李澤邦,夏永華,柏宏強(qiáng)
(昆明理工大學(xué) 國(guó)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(cè)角精度研究
李澤邦,夏永華*,柏宏強(qiáng)
(昆明理工大學(xué) 國(guó)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(shí)驗(yàn)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(cè)數(shù)據(jù),將全站儀的觀測(cè)角度值作為基準(zhǔn),MAPTEK I-Site 8200ER 三維激光掃描儀觀測(cè)的數(shù)據(jù)反算的角度作為觀測(cè)值,建立平差模型,通過(guò)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(cè)角精度符合標(biāo)稱測(cè)角精度。
三維激光掃描儀; 測(cè)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(dòng)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(dòng)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(cè)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(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)統(tǒng)一的檢校標(biāo)準(zhǔn)。楊長(zhǎng)強(qiáng)等[2]設(shè)計(jì)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(duì)其正確性進(jìn)行了驗(yàn)證;謝宏全等[4]對(duì)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(cè)角精度評(píng)定方法;王玉鵬等[6]對(duì)徠卡Scanstation 2型三維激光掃描儀點(diǎn)位精度評(píng)定進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上,本研究擬對(duì)三維激光掃描儀的水平角和垂直角分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
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(cè)儀器,其最大測(cè)程為500 m,測(cè)角精度為10″。根據(jù)實(shí)驗(yàn)精度要求,選擇拓普康GPT-3002LNC全站儀作為基準(zhǔn)儀器,其測(cè)角精度為2″。輔助試驗(yàn)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(jì)
根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模x擇昆明理工大學(xué)田徑場(chǎng)作為檢校場(chǎng),以全站儀測(cè)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(cè)值??紤]軸系誤差的影響,建立角度平差模型,通過(guò)解算,與標(biāo)稱精度進(jìn)行對(duì)比。
選擇田徑場(chǎng)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(duì)中整平后設(shè)置直角為0°,沿水平方向布設(shè)5個(gè)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(hào)依次為A1、A2、A3、A4、A5,如圖1所示。
圖1 水平角精度檢校場(chǎng)
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(gè)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(hào)為B1、B2、B3、B4,如圖2所示。
圖2 垂直角精度檢校場(chǎng)
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(guò)間接平差原理計(jì)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(cè)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(cè)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。
利用全站儀觀測(cè)3個(gè)測(cè)回,取平均數(shù),計(jì)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(cè)值如表3、表4所示。
表3 水平夾角觀測(cè)值
表4 垂直夾角觀測(cè)值
由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可解算出水平角測(cè)角中誤差mφ=7″,垂直角測(cè)角中誤差mβ=7″。
本研究在布設(shè)測(cè)角精度檢定場(chǎng)時(shí),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(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,解算出MAPTEK I-Site 8200ER三維激光掃描儀水平測(cè)角精度為7″,垂直角測(cè)角精度為7″。符合儀器標(biāo)稱精度(12″),能夠滿足實(shí)際測(cè)量需求。影響三維激光掃描儀測(cè)角精度的因素有很多,本研究只進(jìn)行了短距離的實(shí)驗(yàn),并且選在室外場(chǎng)地進(jìn)行。鑒于光照、溫度等外界因素也會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)精度造成影響,因此,各因素對(duì)測(cè)角精度的影響還需要進(jìn)一步深入研究。
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(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(zhǎng)沙人,碩士研究生,研究方向?yàn)槿S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(cè)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(cè)角精度研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,58(8):1462-1464.