[发明专利]一种空间多靶标布设的激光扫描仪指标评估方法

说明书

本发明公开了一种空间多靶标布设的激光扫描仪指标评估方法，属于大地测量技术领域，用于激光扫描仪的指标评估，包括：利用激光扫描仪对空间布设的多个靶标球进行重复测量获取靶标球中心坐标的测量值，利用高精度设备获取靶标球中心坐标的参考值，从而对激光扫描仪的多项指标进行评估。指标具体包括径向重复性、标靶重复性、径向距离示值误差和空间距离示值误差。激光扫描仪中心与基准靶标球中心的连线方向为激光扫描仪的径向，激光扫描仪固连的坐标系为扫描坐标系，高精度设备固连的坐标系为参考坐标系。主要利用基于半径约束的球型拟合算法计算靶标球中心坐标和基于三维坐标变换模型计算参考坐标系到扫描仪坐标系的转换参数。

技术领域

本发明公开了一种空间多靶标布设的激光扫描仪指标评估方法，属于大地测量技术领域。

背景技术

现有技术中，利用基线的方法做仪器指标评估时，为保证测得的距离是基线的实际距离，需要严格要求仪器对中整平、仪器和目标之间的高度保持一致以及要求地面平整等条件，使得操作的复杂化；利用激光干涉仪测量到球形靶标的距离，需要有高精度的直线导轨和特定的场地，花费的成本较高；利用全站仪等传统单点测量仪器观测球形靶标的方法，如果只是测量球形靶标表面少量点，则拟合球面得到的球心坐标不精确，如果测量的点较多，则时间成本较大；利用不同位置、不同高度扫描仪扫描不同高度的目标物，不仅靶标的布设比较复杂，还需要改变扫描仪的高度，实验中误差出现的概率增加；另外，现有技术中对于靶标中心坐标的拟合，仅仅是基于部分球面而没有其它约束条件，拟合的中心坐标不精确。此外，利用经纬仪等类似仪器获取参考数据的操作流程也较为复杂，数据的精度不够高；或者是利用其它固定结构式靶标的方法来进行指标评估，均对实验环境和靶标结构构造等方面均有要求，实际操作效率低，难度大。整体上来说，现有技术需要诸多外部约束满足的情况下才能完成指标评估。

发明内容

本发明提出了一种空间多靶标布设的激光扫描仪指标评估方法，解决现有技术中靶标中心坐标的拟合约束条件较少，导致精度偏低的问题。

一种空间多靶标布设的激光扫描仪指标评估方法，包括：

S1.采集靶标球点云数据；

S2.基于半径约束的球型拟合算法获取靶标球中心坐标；

S3.使用测量设备获取靶标球中心坐标；

S4.基于三维坐标变换模型计算参考坐标系到扫描仪坐标系的转换参数；

S5.评估激光扫描仪的多项指标；

S5.1.评估激光扫描仪的径向重复性和标靶重复性；

S5.2.评估激光扫描仪的径向距离示值误差；

S5.3.评估激光扫描仪的空间距离示值误差。

优选地，步骤S1包括：

在试验场内布设多个靶标球，每个靶标球到激光扫描仪的距离不相同，且每个靶标球架设高度不相同，保证靶标球在试验场呈空间分布，同时架设激光扫描仪，利用激光扫描仪对试验场中的靶标球进行重复测量，获取多组点云数据。

优选地，步骤S2包括：

设与激光扫描仪固连的坐标系为扫描仪坐标系，利用手工或软件提取步骤S1获取的点云数据中的靶标球，靶标球的半径已知为，设单个靶标球的点云数据中有个点，每个点的坐标为，，在此基础上建立空间球面方程：

其中，,分别为球心坐标和半径；

对式展开并移项可得：

记：

按下式求解超定方程：