CN110986784B - 基准坐标获取方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基准坐标获取方法及精度评价方法，使用多个辅助检测装置，辅助检测装置包含基准单元和待检测单元；在每个辅助检测装置上选择目标测点，影像仪获取各目标测点在影像仪坐标系下的第一坐标；确定影像仪坐标系和坐标系I的转换关系，将各目标测点在坐标系I下的坐标被标记为第二坐标；将多个辅助检测装置设置于测量空间内，利用空间测量系统确定各辅助检测装置的目标测点在空间测量系统中的第三坐标；解算各坐标系I与空间坐标系的转换关系，获取各待检测单元在空间坐标系下的坐标，所有待检测单元坐标的集合即为基准坐标；本方法获取的基准坐标精确度高，摒除了对被测特征外形、结构的限制，适用于各类型待检测系统的精度验证。
Description
技术领域
本发明涉及精度验证、评价领域，具体涉及一种基准坐标获取方法及其用途。
背景技术
精度评价与验证是精密测量系统正式投入使用之前必经的一个过程，对于大尺寸空间坐标位置测量系统而言，需要建立全局空间基准坐标系，获取被测单元的基准坐标，再通过基准坐标评价当前测量系统的精度，再对测量系统坐标系进行校准，提高测量精度；
如何获取基准坐标是亟待解决的问题，特别是对于大尺寸测量空间(如室内定位系统)，存在待测单元数量多且分布散乱、精度评价无法准确溯源的难点，需要建立一种能够覆盖全测量空间的全局空间基准坐标系，当前行业内可灵活覆盖大尺寸测量空间(如大于5×5×3m3范围)的主流高精度测量系统为激光跟踪仪与摄影测量系统；而将激光跟踪仪或摄影测量系统作为基准测量系统时，要求待验证的测量系统检测目标兼容靶球/编码点的结构，而对于不同的室内定位系统(超声波、红外线、蓝牙、WiFi、超宽带等)，其待测单元为不同结构的信号接收器，这将导致基准测量系统与测量系统无法准确测量同一待测单元，继而无法获取待测单元的基准坐标。。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基准坐标获取方法及精度评价方法，首先利用影像仪建立待测单元与坐标系I之间的关系，再利用空间测量系统(激光跟踪仪/摄影测量系统)将测量空间中的多个坐标系I进行统一，进而得出待测单元在空间坐标系中的坐标，即基准坐标；利用基准坐标可实现对待验证测量系统的精度评价；本方法获取的基准坐标精确度高，摒除了对被测特征外形、结构的限制，适用于各类型待检测系统的精度验证。
一种基准坐标获取方法，需使用多个辅助检测装置，所述辅助检测装置包含有多个基准单元和至少一个待检测单元；包括以下步骤：
1)分别在每个辅助检测装置上选择至少四个非共面的基准单元，作为目标测点，利用影像仪分别获取各目标测点在影像仪坐标系下的坐标，标记为第一坐标，同时获取各待检测单元在影像仪坐标系下的坐标；
分别以单个辅助检测装置为基准，确立各个辅助检测装置的坐标系，标记为坐标系I；确定影像仪坐标系和坐标系I的转换关系，将所述目标测点的第一坐标和各待检测单元在影像仪下的坐标分别转换到坐标系I下，各目标测点在坐标系I下的坐标被标记为第二坐标；
2)将多个所述辅助检测装置分别设置于测量空间内，利用空间测量系统确定各辅助检测装置的目标测点在空间测量系统所确定的空间坐标系中的坐标，标记为第三坐标；
利用目标测点的第二坐标和第三坐标解算各辅助检测装置所确定的坐标系I与空间坐标系的转换关系，继而获取各待检测单元在空间坐标系下的坐标，所有待检测单元坐标的集合即为基准坐标。
进一步，对单个辅助检测装置确定坐标系I的方法为：任选三个非共线基准单元作为参考点，利用参考点构建平面，记此平面的法向量为Z轴；从参考点中任选一点作为原点，原点与一个其它参考点组成的向量为X轴，或者将三个参考点的重心作为原点，原点与任一参考点组成的向量为X轴；根据X轴、Z轴确定Y轴，由此确定坐标系I。
优选，所述空间测量系统的精度相较基准坐标所依据的测量系统的精度至少高出一个数量级。
优选，所述空间测量系统为激光跟踪仪或者摄影测量系统。
进一步，所述基准坐标为室内定位系统或IGPS测量所依据的坐标，基于此坐标系能完成对测量范围内待测点位置坐标的确定。
进一步，步骤1)中确定影像仪坐标系和坐标系I的转换关系的方法为：
在确定坐标系I基础上，定义影像仪坐标系下参考点坐标分别为[xi,yi,zi]，转换至坐标系I中坐标分别为[xj,yj,zj]，其中i＝1、2、3，j＝1、2、3；通过以上两个坐标集解算影像仪坐标系与坐标系I的转换矩阵。
通过此转换矩阵能将影像仪坐标系下所有点坐标转换至坐标系I中。
进一步，步骤2)中计算坐标系I与空间坐标系的转换关系的方法为：
据坐标系I中的第二坐标(Xt,Yt,Zt)、空间坐标系中的第三坐标(Xs,Ys,Zs)；建立转换方程，可以得到空间坐标系、坐标系I之间的转换关系；
其中，T代表坐标系I与空间坐标系之间的转换矩阵。
依据T可求解待检测单元在空间坐标系下的坐标(a1,b1,c1)＝T-1×(a,b,c)，其中(a,b,c)为待检测单元在靶标坐标系下的坐标。
优选，所述基准单元为编码点或靶球；所述待检测单元为信号接收器、信号发射器、靶球、编码点、孔、棱或点特征。
本发明还涉及上述方法的用途：利用其对另一测量系统精度进行评价，具体的：另一测量系统分别确定待检测单元的位置，再将其与待检测单元在所述基准坐标中的位置进行比较，计算偏差值，基于偏差值评价另一测量系统精度。
该方案构建了一种辅助检测装置(靶标)，其包含：基准单元和待检测单元，首先利用影像仪建立待测单元与坐标系I之间的关系，再利用空间测量系统(激光跟踪仪/摄影测量系统)将测量空间中的多个坐标系I进行统一，进而得出待测单元在空间坐标系中的坐标，即基准坐标；利用基准坐标可实现对待验证测量系统的精度评价；本方法获取的基准坐标精确度高，摒除了对被测特征外形、结构的限制，适用于各类型待检测系统的精度验证。
附图说明
图1为测量空间中分布辅助检测装置的示意图；
图2为单个辅助检测装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。
一种基准坐标获取方法，需使用多个辅助检测装置，如图2所示，辅助检测装置包含有多个基准单元2和至少一个待检测单元3；本实施例中，单个辅助检测装置中仅包含一个待检测单元3，且其安装于空间装置A的几何中心，基准单元均布在待测单元周围；
基准坐标获取方法，包括以下步骤：
1)分别在每个辅助检测装置1上选择至少四个非共面的基准单元2，作为目标测点，利用影像仪分别获取各目标测点在影像仪坐标系下的坐标，标记为第一坐标，同时获取各待检测单元在影像仪坐标系下的坐标；
分别以单个辅助检测装置1为基准，确立各个辅助检测装置的坐标系，标记为坐标系I；确定影像仪坐标系和坐标系I的转换关系，将目标测点的第一坐标和各待检测单元在影像仪下的坐标分别转换到坐标系I下，各目标测点在坐标系I下的坐标被标记为第二坐标；
2)将多个辅助检测装置1分别设置于测量空间内(如图1所示)，利用空间测量系统确定各辅助检测装置的目标测点在空间测量系统所确定的空间坐标系中的坐标，标记为第三坐标；
利用目标测点的第二坐标和第三坐标解算各辅助检测装置所确定的坐标系I与空间坐标系的转换关系，继而获取各待检测单元在空间坐标系下的坐标，所有待检测单元坐标的集合即为基准坐标。
其中，对单个辅助检测装置1确定坐标系I的方法为：任选三个非共线基准单元作为参考点，利用参考点构建平面，记此平面的法向量为Z轴；从参考点中任选一点作为原点，原点与一个其它参考点组成的向量为X轴，或者将三个参考点的重心作为原点，原点与任一参考点组成的向量为X轴；根据X轴、Z轴确定Y轴，由此确定坐标系I。
步骤1)中确定影像仪坐标系和坐标系I的转换关系的方法为：
在确定坐标系I基础上，定义影像仪坐标系下参考点坐标分别为[xi,yi,zi]，转换至坐标系I中坐标分别为[xj,yj,zj]，其中i＝1、2、3，j＝1、2、3；通过以上两个坐标集解算影像仪坐标系与坐标系I的转换矩阵。
通过此转换矩阵能将影像仪坐标系下所有点坐标转换至坐标系I中。
为了保证基准坐标的精度，空间测量系统的精度相较基准坐标所依据的测量系统的精度至少高出一个数量级。
本实施例中，空间测量系统为激光跟踪仪或者摄影测量系统。
具体的，基准坐标为室内定位系统或IGPS测量所依据的坐标，基于此坐标系能完成对测量范围内待测点位置坐标的确定。
步骤2)中计算坐标系I与空间坐标系的转换关系的方法为：
据坐标系I中的第二坐标(Xt,Yt,Zt)、空间坐标系中的第三坐标(Xs,Ys,Zs)；建立转换方程，可以得到空间坐标系、坐标系I之间的转换关系；
其中，T代表坐标系I与空间坐标系之间的转换矩阵。
依据T可求解待检测单元在空间坐标系下的坐标(a1,b1,c1)＝T-1×(a,b,c)，其中(a,b,c)为待检测单元在靶标坐标系下的坐标。
其中，基准单元根据空间测量系统的类型设置为编码点或靶球；
待检测单元根据待验证的测量系统，设置为对应的信号接收器、信号发射器、靶球、编码点、孔、棱或点特征；具体的，待验证的测量系统为视觉测量系统、所述待测单元为待测物上的孔、棱或点特征；待验证的测量系统为室内定位系统(超声波、红外线、蓝牙、WiFi、超宽带)，所述待测单元为信号接收器；
所述待测单元接收测量系统发出的信号、反馈响应信号，测量系统获取待测单元的实测坐标。
利用上述方法得出的基准坐标对另一测量系统精度进行评价，包括：
另一测量系统分别确定待检测单元的位置，再将其与待检测单元在基准坐标中的位置进行比较，计算偏差值，基于偏差值评价另一测量系统精度。
或者进行以下精度评价过程：
另一测量系统获取测量空间中不同待检测单元的实测坐标，所述实测坐标的数量大于等于两个，利用实测坐标得出不同待测单元之间的实测距离；
将实测距离与基准距离进行比对，得出差值，所述基准距离通过基准坐标获取；
若差值处于预设范围之内，则测量系统的精度达标，否则，测试系统精度不符合要求。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
Claims (9)
1.一种基准坐标获取方法，需使用多个辅助检测装置，所述辅助检测装置包含有多个基准单元和至少一个待检测单元；其特征在于包括以下步骤：
1)分别在每个辅助检测装置上选择至少四个非共面的基准单元，作为目标测点，利用影像仪分别获取各目标测点在影像仪坐标系下的坐标，标记为第一坐标，同时获取各待检测单元在影像仪坐标系下的坐标；
分别以单个辅助检测装置为基准，确立各个辅助检测装置的坐标系，标记为坐标系I；确定影像仪坐标系和坐标系I的转换关系，将所述目标测点的第一坐标和各待检测单元在影像仪下的坐标分别转换到坐标系I下，各目标测点在坐标系I下的坐标被标记为第二坐标；
2)将多个所述辅助检测装置分别设置于测量空间内，利用空间测量系统确定各辅助检测装置的目标测点在空间测量系统所确定的空间坐标系中的坐标，标记为第三坐标；
利用目标测点的第二坐标和第三坐标解算各辅助检测装置所确定的坐标系I与空间坐标系的转换关系，继而获取各待检测单元在空间坐标系下的坐标，所有待检测单元坐标的集合即为基准坐标。
2.如权利要求1所述基准坐标获取方法，其特征在于：对单个辅助检测装置确定坐标系I的方法为：任选三个非共线基准单元作为参考点，利用参考点构建平面，记此平面的法向量为Z轴；从参考点中任选一点作为原点，原点与一个其它参考点组成的向量为X轴，或者将三个参考点的重心作为原点，原点与任一参考点组成的向量为X轴；根据X轴、Z轴确定Y轴，由此确定坐标系I。
3.如权利要求1或2所述基准坐标获取方法，其特征在于：所述空间测量系统的精度相较基准坐标所依据的测量系统的精度至少高出一个数量级。
4.如权利要求1或2所述基准坐标获取方法，其特征在于：所述空间测量系统为激光跟踪仪或者摄影测量系统。
5.如权利要求1或2所述基准坐标获取方法，其特征在于：所述基准坐标为室内定位系统或IGPS测量所依据的坐标，基于此坐标系能完成对测量范围内待测点位置坐标的确定。
6.如权利要求2所述基准坐标获取方法，其特征在于：步骤1)中确定影像仪坐标系和坐标系I的转换关系的方法为：
在确定坐标系I基础上，定义影像仪坐标系下参考点坐标分别为[xi,yi,zi]，转换至坐标系I中坐标分别为[xj,yj,zj]，其中i＝1、2、3，j＝1、2、3；通过以上两个坐标集解算影像仪坐标系与坐标系I的转换矩阵。
7.如权利要求1或2所述基准坐标获取方法，其特征在于：步骤2)中计算坐标系I与空间坐标系的转换关系的方法为：
据坐标系I中的第二坐标(Xt,Yt,Zt)、空间坐标系中的第三坐标(Xs,Ys,Zs)；建立转换方程，能得到空间坐标系、坐标系I之间的转换关系；
其中，T代表坐标系I与空间坐标系之间的转换矩阵。
8.如权利要求1或2所述基准坐标获取方法，其特征在于：所述基准单元为编码点或靶球；所述待检测单元为信号接收器、信号发射器、靶球、编码点、孔、棱或点特征。
9.如权利要求1或2所述基准坐标获取方法的用途，其特征在于：利用其对另一测量系统精度进行评价，其特征在于：另一测量系统分别确定待检测单元的位置，再将其与待检测单元在所述基准坐标中的位置进行比较，计算偏差值，基于偏差值评价另一测量系统精度。
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