂直于外轴对称面指向后侧，利用右手坐标系确定X轴，坐标原点位于转台中心处。
如图2a和2b所示，本实施例中采用的是SGT320E型三轴多功能转台，由机械台体、电控系统及相互间的连接电缆组成。这里由三轴转台的主控计算机提供角度设置，XwYwZw是指位于三轴转台上的世界坐标系，Xw轴与转台初始位置外轴对称轴线重合，Zw轴与三轴转台铅垂轴线重合，以右手坐标系法则确定Yw轴。对于转动到三组姿态过程中，每次只有外轴和中轴转动，内轴锁紧与中轴固定，外轴转过的角度为Φ1，中轴转过的角度为Φ2；同时，设定局部坐标系，分别与外轴固定的局部坐标系XoutYoutZout和与中轴固定的局部坐标系XinYinZin，其中，初始状态世界坐标系与两个局部坐标系是完全重合的。人工测量选取的20个控制点的初始位姿的世界坐标也是Pn在XoutYoutZout下的局部坐标、Qn在XinYinZin下的局部坐标，在姿态变化过程中，局部坐标始终保持不变。初始状态的控制点的局部坐标以及世界坐标经过人工测量得到。其中，三组姿态下的由局部到世界坐标系的旋转矩阵参数经公式(1)-(6)以及MATLAB计算得到：
设三组姿态下外轴转过角度为Φ1，中轴转过角度为Φ2，世界坐标Vw＝(Xw,Yw,Zw)与局部坐标Vb＝(Xb,Yb,Zb)满足如下转换公式:
姿态一：Φ1＝20°，Φ2＝30°
外轴：
Figure GDA0001996337460000071
则
Figure GDA0001996337460000081
则
Figure GDA0001996337460000082
同理可得：中轴：
Figure GDA0001996337460000083
姿态二：Φ1＝-10°，Φ2＝40°
外轴：
Figure GDA0001996337460000084
中轴：
Figure GDA0001996337460000085
姿态三：Φ1＝-25°，Φ2＝15°
外轴：
Figure GDA0001996337460000086
中轴：
Figure GDA0001996337460000087
计算结果见表一和表二。
表1三组转台的姿态下外轴的旋转参数
Figure GDA0001996337460000088
表2三组转台的姿态下中轴的旋转参数
Figure GDA0001996337460000091
S102、在三轴转台的外轴和中轴上分别设定控制点，为方便计算比较数据，在外轴上选定10个控制点Pn，在中轴上设定10个控制点Qn，并分别测出这20个控制点的世界坐标，在初始状态，局部坐标分别固定在外轴和中轴上，此时的局部坐标与世界坐标系是完全重合的，所以测出的初始状态的控制点的世界坐标也是局部坐标，在外轴、中轴旋转过程中，局部坐标不变化。人工测得的所有控制点的初始状态世界坐标(也是后来始终保持不变的局部坐标(Xb,Yb,Zb))如表三所示：
表3控制点在转台初始状态的世界坐标(单位：m)
Figure GDA0001996337460000101
S103、为方便计算，分别设定三组姿态，即三轴转台的计算机显示三组外轴、中轴角度，外轴、中轴转过了三组角度，根据局部坐标不变，可以反求出局部坐标到世界坐标系的旋转矩阵，从而求出所有控制点的三组姿态下的世界坐标。
本实施例中，根据表一、二、三计算得到的三组姿态下的世界坐标。
S104、另取一合适位置，放置全站仪，对三轴转台上与之前相同的初始状态下，用全站仪免置平测量相同控制点在全站仪坐标系下的初始位置世界坐标，根据控制点的实际测得的初始世界坐标，用DLT方法可以求得全站仪坐标系到世界坐标系的转化关系，从而可以求出在相同的三组姿态下的控制点的世界坐标，与三轴转台求解结果进行对比，因为转台精度非常高，可以实现对全站仪测量结果的检测。
全站仪坐标系的建立以及免置平原理如图4a和4b所示，图中坐标系X1Y1Z1与基座底板固定，坐标原点位于基座底板中心处，Y1轴与水平零位重合，Z1轴过全站仪光心竖直向上，以右手定则确定坐标系X1Y1Z1，将该坐标系原点沿Z轴平移到全站仪光心处，得到全站仪坐标系XsYsZs。建立与全站仪外框固定的坐标系X2Y2Z2、与内框固定的坐标系X3Y3Z3，则可以清晰见到全站仪在测量控制点过程中的水平转角HAR(α)以及天顶距ZA(β)，并利用公式(7)可以将全站仪测出的参数转化为全站仪坐标系下控制点的坐标：
Figure GDA0001996337460000111
根据控制点的全站仪坐标与初始位置世界坐标，可以求出全站仪坐标系到世界坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，结果如表4所示：
表4全站仪坐标系到世界坐标系的旋转矩阵和平移矩阵
Figure GDA0001996337460000112
本实施例中，根据公式(8)以及相应坐标代入计算可以得到各姿态下所有控制点的世界坐标：
计算Pn点时，设Pn的世界坐标为Pw，Pw已知，PS为Pn点的全站仪坐标，
Figure GDA0001996337460000113
是指全站仪坐标系到世界坐标系的旋转矩阵，
Figure GDA0001996337460000114
是指全站仪坐标原点在世界坐标系下的坐标，即全站仪坐标系到世界坐标系的平移矩阵，
Figure GDA0001996337460000121
其中，X＝[r11 r12 r13...r33 Tx Ty Tz]T,表示要求的十二个未知量，其中r为
Figure GDA0001996337460000128
的分量，(Tx Ty Tz)为
Figure GDA0001996337460000129
分量，对于每一个控制点的坐标，均有：
Figure GDA0001996337460000122
令(9)式左边为B，右边为AX，X的解为
Figure GDA0001996337460000123
当控制点个数大于等于4时，使用线性最小二乘法求解：AX＝B，
Figure GDA0001996337460000124
则有：
Figure GDA0001996337460000125
其中，
Figure GDA0001996337460000126
式(9)、(11)中，(Wx,Wy,Wz)是指由全站仪求解得到控制点的世界坐标，(Sxn,Syn,Szn)是指全站仪坐标系下控制点的全站仪坐标；由公式(9)-(11)，并结合控制点已知的世界坐标和全站仪坐标，求出全站仪坐标系到世界坐标系的转换关系；代入(8)式求出所有控制点在三轴转台三种姿态下的世界坐标。
与表3的数据进行对比误差计算分析，以三轴转台计算结果为真实值，计算全站仪相对于三轴转台的坐标偏差(ΔX，ΔY，ΔZ)并使用公式(12)计算得到的三组姿态下的欧式距离：
Figure GDA0001996337460000127
结果如下表5所示：
表5全站仪与转台计算的三组姿态下坐标偏差欧式距离
Figure GDA0001996337460000131
由表5可知，欧氏距离最大不超过10mm，最小可达到1mm，考虑到人工测量会产生较大误差，基本判定全站仪对位姿测量精度为10mm。
综上所述，本发明采用全站仪与三轴转台结合测量的方式，三轴转台选用二轴角度设置，与全站仪的外框内框转动原理相符合，三轴转台精度较高，全站仪测量控制点与三轴转台提供的坐标偏差为1cm以内，证明本发明一种基于三轴转台的全站仪空间位姿测量方法可行。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：在三轴转台上分别设置外轴和中轴的三组姿态角度，选定初始位置作为零位，外轴和中轴三次转过的角度定为三个姿态，初始位置定于三轴转台中心的世界坐标与定在外轴、中轴上的局部坐标重合，分别在外轴和中轴上测出n个控制点的局部坐标，在不同姿态下，各控制点的局部坐标不变，根据转过的三组角度求出转动后的控制点的新的世界坐标；同时，用全站仪测三轴转台初始位置以及转过三组角度后的相同控制点的全站仪坐标系下的坐标，利用DLT直接线性变换方法求出全站仪坐标到三轴转台世界坐标的位姿关系，从而求出所有控制点的在转动三组角度后的世界坐标；通过三轴转台与全站仪两种方法得到的控制点的不同姿态下的世界坐标，从而对比分析得出全站仪的空间位姿测量精度。
2.按照权利要求1所述的一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：包括如下步骤：
a.在三轴转台上建立世界坐标系和局部坐标系，这里选用三轴转台的外轴和中轴进行转动，初始位置中轴-90度，外轴135度，此时世界坐标系坐标原点设置在三轴转台中心处，X轴与外轴轴线重合，Z轴与中轴轴线重合，利用右手定则确定Y轴，两个局部坐标系分别与外轴和中轴固定，初始状态世界坐标系与两个局部坐标系是重合的；
选定二十个控制点，其中十个位于外轴上，设为Pn，十个位于中轴上，设为Qn，人工测量出所有控制点的世界坐标，此时的世界坐标与局部坐标相同，在外轴、中轴旋转过程中，局部坐标始终保持不变；
以右手为基准，大拇指指向Z轴方向，旋转方向与其余四指重合则为正，反之则为负；姿态一：外轴转动20度，中轴转动30度，此时三轴转台的主控制计算机显示外轴115度，中轴-60度；姿态二：外轴转动-10度，中轴转动40度，此时三轴转台的主控制计算机显示外轴145度，中轴-50度；姿态三：外轴转动-25度，中轴转动15度，此时三轴转台的主控制计算机显示外轴160度，中轴-75度；分别由三轴转台姿态角度计算出从局部坐标到世界坐标的转化关系，从而计算出各姿态下控制点的世界坐标；
b.与步骤a的同时，架设全站仪，按右手定则确定全站仪坐标系，在三轴转台的初始状态下，使用全站仪免调平测量得到初始状态下控制点的全站仪坐标，根据控制点的世界坐标以及全站仪坐标，用DLT方法求出全站仪坐标系到世界坐标系的转化关系，并根据转化关系算出三种对应的姿态下控制点的世界坐标；
c.将步骤a得到的控制点的世界坐标与步骤b得到的控制点的世界坐标进行比对，实现对全站仪坐标测量转换精度的校核验证。
3.按照权利要求2所述的一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：步骤a中，由三轴转台三次姿态变化，且全过程中局部坐标不变且已知，反求局部坐标系到世界坐标系的转化关系，从而求解得到所有控制点在三个姿态下的世界坐标，包括如下步骤：
三轴转台的主控制计算机上显示的中轴和外轴角度分别为-90度、135度，将此设定为三轴转台的初始状态，并确定世界坐标系与局部坐标系，世界坐标系的原点位于三轴转台的中心，X轴与初始状态的外轴的轴线重合，Z轴竖直指向上方，用右手定则确定Y轴，同理，确定分别与外轴、中轴固定的局部坐标系，在初始状态下，三个坐标系完全重合；人工测量外轴上的10个控制点Pn以及中轴上的10个控制点Qn的初始世界坐标，此时的坐标就是Pn在外轴局部坐标系下的坐标，Qn在中轴局部坐标系下的坐标；
三组姿态下外轴转过角度为Φ1，中轴转过角度为Φ2，世界坐标Vw＝(Xw，Yw，Zw)与局部坐标Vb＝(Xb，Yb，Zb)满足如下转换公式:
姿态一：Φ1＝20°，Φ2＝30°
外轴：
Figure FDA0002848324780000021
则
Figure FDA0002848324780000022
则
Figure FDA0002848324780000031
同理可得：中轴：
Figure FDA0002848324780000032
姿态二：Φ1＝-10°，Φ2＝40°
外轴：
Figure FDA0002848324780000033
中轴：
Figure FDA0002848324780000034
姿态三：Φ1＝-25°，Φ2＝15°
外轴：
Figure FDA0002848324780000035
中轴：
Figure FDA0002848324780000041
由公式(1)—(6)求出20个控制点在三种姿态下的世界坐标。
4.按照权利要求2所述的一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：步骤b中，全站仪对三轴转台的初始状态以及三组姿态下的控制点的测量，包括如下步骤：
架设全站仪，并采用免调平测量；建立全站仪坐标系，水平角HAR置零处为Y轴，天顶距ZA置零处为Z轴，全站仪光心处为坐标原点，如此建立全站仪坐标系XsYsZs，全站仪位置与水平零位始终不变，测量三轴转台上的20个控制点在初始状态以及三组姿态下的HAR、ZA、s，其中s是指光心到控制点的距离，HAR记为α，ZA记为β；利用球坐标公式转化为全站仪坐标系下的坐标：
Figure FDA0002848324780000042
5.按照权利要求2所述的一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：步骤b中，通过控制点的初始世界坐标以及全站仪测得的初始状态的控制点的世界坐标，求出全站仪坐标系到世界坐标系的转化关系T和R，求解过程采用DLT直接线性变换方法如下式：
对于全站仪测量计算Pn、Qn点世界坐标时，Pn、Qn点求解方法一致；
计算Pn点时，Pn的世界坐标为Pw，Pw已知，PS为Pn点的全站仪坐标，
Figure FDA0002848324780000043
是指全站仪坐标系到世界坐标系的旋转矩阵，
Figure FDA0002848324780000044
是指全站仪坐标原点在世界坐标系下的坐标，即全站仪坐标系到世界坐标系的平移矩阵，
Figure FDA0002848324780000045
其中，X＝[r11,r12,r13...r33,Tx,Ty,Tz]T,表示要求的十二个未知量，其中r为
Figure FDA0002848324780000046
的分量，(TxTyTz)为
Figure FDA0002848324780000047
分量，对于每一个控制点的坐标，均有：
Figure FDA0002848324780000051
令(9)式左边为B，右边为AX，X的解为
Figure FDA0002848324780000052
当控制点个数大于等于4时，使用线性最小二乘法求解：AX＝B，
Figure FDA0002848324780000053
则有：
Figure FDA0002848324780000054
其中，
Figure FDA0002848324780000055
式(9)、(11)中，(Wx,Wy,Wz)是指由全站仪求解得到控制点的世界坐标，(Sxn,Syn,Szn)是指全站仪坐标系下控制点的全站仪坐标；由公式(9)-(11)，并结合控制点已知的世界坐标和全站仪坐标，求出全站仪坐标系到世界坐标系的转换关系；代入(8)式求出所有控制点在三轴转台三种姿态下的世界坐标。
6.按照权利要求2所述的一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：步骤c中，分析比较所有控制点由三轴转台计算出的三种姿态下的世界坐标与全站仪对应计算得到的控制点的世界坐标，包括如下步骤：以三轴转台计算结果为真实值，计算全站仪相对于三轴转台的坐标偏差(ΔX，ΔY，ΔZ)。
7.按照权利要求6所述的一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：使用欧式距离确定全站仪测量精度的衡量标准，包括如下步骤：该精度为D，则满足如下公式：
Figure FDA0002848324780000061
8.按照权利要求2所述的一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：架设全站仪至合适位置，保证全站仪激光能打到选取的所有控制点上。
9.按照权利要求2所述的一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：步骤a中，操作三轴转台时，将三轴转台的内轴锁紧，仅外轴和中轴转动；控制点粘在三轴转台上。
10.按照权利要求2所述的一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：三轴转台为SGT320E型三轴多功能转台；全站仪为KTS460RM系列的全站仪。
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