CN114046756B - 一种多边测量标定方法、装置、设备及介质 - Google Patents

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CN114046756B CN202111260146.6A CN202111260146A CN114046756B CN 114046756 B CN114046756 B CN 114046756B CN 202111260146 A CN202111260146 A CN 202111260146A CN 114046756 B CN114046756 B CN 114046756B
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    • G01B21/045—Correction of measurements

Abstract

本申请公开了一种多边测量标定方法、装置、设备及介质，包括以下步骤：搭建多边测距平台；其中，所述多边测距平台包括多台测距设备；在所述多边测距平台的空间区域内移动测量点，获取每一个站位点到各个所述测量点的距离值；其中，所述站位点为各所述测距设备测量坐标系的原点；根据所述距离值，建立第一测量标定模型；获取测距误差系数，根据所述测距误差系数对所述第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型；通过蒙特卡洛仿真分析法对所述第二测量标定模型进行多次仿真，获得优化后的各站位点的坐标值，本申请充分考虑了测距误差对标定精度的影响，并利用蒙特卡洛仿真分析法进行站位标定优化，从而提升了多边测量法标定的精度。

Description

一种多边测量标定方法、装置、设备及介质
技术领域
本申请涉及误差测量技术领域，尤其涉及一种多边测量标定方法、装置、设备及介质。
背景技术
在数控机床和三坐标测量机进行三维空间误差补偿过程中，需利用至少三台激光干涉仪或激光跟踪仪进行组网，基于多边测量法进行测量，以保障数控机床或三坐标测量机等的空间测量精度。多边测量法由于只采用了激光干涉测距作为其坐标计算的依据，因此具有极高的精度。
当前的多边测量法在实际执行过程中，未考虑测量系统造成的测量误差影响，因此目前多边测量法的标定精度还达不到某些需要高精度测量要求的运用场景。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种多边测量标定方法、装置、设备及介质，旨在解决现有多边测量法未考虑测量误差影响导致测量精度较低的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供一种多边测量标定方法，包括以下步骤：
搭建多边测距平台；其中，所述多边测距平台包括多台测距设备；
在所述多边测距平台的空间区域内移动测量点，获取每一个站位点到各个所述测量点的距离值；其中，所述站位点为各所述测距设备测量坐标系的原点；
根据所述距离值，建立第一测量标定模型；
获取测距误差系数，根据所述测距误差系数对所述第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型；
通过蒙特卡洛仿真分析法对所述第二测量标定模型进行多次仿真，获得优化后的各站位点的坐标值。
可选地，所述获取测距误差系数，根据所述测距误差系数对所述第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型，包括：
引入测距误差ε，获得距离的真值d，真值d的表达式为d＝dm+ε；其中，dm为距离的测量值；
设测距平台的测距误差ε＝d·e，可换算得出公式ε＝dm·e；其中，e为测距误差系数；
依据公式ε＝dm·e对第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型，第二测量标定模型的表达式为：
(xi-xoj)2+(yi-yoj)2+(zi-zoj)2＝[di,oj(1+e)]2；
式中，xi,yi,zi为测量点的三维坐标值，xoj,yoj,zoj为站位点的三维坐标值，di,oj为站位点到测量点的距离值。
可选地，所述通过蒙特卡洛仿真分析法对所述第二测量标定模型进行多次仿真，获得优化后的各站位点的坐标值，包括：
对e做N组仿真，得到N组仿真样本值，表达式为e＝(e1,e2,…,eN)；
将仿真样本值代入到第二测量标定模型中，可得：
(xi-xoj)2+(yi-yoj)2+(zi-zoj)2＝[di,oj(1+ek)]2；
式中，ek为第k次仿真结果，k＝1,2,…,N；
根据ek计算得出仿真后的各站位点坐标信息(xoj,k,yoj,k,zoj,k)；
对各站位点坐标信息(xoj,k,yoj,k,zoj,k)进行加权优化得到各站位点的坐标值，其表达式为：
Figure BDA0003322909710000021
可选地，所述在多边测距平台的空间区域内移动测量点，获取每一个站位点到各个测量点的距离值的步骤中，对所述站位点的定义为：
POj＝(xoj,yoj,zoj)；
其中，xoj,yoj,zoj为站位点的三维坐标值，Oj为站位点编号，Oj＝o1,o2,…,on，n为站位点的总数量。
可选地，所述第一测量标定模型的表达式为：
(xi-xoj)2+(yi-yoj)2+(zi-zoj)2＝(di,oj)2；
式中，xi,yi,zi为测量点的三维坐标值，di,oj为站位点Oj到测量点i的距离值。
可选地，所述测量点的总数量根据所述站位点的总数量进行标定，所述站位点的总数量为至少4个。
可选地，所述测量点的总数量根据所述站位点的总数量进行标定，所述标定的规则如下：
站位点的总数量为4，测量点的总数量为9；
站位点的总数量为5，测量点的总数量为8；
站位点的总数量为6-7，测量点的总数量为6；
站位点的总数量为8-11，测量点的总数量为5；
站位点的总数量为12及以上，测量点的总数量为4。
一种多边测量标定装置，包括：
平台搭建模块，用于搭建多边测距平台；其中，所述多边测距平台包括多台测距设备；
距离值获取模块，用于在所述多边测距平台的空间区域内移动测量点，获取每一个站位点到各个所述测量点的距离值；其中，所述站位点为各所述测距设备测量坐标系的原点；
模型建立模块，用于根据所述距离值，建立第一测量标定模型；
模型修正模块，用于获取测距误差系数，根据所述测距误差系数对所述第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型；
仿真优化模块，用于通过蒙特卡洛仿真分析法对所述第二测量标定模型进行多次仿真，获得优化后的各站位点的坐标值。
一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，实现上述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序，实现上述的方法。
本申请所能实现的有益效果如下：
本申请在建立第一测量标定模型后，引入了测距误差系数，因此充分考虑了测距误差对标定精度的影响，并根据测距误差系数对第一测量标定模型进行修正得到新的第二测量标定模型，保证了测量精度，同时还利用蒙特卡洛仿真分析法对第二测量标定模型进行多次仿真，即可获得优化后的各站位点的坐标值，即完成了对第二测量标定模型的标定，从而提高了第二测量标定模型标定的可靠性，进一步提升了测量精度，可满足高精度测量要求的运用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本申请一种多边测量标定方法的流程示意图；
图2为本申请的实施例中测量点与站位点的布置关系示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
实施例1
参照图1-图2，本实施例提供一种多边测量标定方法，包括以下步骤：
搭建多边测距平台；其中，所述多边测距平台包括多台测距设备；
在所述多边测距平台的空间区域内移动测量点，获取每一个站位点到各个所述测量点的距离值；其中，所述站位点为各所述测距设备测量坐标系的原点；
根据所述距离值，建立第一测量标定模型；
获取测距误差系数，根据所述测距误差系数对所述第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型；
通过蒙特卡洛仿真分析法对所述第二测量标定模型进行多次仿真，获得优化后的各站位点的坐标值。
现有技术中，当前的主要算法考虑了空间点位置、多边测量系统标定等关键因素引起的影响，并进行了优化，但在实际执行过程中，当前标定算法未考虑测量系统造成的测量误差影响，而仅仅采用最终的测量结果作为系统标定的原始依据，因此多边测量法的标定精度还存在提升的空间。
因此，在本实施例中，根据测量的距离值建立第一测量标定模型后，引入了测距误差系数，因此充分考虑了测距误差对标定精度的影响，并根据测距误差系数对第一测量标定模型进行修正得到新的第二测量标定模型，保证了测量精度，同时还利用蒙特卡洛仿真分析法对第二测量标定模型进行多次仿真，即可获得优化后的各站位点的坐标值，即完成了对第二测量标定模型的标定，从而提高了第二测量标定模型标定的可靠性，进一步提升了测量精度，可满足高精度测量要求的运用场景。
需要说明的是，多台测距设备搭建的多边测距平台可形成一个多边测量传感器网络，即多台测距设备的连线围成多边形，而测量点就在该多边形的空间区域内进行移动，保证使其能被多台测距设备测量到。
作为一种可选的实施方式，所述获取测距误差系数，根据所述测距误差系数对所述第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型，包括：
引入测距误差ε，获得距离的真值d，真值d的表达式为d＝dm+ε；其中，dm为距离的测量值；
设测距平台的测距误差ε＝d·e，可换算得出公式ε＝dm·e；其中，e为测距误差系数；
依据公式ε＝dm·e对第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型，第二测量标定模型的表达式为：
(xi-xoj)2+(yi-yoj)2+(zi-zoj)2＝[di,oj(1+e)]2；
式中，xi,yi,zi为测量点的三维坐标值，xoj,yoj,zoj为站位点的三维坐标值，di,oj为站位点到测量点的距离值。
在本实施例中，为计算空间点的坐标，需对各测距设备站位点三坐标信息进行求解，即站位标定，站位标定的过程即为对第一测量标定模型进行优化求解的过程，因此本实施例具体给出了根据第一测量标定模型进行修正优化得到第二测量标定模型的过程，实现了优化求解的过程。
在实际测量过程中，由于测距误差的存在，测量值与真值之间存在一定的偏差，可表示为：d＝dm+ε，而对于一般的测距设备：ε＝d·e，由于dm>>ε，因此dm≈d，因此公式ε＝d·e可换算表达为：ε＝dm·e；
在此基础上，可对第一测量标定模型进行修正，从而得到修正后的第二测量标定模型的表达式为：
(xi-xoj)2+(yi-yoj)2+(zi-zoj)2＝[di,oj(1+e)]2；
对于e，其服从[0,E]的Guassian分布，即：
e～N(0，E)
其中，E为干涉测距的误差比例因子，E由测距设备制造厂家提供，如对于Lecia激光干涉测距系统，E＝0.2μm/m。
作为一种可选的实施方式，所述通过蒙特卡洛仿真分析法对所述第二测量标定模型进行多次仿真，获得优化后的各站位点的坐标值，包括：
对e做N组仿真，得到N组仿真样本值，表达式为e＝(e1,e2,…,eN)；
将仿真样本值代入到第二测量标定模型中，可得：
(xi-xoj)2+(yi-yoj)2+(zi-zoj)2＝[di,oj(1+ek)]2；
式中，ek为第k次仿真结果，k＝1,2,…,N；
根据ek计算得出仿真后的各站位点坐标信息(xoj,k,yoj,k,zoj,k)；
对各站位点坐标信息(xoj,k,yoj,k,zoj,k)进行加权优化得到各站位点的坐标值，其表达式为：
Figure BDA0003322909710000071
本实施例为对第二测量标定模型进行仿真优化的具体过程，通过对e进行多次仿真得到的仿真样本值代入第二测量标定模型中，从而根据仿真结果计算出各站位点坐标信息，最后对各站位点坐标信息加权优化得到各站位点的坐标值，即实现了通过蒙特卡洛仿真分析法完成对第二测量标定模型的标定。
作为一种可选的实施方式，所述在多边测距平台的空间区域内移动测量点，获取每一个站位点到各个测量点的距离值的步骤中，对所述站位点的定义为：
POj＝(xoj,yoj,zoj)；
其中，xoj,yoj,zoj为站位点的三维坐标值，Oj为站位点编号，Oj＝o1,o2,…,on，n为站位点的总数量。
作为一种可选的实施方式，所述第一测量标定模型的表达式为：
(xi-xoj)2+(yi-yoj)2+(zi-zoj)2＝(di,oj)2；
式中，xi,yi,zi为测量点的三维坐标值，di,oj为站位点到测量点的距离值。
作为一种可选的实施方式，所述测量点的总数量根据所述站位点的总数量进行标定，所述站位点的总数量为至少4个，保证测量数据的准确性。
作为一种可选的实施方式，所述测量点的总数量根据所述站位点的总数量进行标定，所述标定的规则如下：
站位点的总数量为4，测量点的总数量为9；
站位点的总数量为5，测量点的总数量为8；
站位点的总数量为6-7，测量点的总数量为6；
站位点的总数量为8-11，测量点的总数量为5；
站位点的总数量为12及以上，测量点的总数量为4。
在本实施例中，在对各测距设备的站位点三坐标信息进行求解时，对于不同数量的站位点，需要对应不同数目的测量点，才能求解，为方便查询，可建立不同数量测量设备组网所需空间测量点数目的对应关系表，见下表1。
表1不同站位点数量标定所需测量点数目对应表
站位点数量 标定所需测量点数量
4 9
5 8
n＝6,7 6
8≤n≤11 5
n≥12 4
根据该表，可对实际测量操作具有较高的参考和指导意义。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上提供一种多边测量标定装置，包括：
平台搭建模块，用于搭建多边测距平台；其中，所述多边测距平台包括多台测距设备；
距离值获取模块，用于在所述多边测距平台的空间区域内移动测量点，获取每一个站位点到各个所述测量点的距离值；其中，所述站位点为各所述测距设备测量坐标系的原点；
模型建立模块，用于根据所述距离值，建立第一测量标定模型；
模型修正模块，用于获取测距误差系数，根据所述测距误差系数对所述第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型；
仿真优化模块，用于通过蒙特卡洛仿真分析法对所述第二测量标定模型进行多次仿真，获得优化后的各站位点的坐标值。
在本实施例中，通过平台搭建模块可自动设定对应数量的测距设备，并将测距设备的位置关系进行设定，从而快速形成对应的多边测距平台，这个过程可在计算机中进行模拟，然后根据距离值获取模块获取每个不同位置测量点与每一个站位点的距离值，模型建立模块即可通过多组距离值数据建立第一测量标定模型，模型修正模块通过引入测距误差系数对第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型，因此充分考虑了测距误差对标定精度的影响，并进一步通过仿真优化模块对第二测量标定模型进行多次仿真，从而获得优化后的各站位点的坐标值，实现进一步提升了测量精度，可满足高精度测量要求的运用场景。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，实现实施例1中所述的方法。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序，实现实施例1中所述的方法。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种多边测量标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
搭建多边测距平台；其中，所述多边测距平台包括多台测距设备；
在所述多边测距平台的空间区域内移动测量点，获取每一个站位点到各个所述测量点的距离值；其中，所述站位点为各所述测距设备测量坐标系的原点；
根据所述距离值，建立第一测量标定模型；
获取测距误差系数，根据所述测距误差系数对所述第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型；
通过蒙特卡洛仿真分析法对所述第二测量标定模型进行多次仿真，获得优化后的各站位点的坐标值；
所述获取测距误差系数，根据所述测距误差系数对所述第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型，包括：
引入测距误差ε，获得距离的真值d，真值d的表达式为d＝dm+ε；其中，dm为距离的测量值；
设测距平台的测距误差ε＝d·e，由于dm>>ε，因此dm≈d，可换算得出公式ε＝dm·e；其中，e为测距误差系数；
依据公式ε＝dm·e对第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型，第二测量标定模型的表达式为：
(xi-xoj)2+(yi-yoj)2+(zi-zoj)2＝[di,oj(1+e)]2；
式中，xi,yi,zi为测量点i的三维坐标值，xoj,yoj,zoj为站位点Oj的三维坐标值，Oj为站位点编号，Oj＝o1,o2,…,on，n为站位点的总数量，di,oj为站位点Oj到测量点i的距离值。
2.如权利要求1所述的一种多边测量标定方法，其特征在于，所述通过蒙特卡洛仿真分析法对所述第二测量标定模型进行多次仿真，获得优化后的各站位点的坐标值，包括：
对e做N组仿真，得到N组仿真样本值，表达式为e＝(e1,e2,…,eN)；
将仿真样本值代入到第二测量标定模型中，可得：
(xi-xoj)2+(yi-yoj)2+(zi-zoj)2＝[di,oj(1+ek)]2；
式中，ek为第k次仿真结果，k＝1,2,…,N；
根据ek计算得出仿真后的各站位点坐标信息(xoj,k,yoj,k,zoj,k)；
对各站位点坐标信息(xoj,k,yoj,k,zoj,k)进行加权优化得到各站位点的坐标值，其表达式为：
Figure FDA0003881558520000021
3.如权利要求1所述的一种多边测量标定方法，其特征在于，所述在多边测距平台的空间区域内移动测量点，获取每一个站位点到各个测量点的距离值的步骤中，对所述站位点的定义为：
POj＝(xoj,yoj,zoj)；
其中，xoj,yoj,zoj为站位点Oj的三维坐标值，Oj为站位点编号，Oj＝o1,o2,…,on，n为站位点的总数量。
4.如权利要求3所述的一种多边测量标定方法，其特征在于，所述第一测量标定模型的表达式为：
(xi-xoj)2+(yi-yoj)2+(zi-zoj)2＝(di,oj)2；
式中，xi,yi,zi为测量点i的三维坐标值，di,oj为站位点Oj到测量点i的距离值。
5.如权利要求3所述的一种多边测量标定方法，其特征在于，所述测量点的总数量根据所述站位点的总数量进行标定，所述站位点的总数量为至少4个。
6.如权利要求5所述的一种多边测量标定方法，其特征在于，所述测量点的总数量根据所述站位点的总数量进行标定，所述标定的规则如下：
站位点的总数量为4，测量点的总数量为9；
站位点的总数量为5，测量点的总数量为8；
站位点的总数量为6-7，测量点的总数量为6；
站位点的总数量为8-11，测量点的总数量为5；
站位点的总数量为12及以上，测量点的总数量为4。
7.一种多边测量标定装置，用于权利要求1-6中任一项所述的一种多边测量标定方法，其特征在于，包括：
平台搭建模块，用于搭建多边测距平台；其中，所述多边测距平台包括多台测距设备；
距离值获取模块，用于在所述多边测距平台的空间区域内移动测量点，获取每一个站位点到各个所述测量点的距离值；其中，所述站位点为各所述测距设备测量坐标系的原点；
模型建立模块，用于根据所述距离值，建立第一测量标定模型；
模型修正模块，用于获取测距误差系数，根据所述测距误差系数对所述第一测量标定模型进行修正得到第二测量标定模型；
仿真优化模块，用于通过蒙特卡洛仿真分析法对所述第二测量标定模型进行多次仿真，获得优化后的各站位点的坐标值。
8.一种计算机设备，其特征在于，该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序，实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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