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        MAPTEK I-Site 8200ER三維激光掃描儀測角精度研究

        2017-08-30 12:48:08李澤邦夏永華柏宏強(qiáng)
        浙江農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年8期
        關(guān)鍵詞:水平角檢校標(biāo)靶

        李澤邦,夏永華,柏宏強(qiáng)

        (昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院,云南 昆明 650093)

        MAPTEK I-Site 8200ER三維激光掃描儀測角精度研究

        李澤邦,夏永華*,柏宏強(qiáng)

        (昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院,云南 昆明 650093)

        采用MAPTEK I-Site 8200ER三維激光掃描儀與拓普康GPT-3002LNC全站儀為實驗設(shè)備,在同種距離條件下,分別獲取掃描數(shù)據(jù)和全站儀觀測數(shù)據(jù),將全站儀的觀測角度值作為基準(zhǔn),MAPTEK I-Site 8200ER 三維激光掃描儀觀測的數(shù)據(jù)反算的角度作為觀測值,建立平差模型,通過最小二乘法解算掃描儀的水平角和垂直角精度。研究結(jié)果表明,MAPTEK I-Site 8200ER三維激光掃描儀測角精度符合標(biāo)稱測角精度。

        三維激光掃描儀; 測角精度; 檢校; 平差模型

        三維激光掃描技術(shù)是一種先進(jìn)的全自動高精度立體掃描技術(shù)[1],具有獲取數(shù)據(jù)速度快、精度高、全自動化、全天候作業(yè)等特點(diǎn),已成為空間數(shù)據(jù)獲取的重要技術(shù)手段。三維激光掃描儀在測繪、建筑、醫(yī)學(xué)、生物等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而,三維激光掃描儀的精度指標(biāo)都是生產(chǎn)廠家提供的,國內(nèi)尚未出臺統(tǒng)一的檢校標(biāo)準(zhǔn)。楊長強(qiáng)等[2]設(shè)計一種標(biāo)志點(diǎn)用于掃描儀檢定;張毅等[3]建立三維激光掃描系統(tǒng)誤差模型,并對其正確性進(jìn)行了驗證;謝宏全等[4]對徠卡C10三維激光掃描儀的水平角精度檢校進(jìn)行研究;張啟福等[5]提出一種新的三維激光掃描儀測角精度評定方法;王玉鵬等[6]對徠卡Scanstation 2型三維激光掃描儀點(diǎn)位精度評定進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上,本研究擬對三維激光掃描儀的水平角和垂直角分別進(jìn)行實驗研究。

        1 材料與方法

        1.1 儀器

        采用澳大利亞MAPTEK公司生產(chǎn)的I-Site 8200ER三維激光掃描儀作為待測儀器,其最大測程為500 m,測角精度為10″。根據(jù)實驗精度要求,選擇拓普康GPT-3002LNC全站儀作為基準(zhǔn)儀器,其測角精度為2″。輔助試驗設(shè)備包括自制圓形黑白平面標(biāo)靶、工業(yè)腳架、卷尺。

        1.2 方案設(shè)計

        根據(jù)實驗?zāi)康模x擇昆明理工大學(xué)田徑場作為檢校場,以全站儀測量的角度值作為基準(zhǔn)值,將掃描儀點(diǎn)云坐標(biāo)反算出的角度作為觀測值??紤]軸系誤差的影響,建立角度平差模型,通過解算,與標(biāo)稱精度進(jìn)行對比。

        選擇田徑場一豎直墻面,在距離墻面約5 m處設(shè)定一點(diǎn)P,將拓普康全站儀架設(shè)在P點(diǎn)上,對中整平后設(shè)置直角為0°,沿水平方向布設(shè)5個平面黑白標(biāo)靶,各標(biāo)靶中心距離約為0.6 m,水平方向標(biāo)靶從左到右編號依次為A1、A2、A3、A4、A5,如圖1所示。

        圖1 水平角精度檢校場

        在距離墻面5 m處設(shè)定一點(diǎn)S,沿墻面垂直方向布設(shè)4個平面黑白標(biāo)靶,各標(biāo)靶之間距離約為0.6 m,標(biāo)靶從上至下編號為B1、B2、B3、B4,如圖2所示。

        圖2 垂直角精度檢校場

        1.3 數(shù)據(jù)獲取

        1.3.1 水平角精度檢定

        寫成誤差方程:

        通過間接平差原理計算出軸系誤差c和ω,代入平差模型求出改正數(shù)vi,即可求出水平角角度中誤差mφ。

        1.3.2 垂直角測角精度檢定

        寫成誤差方程:

        根據(jù)全站儀中心、掃描儀中心和標(biāo)靶中心三點(diǎn)形成的三角函數(shù)關(guān)系,得出以下方程組:

        得到:

        其中,l為全站儀和掃描儀之間的高差,Ni為全站儀觀測垂直角。根據(jù)間接平差最小二乘法求出c、ω,代入誤差方程求出改正數(shù)vi,進(jìn)而求出垂直角度中誤差mβ。

        2 結(jié)果與分析

        利用全站儀觀測3個測回,取平均數(shù),計算出水平夾角基準(zhǔn)值(表1)和垂直夾角基準(zhǔn)值(表2)。

        表1 水平夾角基準(zhǔn)值

        表2 垂直夾角基準(zhǔn)值

        利用三維激光掃描儀獲取的水平角夾角和垂直夾角的觀測值如表3、表4所示。

        表3 水平夾角觀測值

        表4 垂直夾角觀測值

        由實驗數(shù)據(jù)可解算出水平角測角中誤差mφ=7″,垂直角測角中誤差mβ=7″。

        3 小結(jié)

        本研究在布設(shè)測角精度檢定場時,采用全站儀分別沿水平方向和垂直方向布設(shè)平面標(biāo)靶,有效地減小了豎直角和水平角對實驗結(jié)果的影響,解算出MAPTEK I-Site 8200ER三維激光掃描儀水平測角精度為7″,垂直角測角精度為7″。符合儀器標(biāo)稱精度(12″),能夠滿足實際測量需求。影響三維激光掃描儀測角精度的因素有很多,本研究只進(jìn)行了短距離的實驗,并且選在室外場地進(jìn)行。鑒于光照、溫度等外界因素也會對數(shù)據(jù)精度造成影響,因此,各因素對測角精度的影響還需要進(jìn)一步深入研究。

        [1] 張會霞, 朱博文. 三維激光掃描數(shù)據(jù)處理理論及應(yīng)用[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社,2012.

        [2] 楊長強(qiáng), 葉澤田. 一種基于點(diǎn)對應(yīng)的激光掃描儀外方位參數(shù)檢校方法[J]. 測繪科學(xué), 2011, 36(5):190-192.

        [3] 張毅, 閆利, 楊紅, 等. 地面三維激光掃描的系統(tǒng)誤差模型研究[J]. 測繪通報, 2012(1):16-19.

        [4] 謝宏全, 高祥偉, 徐孝偉. 地面三維激光掃描儀水平角精度檢校試驗研究[J]. 測繪通報, 2013(12):25-27.

        [5] 張啟福, 孫現(xiàn)申, 王賀, 等. RIEGL LMS-Z390i三維激光掃描儀測角精度評定方法研究[J]. 計量學(xué)報, 2012, 33(1): 12-15.

        [6] 王玉鵬, 盧小平, 葛曉天,等. 地面三維激光掃描點(diǎn)位精度評定[J]. 測繪通報, 2011(4):10-13.

        [7] 劉春, 張?zhí)N靈, 吳杭彬. 地面三維激光掃描儀的檢校與精度評估[J]. 工程勘察, 2009, 37(11):56-60.

        [8] 劉春. 激光三維遙感的數(shù)據(jù)處理與特征提取[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2010: 29-36.

        (責(zé)任編輯:高 峻)

        2017-02-24

        云南省自然科學(xué)基金(人培KKSY201256093)

        李澤邦(1991—),男,湖南長沙人,碩士研究生,研究方向為三維激光掃描系統(tǒng)檢校與點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理,E-mail:645475056@qq.com。

        夏永華(1972—),男,云南騰沖人,博士,副教授,從事測繪工程、3S技術(shù)等研究工作,E-mail:617073761@qq.com。

        10.16178/j.issn.0528-9017.20170849

        P207

        A

        0528-9017(2017)08-1462-03

        文獻(xiàn)著錄格式:李澤邦,夏永華,柏宏強(qiáng). MAPTEK I-Site 8200ER三維激光掃描儀測角精度研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,58(8):1462-1464.

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