獲取的點(diǎn)云中測(cè)得的坐標(biāo)值。
[0052] 所述分段節(jié)點(diǎn)為編碼測(cè)量桿每個(gè)分段的截面中心點(diǎn)，具體獲取方式為：由掃描儀 掃描獲取的部分編碼測(cè)量桿表面點(diǎn)云，擬合出準(zhǔn)確的控制標(biāo)桿豎直中心線；根據(jù)控制標(biāo)桿 的桿體表面分段之間的點(diǎn)云強(qiáng)度差異，擬合出準(zhǔn)確的分界線；將分界線水平投影到桿體控 制標(biāo)桿豎直中心面，投影的分界線與控制標(biāo)桿豎直中心線相交，獲得具有準(zhǔn)確三維坐標(biāo)的 分段節(jié)點(diǎn)。
[0053] 步驟A4,變換掃描儀的位置，重復(fù)步驟A3,進(jìn)行多次掃描。
[0054] 步驟A5,基于第一次測(cè)量的掃描儀的中心高度，計(jì)算每一次測(cè)量的掃描儀的中心 高度的旋轉(zhuǎn)和高程偏移量。
[0055] 在進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量或者在待測(cè)量場(chǎng)景中有遮擋的情況下，由于球形標(biāo)靶比控制標(biāo) 桿更易觀測(cè)到，因此可以采用只掃描球形標(biāo)靶的常規(guī)方法進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)球形標(biāo)靶的位置 可以根據(jù)需要沿控制標(biāo)桿的桿體上下移動(dòng)。
[0056] 如圖3所示，也可以將控制標(biāo)桿和球形標(biāo)靶結(jié)合起來進(jìn)行測(cè)量，也可以在編碼測(cè) 量桿上再加入一個(gè)或多個(gè)標(biāo)靶，進(jìn)行平差計(jì)算。由掃描儀中心、編碼測(cè)量桿的每一分段的中 心點(diǎn)、標(biāo)靶中心點(diǎn)構(gòu)成穩(wěn)定的三角形解算條件，多個(gè)分段則可以得到多個(gè)三角形，從而通過 三角形關(guān)系計(jì)算，以及平差計(jì)算，可以更加準(zhǔn)確的掃描儀中心位置和坐標(biāo)系方向，可提高觀 測(cè)的解算精度。
[0057] 兩次掃描后可以確定出兩次掃描之間掃描儀中心高差ΛΗ ;通過計(jì)算同一個(gè)編碼 控制桿的中心線在兩次節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的差異，可以確定出兩次掃描儀之間各坐標(biāo)系沿著中心點(diǎn) 的轉(zhuǎn)角，即X軸方向的轉(zhuǎn)角Δ α，Y軸方向的轉(zhuǎn)角Λ β，Z軸方向的轉(zhuǎn)角Δ'可以將兩次數(shù) 據(jù)配準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)出觀測(cè)目標(biāo)的變形量。
[0058] 在具體操作中，可以采用兩種測(cè)量方式，第一種測(cè)量方式在待測(cè)量場(chǎng)景中設(shè)置一 根編碼測(cè)量桿進(jìn)行多次測(cè)量，這種測(cè)量方式主要是想連續(xù)觀測(cè)同一個(gè)編碼測(cè)量桿，進(jìn)行數(shù) 據(jù)比較，常常應(yīng)用于變形監(jiān)測(cè)的觀測(cè)之中。
[0059] 第二種測(cè)量方式中，在待測(cè)量場(chǎng)景中可設(shè)置兩根或者多根測(cè)量桿，可以利用兩個(gè) 或者更多的編碼測(cè)量桿進(jìn)行多次觀測(cè)。由于使用兩個(gè)或多個(gè)編碼測(cè)量桿進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)時(shí)， 每一個(gè)編碼測(cè)量桿都可以獨(dú)立完成多次觀測(cè)數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)，相當(dāng)于有了更多的冗余觀測(cè)值， 從而可以進(jìn)行平差，一定程度上提高由于水平裝置不平而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)精度問題。另外， 待測(cè)量場(chǎng)景中頁可以增加傳統(tǒng)控制標(biāo)靶，控制標(biāo)靶可以與控制標(biāo)桿的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)之間建立三 角關(guān)系，也可帶入平差過程中，提高配準(zhǔn)精度。
[0060] 利用本發(fā)明所述的編碼測(cè)量桿，進(jìn)行多站激光掃描數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的方法，包括以下步 驟：
[0061] 步驟B1，將多個(gè)編碼測(cè)量桿固定在待測(cè)量場(chǎng)景中；掃描工作前，查看待測(cè)量場(chǎng)景 的地形分布，合理擺放編碼測(cè)量桿，保證每一個(gè)掃描儀的掃描范圍都可以同時(shí)通視所有測(cè) 量桿。
[0062] 步驟B2,使用η個(gè)掃描儀，分別為掃描儀1號(hào)、掃描儀2號(hào)、…掃描儀η號(hào)，η多2， 每個(gè)掃描儀均以各自的掃描儀中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，分別采集每個(gè)編碼測(cè)量桿的每個(gè)分段節(jié)點(diǎn) 的坐標(biāo)值；所述分段節(jié)點(diǎn)為編碼測(cè)量桿每個(gè)分段的截面中心點(diǎn)，具體獲取方式為：由掃描 儀掃描獲取的部分編碼測(cè)量桿表面點(diǎn)云，擬合出準(zhǔn)確的控制標(biāo)桿豎直中心線；根據(jù)控制標(biāo) 桿的桿體表面分段之間的點(diǎn)云強(qiáng)度差異，擬合出準(zhǔn)確的分界線；將分界線水平投影到桿體 控制標(biāo)桿豎直中心面，投影的分界線與控制標(biāo)桿豎直中心線相交，獲得具有準(zhǔn)確三維坐標(biāo) 的分段節(jié)點(diǎn)；在掃描測(cè)量過程中，保證編碼測(cè)量桿不要被遮擋及被擺動(dòng)，并且根據(jù)掃描位置 遠(yuǎn)近，可以調(diào)整掃描點(diǎn)云密度與強(qiáng)度，保證掃描質(zhì)量。
[0063] 步驟Β3,選取任意三個(gè)能構(gòu)成三角形的分段節(jié)點(diǎn)，通過所述三個(gè)分段節(jié)點(diǎn)在掃描 儀1號(hào)中的坐標(biāo)值以及在其它掃描儀中的坐標(biāo)值，分別計(jì)算其他掃描儀相對(duì)于掃描儀1號(hào) 的坐標(biāo)變換參數(shù)。
[0064] 在具體操作中，如圖4所示，假設(shè)場(chǎng)景中掃描儀1號(hào)和掃描儀2號(hào)以及編碼測(cè)量 桿A和編碼測(cè)量桿Β，通過對(duì)點(diǎn)云掃描得到的標(biāo)志桿數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，擬合出桿體中心線與多 段之間的邊界線，兩線投影相交可以得到每一個(gè)分段節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)和長(zhǎng)度。點(diǎn)O 1PaiPa2為在兩 次掃描點(diǎn)云中均有坐標(biāo)的點(diǎn)，（^和〇 2分別為兩個(gè)掃描儀的中心點(diǎn)，Pμ和P μ為編碼測(cè)量桿 A上的兩個(gè)分段節(jié)點(diǎn)，Pbi為編碼測(cè)量桿B上的一個(gè)分段節(jié)點(diǎn)，PaiPa2 PB1 O1B成一個(gè)四面體 ▽1，PA1PA2 Pm O2形成一個(gè)四面體▽ 2 ;以掃描儀1號(hào)的掃描儀中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，對(duì)于四面體 ▽ 1來說：在以O(shè)1為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系中，PA1、PA2和Pbi坐標(biāo)為：P' A1(x' A1，y' A1，z' A1)、 ?'八2(叉'八2,7'八2,2'八2)、？'131(叉'131，7' 131，2'131)和01'(0,0,0)，因此，這個(gè)四面 體的每個(gè)邊長(zhǎng)均為已知量；以掃描儀2號(hào)的掃描儀中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，對(duì)于四面體▽ 2來 說，在以O(shè)2為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系中，PA1、PA2和PBl坐標(biāo)為：P" A1(x" A1，y" A1，z" A1)、 P" A2(x〃 A2，y" A2，z" A2)、P" B1(x" B1，y" B1，z" B1)* O2" (0,0,0)，所有邊的邊長(zhǎng)也為 已知量。
[0065] 以掃描儀1號(hào)的掃描儀中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，即以O(shè)1為坐標(biāo)原點(diǎn)，通過三個(gè)點(diǎn)P A1、Pa2 和Pbi在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，可以計(jì)算出0 JP 0 2兩個(gè)坐標(biāo)系之間的變化關(guān)系，從而可以 解算第二個(gè)坐標(biāo)系中點(diǎn)在第一個(gè)坐標(biāo)系中的位置。
[0066] 假設(shè)第一個(gè)編碼測(cè)量桿可以從數(shù)據(jù)中識(shí)別出N1個(gè)節(jié)點(diǎn)，第二個(gè)編碼測(cè)量桿可以得 到N2個(gè)節(jié)點(diǎn)，則有G + q 種組合，每一種組合可以計(jì)算出一個(gè)坐標(biāo)變換參數(shù)，進(jìn)而 得出多組坐標(biāo)變換參數(shù)，因此，可以進(jìn)行平差處理，從而解算出更為準(zhǔn)確的變換關(guān)系。
[0067] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種編碼測(cè)量桿，其特征在于，包括一個(gè)控制標(biāo)桿（1)和一個(gè)球形標(biāo)靶（2)，所述球 形標(biāo)靶（2)嵌套在所述控制標(biāo)桿（1)上，并可沿所述控制標(biāo)桿（1)上下移動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼測(cè)量桿，其特征在于，所述控制標(biāo)桿（1)為直桿，截面為 方形或者圓形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼測(cè)量桿，其特征在于，所述控制標(biāo)桿（1)的桿體上被不同 顏色或者不同材質(zhì)的涂料分割為多個(gè)長(zhǎng)短不同的分段（3)，不同分段（3)之間的橫截面中 心點(diǎn)為分段節(jié)點(diǎn)（4)。
4. 一種使用權(quán)利要求1所述的編碼測(cè)量桿進(jìn)行激光掃描變形監(jiān)測(cè)的方法，其特征在 于，包括如下步驟： 步驟A1，將編碼測(cè)量桿固定在待測(cè)量場(chǎng)景中； 步驟A2,使用掃描儀采集編碼測(cè)量桿的控制標(biāo)桿的長(zhǎng)度、編碼測(cè)量桿的每個(gè)分段節(jié)點(diǎn) 到掃描儀中心線所在平面的距離以及每個(gè)分段節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值； 步驟A3,根據(jù)步驟2采集到的數(shù)據(jù)以及已知的編碼測(cè)量桿的每個(gè)分段的長(zhǎng)度，計(jì)算掃 描儀中心的高度； 步驟A4,變換掃描儀的位置，重復(fù)步驟A2-步驟A3,進(jìn)行多次掃描； 步驟A5,基于第一次測(cè)量的掃描儀的中心高度，計(jì)算每一次測(cè)量的掃描儀的中心高度 的旋轉(zhuǎn)和高程偏移量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的編碼測(cè)量桿進(jìn)行激光掃描變形監(jiān)測(cè)或者點(diǎn)云配準(zhǔn)的方法， 其特征在于，步驟A2中，所述分段節(jié)點(diǎn)為編碼測(cè)量桿每個(gè)分段的截面中心點(diǎn)，具體獲取方 式為：由掃描儀掃描獲取的部分編碼測(cè)量桿表面點(diǎn)云，擬合出準(zhǔn)確的控制標(biāo)桿豎直中心線； 根據(jù)控制標(biāo)桿的桿體表面分段之間的點(diǎn)云強(qiáng)度差異，擬合出準(zhǔn)確的分界線；將分界線水平 投影到桿體控制標(biāo)桿豎直中心面，投影的分界線與控制標(biāo)桿豎直中心線相交，獲得具有準(zhǔn) 確三維坐標(biāo)的分段節(jié)點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的編碼測(cè)量桿進(jìn)行激光掃描變形監(jiān)測(cè)或者點(diǎn)云配準(zhǔn)的方法，其 特征在于，步驟A3包括以下步驟： 步驟A31，計(jì)算得出每個(gè)分段節(jié)點(diǎn)的離地高度； 步驟A32,計(jì)算掃描儀中心點(diǎn)高度，即將編碼測(cè)量桿分段節(jié)點(diǎn)離地高度減去編碼測(cè)量桿 分段節(jié)點(diǎn)在掃描獲取的點(diǎn)云中測(cè)得的坐標(biāo)值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的編碼測(cè)量桿進(jìn)行激光掃描變形監(jiān)測(cè)或者點(diǎn)云配準(zhǔn)的方法，其 特征在于，還包括對(duì)編碼測(cè)量桿上的球形標(biāo)祀進(jìn)行掃描測(cè)量或者對(duì)球形標(biāo)祀和控制標(biāo)桿共 同掃描測(cè)量或者對(duì)多個(gè)編碼測(cè)量桿進(jìn)行掃描測(cè)量，進(jìn)行平差計(jì)算。
8. -種使用權(quán)利要求1所述的編碼測(cè)量桿進(jìn)行多站激光掃描數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的方法，其特征 在于，包括如下步驟： 步驟B1，將多個(gè)編碼測(cè)量桿固定在待測(cè)量場(chǎng)景中； 步驟B2,使用n個(gè)掃描儀，分別為掃描儀1號(hào)、掃描儀2號(hào)、…掃描儀n號(hào)，n多2,每 個(gè)掃描儀均以各自的掃描儀中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，分別采集每個(gè)編碼測(cè)量桿的每個(gè)分段節(jié)點(diǎn)的 坐標(biāo)值； 步驟B3,選取任意三個(gè)能構(gòu)成三角形的分段節(jié)點(diǎn)，通過所述三個(gè)分段節(jié)點(diǎn)在掃描儀1 號(hào)中的坐標(biāo)值以及在其它掃描儀中的坐標(biāo)值，分別計(jì)算其他掃描儀相對(duì)于掃描儀1號(hào)的坐 標(biāo)變換參數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的編碼測(cè)量桿進(jìn)行多站激光掃描數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的方法，其特征在 于，步驟B2中，所述分段節(jié)點(diǎn)為編碼測(cè)量桿每個(gè)分段的截面中心點(diǎn)，具體獲取方式為：由掃 描儀掃描獲取的部分編碼測(cè)量桿表面點(diǎn)云，擬合出準(zhǔn)確的控制標(biāo)桿豎直中心線；根據(jù)控制 標(biāo)桿的桿體表面分段之間的點(diǎn)云強(qiáng)度差異，擬合出準(zhǔn)確的分界線；將分界線水平投影到桿 體控制標(biāo)桿豎直中心面，投影的分界線與控制標(biāo)桿豎直中心線相交，獲得具有準(zhǔn)確三維坐 標(biāo)的分段節(jié)點(diǎn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的編碼測(cè)量桿進(jìn)行多站激光掃描數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的方法，其特征在 于，還包括對(duì)編碼測(cè)量桿上的球形標(biāo)靶進(jìn)行掃描測(cè)量或者對(duì)球形標(biāo)靶和控制標(biāo)桿共同掃描 測(cè)量，進(jìn)行平差計(jì)算。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種編碼測(cè)量桿及其使用方法，編碼測(cè)量桿包括一個(gè)控制標(biāo)桿和一個(gè)球形標(biāo)靶，球形標(biāo)靶嵌套在控制標(biāo)桿上，并可沿所述控制標(biāo)桿上下移動(dòng)，控制標(biāo)桿的桿體上被不同顏色或者不同材質(zhì)的涂料分割為多個(gè)長(zhǎng)短不同的分段，本發(fā)明所述的編碼測(cè)量桿可以用于單個(gè)掃描儀進(jìn)行測(cè)量的情況，單個(gè)掃描儀對(duì)編碼測(cè)量桿進(jìn)行多次觀測(cè)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，應(yīng)用于變形監(jiān)測(cè)；也可以用于使用多個(gè)掃描儀共同測(cè)量的情況，進(jìn)行多站掃描數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)；本發(fā)明可以解決標(biāo)靶平面視角受限的問題，以及多次反復(fù)觀測(cè)的精度控制問題；結(jié)合掃描儀的工作流程，解決實(shí)際測(cè)量中的控制問題、連續(xù)觀測(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)和比較問題；同時(shí)減少標(biāo)靶布設(shè)的工作量。
【IPC分類】G01C15-08
【公開號(hào)】CN104677346
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510081601
【發(fā)明人】黃先鋒, 張帆, 尹若捷
【申請(qǐng)人】武漢大勢(shì)智慧科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月15日