CN204612710U - 适合航测的可移动控制靶标球装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种适合航测的可移动控制靶标球装置，用于航空测量领域，主要解决航拍过程中控制点控制效能不明显等技术问题，它包括有球和三角支撑架，该三角支撑架上安有水平托盘，该球安装在水平托盘上；该球的顶部设有标志顶点，标志顶点、球心O及水平托盘的中心点C处于同一铅垂线上。本实用新型能较好地解决当前测绘领域中机载激光雷达点云与影像配准公共控制点的高精度量算问题，各部分可进行独立拆卸、折叠和移动, 重量轻，折叠收缩长度短，便于携带，可重复使用，适合于野外作业。

Description

适合航测的可移动控制靶标球装置

技术领域

   本实用新型涉及测量技术领域，尤其是一种适应于机载LiDAR点云与影像高精度配准的可移动控制靶标球装置。

背景技术

目前，机载激光雷达与可见光数码相机集成数据采集技术已普遍应用于航空测量领域。但由于激光点云空间离散分布特性及地表扫描密度的限制，其地物边缘特征不够显著，很难按照传统航空摄影方式进行控制点布设。然而，可用于机载激光雷达点云与影像联合配准的有效硬件设备装置较少，其极大地限制了后续点云与影像的联合数据处理质量与效率。传统设备的限制与不足，主要体现在两个方面：

1）以光谱差异为导向的平面地标点

在传统航空摄影测量工程中，一般采用黑白相间的规则几何形状作为控制点的地面标示。该类控制点在光谱影像中能非常清晰地辨识，比较利于后续作业处理过程中在影像上定位控制点点位。尽管该类控制点能很好地满足以影像定位为基础的空中三角测量技术的实施，但由于其几何形状多为平面，仅能较好地作为高程方向的约束条件参与点云、影像间的联合配准平差解算，而无法进行真正意义上三个方向的精确配准解算，从而较大地制约了机载激光点云与影像的配准效果，一定程度上丧失“控制点”的控制效能。

2）以大型规则人造地物为导向的“控制点”

在机载激光雷达数据后处理过程中，往往需要精确量测不同扫描方向条带重叠区内控制点信息，并以此为基础完成后续条带间的平差配准以及点云与影像的精确配准。但由于激光点云空间离散分布特性及地表扫描密度的限制，其地物边缘特征不够显著，直接通过扫描地物的点云获取控制信息非常困难。鉴于此，较多学者提出，以大型人造地物为基础，通过交互式数据后处理提取拟合人造地物中的相交面、相交线或相交点等信息。

从理论角度讲，该类以大型人造地物为控制点确实可以很好地弥补点云与影像联合配准的公共控制信息不足的技术现状。但是，该类控制方法实施的前提是测区内必须存在满足控制信息提取的人造地物，并且需要提供良好的邻接特征面、特征线的高精度拟合功能；另外，大型人造地物完全不具备可移动性，其灵活机动性较差，限制了控制信息的可重复使用性。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有航测过程所采用控制点控制效能不明显、不能重复使用等一系列问题，进而提供一种适应于机载LiDAR点云与影像高精度配准的可移动控制靶标球装置，以精确地获取机载激光雷达点云与可见光影像对应公共控制点坐标。

本实用新型的可移动控制靶标球装置是通过以下方式来实现的：该适合航测的可移动控制靶标球装置，包括球和三角支撑架，该三角支撑架上安有水平托盘，该球安装在水平托盘上；该球的顶部设有标志顶点，标志顶点、球心O及水平托盘的中心点C处于同一铅垂线上。

进一步，该标志顶点为四个黑白相间的倒立三角形，其中心处标有明显的十字标志，其球表面为漫反射的磨砂面。

进一步，该水平托盘中设有对中调平装置，该对中调平装置包括水平仪和垂直对中仪；该水平仪嵌入式地安装在水平托盘上，该垂直对中仪由托盘侧面的望远镜与安装在托盘中的棱镜构成；它能准确折射地面已知控制点标志到水平望远镜视野。

进一步，该球为可拆卸拼装式，由多块球壳拼合而成，它包括4~10块侧部球壳、一块顶部球壳及一块底部球壳。

进一步，该球的内部设有刚性支架，该刚性支架包括柱、下支板、及上支板，所述的顶部球壳和底部球壳对应地安装在上、下支板上，上、下支板与对应的顶部球壳、底部球壳之间构成槽状结构，所述的侧部球壳两端具有突榫，围绕内部刚性支架直接插入上述的槽状结构内。

更进一步，该三角支撑架为可伸缩收拢式，由三支独立支撑脚组成，各支撑脚铰接于水平托盘上。

本实用新型能较好地解决当前测绘领域中机载激光雷达点云与影像配准公共控制点的高精度量算问题。各部分可进行独立拆卸、折叠和移动, 重量轻（一般不超过4kg），折叠收缩长度短（总长度不超过0.5m），便于携带，适合于野外作业。

采用折叠、拼装球结构，实现了可移动、可重复使用的目的；通过球表面离散激光点云拟合能精确获取球心坐标，而球心坐标则能作为后续数据处理直接或间接的控制点信息，因此该装置能彻底解决离散点特征选取困难的现实问题。

 该球表面采用磨砂面符合漫反射定律，能高精度地实现球心坐标拟合，规避了传统作业过程中选取某单一特征点的问题，使得控制点选择变得更加简单便利，并能获得更好控制精度；球体顶部设计为4个黑白相间的高可分辨力的倒立三角形标志，能非常方便地在可见光影像上测量其影像坐标，从而能与激光点云所拟合的球心坐标进行有效关联。

球下部设计为一个可伸缩的三角支撑架，能使球体装置固定在任意复杂地形表面，通过内置水平仪和对中仪，能较好地实现球体中心部分安置在已知控制点上，并能轻松进行对中调平，方便建立了控制球与地面已知水准点的坐标换算关系，从而较好地简化了后续球体球心坐标与地面已知点间的高程换算关系。

总之，本实用新型有效地解决了激光点云控制点量测困难的问题，能精确量测标识点云三维坐标及其对应特征点的光学影像坐标，并具有良好的可移动性，在野外作业过程中可重复使用，最大程度地减低野外控制成本，可广泛地应用于机载激光雷达点云与影像的联合测图中。

附图说明

图1是本实用新型的主视示意图；

图2是针对图1的俯视示意图；

图3是针对图2的A-A剖面的部分结构示意图（图中没有示出三角支撑架）；

图4是针对本实用新型中的水平托盘的主视图；

图5是针对本实用新型中球的示意图，其中图5-1是主视图、图5-2是俯视图、图5-3是仰视图。

图中各构件标记的含义如下：1、球，11、标志顶点，12、侧部球壳，13、顶部球壳，14、底部球壳，15、柱，16、下支板，17、上支板；2、三角支撑架；3、水平托盘，31、水平仪，32、垂直对中仪，321、望远镜，322、棱镜。

具体实施方式

参见图1和图2，本实用新型的可移动控制靶标球装置包括有球1和三角支撑架2。该球1采用硬质塑料或金属等制成，如铝；该三角支撑架2用于支撑球等构件，能平稳地架放于不同地理环境处并能收拢便于携带。该三角支撑架2上安有水平托盘3，该球1安装在水平托盘3上，以保证球处于水平面上。该球1的顶部设有标志顶点11，能非常方便地在可见光影像上测量其影像坐标；标志顶点11、球心O及水平托盘的中心点C处于同一铅垂线上（图1中垂直的点划线所示），以便通过地面已知控制点能精确地推算出球心坐标（参阅图3和图4）。

参见图2和图5，该标志顶点11为四个黑白相间的倒立三角形，其中心处标有明显的十字标志，其球表面为漫反射的磨砂面，以符合光线漫反射定律便于激光扫描成像，便于较好地在可见光影像上进行地面控制点辨识，方便数据后处理中控制点的定位选取。

参见图1和图4，该水平托盘3中设有对中调平装置，用于调整水平托盘使之处于水平面并使用中心点垂直对中地面上的已知控制点，以简化了后续球体球心坐标与地面已知控制点间的高程换算关系。该对中调平装置包括水平仪31和垂直对中仪32；该水平仪31嵌入式地安装在水平托盘3上，为设置在水平托盘内的水平气泡，利用该水平气泡以保证整个装置水平安置。该垂直对中仪32由托盘侧面的望远镜321与安装在托盘3中的棱镜322（三棱镜或直角棱镜）构成；它能准确折射地面已知控制点标志到水平望远镜视野，使得球中心、标志顶点与地面已知控制点位于严格的同一铅垂线上。球心O坐标、标志顶点（影像控制点）与已知地面控制点之间的坐标换算关系如下：

假设已知地面控制点坐标为                                               ，调整后的三角支撑架高（即地面已知控制点至水平托盘顶面的距离），拟合后球半径为，则在已知地面控制点坐标系中球心点坐标与球顶部影像标志点坐标的相应计算公式如下：

                                    1)

                                2)

上述公式1）为球心坐标在已知地面控制点坐标系中的坐标计算公式，公式2）为影像标志点在已知地面控制点坐标系中的坐标计算公式。

再参见图3和图5，所述的球为可拆卸拼装式，由多块球壳拼合而成，它包括4~10块侧部球壳12、一块顶部球壳13及一块底部球壳14，块与块之间自然无缝连接，以构成能快速拼接和拆卸又便于折叠的球状体；图5中所示，由8块侧部球壳、1块顶部球壳和1块底部球壳构成。

参见图3，在球1的内部设有刚性支架，该刚性支架包括柱15、下支板16、及上支板17，上、下支板起到对顶部球壳和底部球壳的固定作用；所述的顶部球壳13和底部球壳14对应地安装在上、下支板上，上、下支板与对应的顶部球壳、底部球壳之间构成槽状结构中，用于装配侧部球壳。所述的侧部球壳两端具有突榫，围绕内部刚性支架直接插入上述的槽状结构内，即可装配成整体球。如图所示，顶部球壳13通螺纹套安装在上支板17上；也可加工成整体。底部球壳14通过螺钉安装在下支板16上。

参见图1和图2，该三角支撑架2为可伸缩收拢式，由三支独立支撑脚组成，各支撑脚铰接于水平托盘上，便于收拢；其每一支撑脚有上、下两支架组成，上支架中间装有滑槽，通过螺帽控制下支架在滑槽中的滑动位置，从而达到支撑脚伸缩的目的。

在水平托盘的中心处垂直于水平托盘地安装有连接螺丝钉，在球心、顶部标志点处于一条直线上的球底部开有与该螺丝钉相配的安装孔。该球通过该螺丝钉及安装孔安装在水平托盘上（参阅图3和图5），也可通过其他方式实现。

本实用新型在使用时，先将三角支撑架架设于对应地面已知控制点处，然后将球装配好后安装在水平托盘上，通过逐步调平、对中使球顶部标志、球心及地面已知控制点处于同一铅垂线上，然后即可进行航测能精确量测标识点云三维坐标及其对应特征点的光学影像坐标。

Claims (6)

1.一种适合航测的可移动控制靶标球装置，包括球（1）和三角支撑架（2），其特征在于：该三角支撑架（2）上安有水平托盘（3），该球（1）安装在水平托盘(3)上；该球（1）的顶部设有标志顶点(11)，标志顶点(11)、球心O及水平托盘的中心点C处于同一铅垂线上。

2.根据权利要求1所述的靶标球装置，其特征在于：该标志顶点（11）为四个黑白相间的倒立三角形，其中心处标有明显的十字标志，其球表面为漫反射的磨砂面。

3.根据权利要求1或2所述的靶标球装置，其特征在于：该水平托盘（3）中设有对中调平装置，该对中调平装置包括水平仪（31）和垂直对中仪（32）；该水平仪（31）嵌入式地安装在水平托盘（3）上，该垂直对中仪(32)由托盘侧面的望远镜(321)与安装在托盘(3)中的棱镜(322)构成；它能准确折射地面已知控制点标志到望远镜视野。

4.根据权利要求3所述的靶标球装置，其特征在于：该球（1）为可拆卸拼装式，由多块球壳拼合而成，它包括4~10块侧部球壳(12)、一块顶部球壳(13)及一块底部球壳(14)。

5.根据权利要求4所述的靶标球装置，其特征在于：该球（1）的内部设有刚性支架，该刚性支架包括柱（15）、下支板(16)、及上支板(17)，所述的顶部球壳(13)和底部球壳(14)对应地安装在上、下支板上，上、下支板与对应的顶部球壳、底部球壳之间构成槽状结构，所述的侧部球壳两端具有突榫，围绕内部刚性支架直接插入上述的槽状结构内。

6.根据权利要求5所述的靶标球装置，其特征在于：该三角支撑架（2）为可伸缩收拢式，由三支独立支撑脚组成，各支撑脚铰接于水平托盘上。