GLS-1500 3维激光扫描仪系统误差检校

深入研究了地面3维激光扫描仪的系统误差来源,设计了三段法、水平序列标志法和垂直序列标志法,实现了对GLS-1500扫描仪加常数、水平角误差和垂直角误差的检校及修正,并分析了角度检校实验中标志中心提取准确度对角度检校结果的影响。     

3维激光扫描仪的全站化实现方法

3维激光扫描仪扫描得到的是目标点的相对坐标,无法直接满足需要大地坐标的工程应用的要求,且不同扫描站间点云数据的拼接非常麻烦。对这些问题,让3维激光扫描仪如全站仪一样能够直接获得大地坐标是一种理想的解决办法。分析了3维激光扫描仪的工作原理,介绍了扫描仪的极坐标系和直角坐标系并推导了其转换关系;在扫描仪中引入旋转平台和平台坐标系,推导了平台坐标系与扫描坐标系及大地坐标系之间的转换模型。在此基础上将扫描坐标转化为大地坐标,实现3维激光扫描仪的全站化。     

3维激光扫描仪的全站化实现方法

3维激光扫描仪扫描得到的是目标点的相对坐标,无法直接满足需要大地坐标的工程应用的要求,且不同扫描站间点云数据的拼接非常麻烦.对这些问题,让3维激光扫描仪如全站仪一样能够直接获得大地坐标是一种理想的解决办法.分析了3维激光扫描仪的工作原理,介绍了扫描仪的极坐标系和直角坐标系并推导了其转换关系;在扫描仪中引入旋转平台和平台坐标系,推导了平台坐标系与扫描坐标系及大地坐标系之间的转换模型.在此基础上将扫描坐标转化为大地坐标,实现3维激光扫描仪的全站化.     

SICK-LMS 291激光扫描仪单机检校方法研究

激光扫描仪测量是获取三维空间信息的最有效方法之一。本文通过设计针对性的试验分析了SICK-LMS291激光扫描仪的测角和测距精度,建立数学模型分别求解了其距离和角度改正参数,结果表明改正后的激光扫描仪距离和角度测量精确度都得到了明显的提高,验证了本文采用的检校方法的可行性。     

一种基于平面特征的自检校误差模型研究及精度分析

针对基于点特征的地面三维激光扫描仪自检校方法需要建立检校场的问题,提出了一种通过拟合点云数据中平面几何特征来解算仪器系统误差参数的方法,构建并推导了该方法的误差模型公式,并通过实验对RIEGL VZ-400地面三维激光扫描仪进行检校。实验结果表明,经过系统误差改正后对平面的拟合效果要明显优于不考虑系统误差的拟合效果,从而验证了基于平面特征的地面三维激光扫描仪自检校方法的有效性和可行性。     

基于IGS站组网的移动激光雷达测量系统整体检校

针对车载移动测量系统中激光扫描仪和载体坐标系之间存在的位置和姿态偏差，在结合常规特征点、特征面检校方法基础上，本文提出了一种带有误差改正数的位置和姿态检校方法。利用TLS获取的车载系统整体点云模型和传感器固有几何属性，获取传感器之间相对关系初值，在此基础上引入误差改正数，构建误差改正模型。在与IGS站联测的检校场中借助平面、球形标靶和平面反射标志等特征，采用最小二乘法迭代法计算误差改正数最优解，从而实现传感器快速检校。试验结果表明，该方法切实可行，检校后点云平面绝对精度和高程绝对精度分别为0.043、0.072 m，相对精度为0.018 m，满足移动测量系统数据获取的精度要求，对促进车载移动测量技术发展和应用具有重要意义。     

建筑物立面激光点云的定位

车载式近景目标3维测量系统,采用激光扫描仪获取建筑物立面点云.激光点云仅具有扫描仪坐标系下的坐标,不便于其他数据融合进行3维建模.文中根据系统的特点和要求,通过建立相应的坐标系,利用已有或优化的坐标转换模型确定坐标系之间的坐标转换关系.依据基准点与载体平台GPS接收机之间同步观测数据将激光点云在扫描仪坐标系下的坐标经过多次坐标转换,得到基准点所在当地坐标系下的坐标.使系统实现了满足精度要求的建筑物立面激光点云的定位工作.     

建筑物立面激光点云的定位

车载式近景目标3维测量系统,采用激光扫描仪获取建筑物立面点云。激光点云仅具有扫描仪坐标系下的坐标,不便于其他数据融合进行3维建模。文中根据系统的特点和要求,通过建立相应的坐标系,利用已有或优化的坐标转换模型确定坐标系之间的坐标转换关系。依据基准点与载体平台GPS接收机之间同步观测数据将激光点云在扫描仪坐标系下的坐标经过多次坐标转换,得到基准点所在当地坐标系下的坐标。使系统实现了满足精度要求的建筑物立面激光点云的定位工作。     

地面三维激光扫描仪系统误差模型研究及精度分析

分析了外部观测条件对地面三维激光扫描仪测距的影响,以空间相似变换为基础,提出了自检校法的优化模型,并给出了模型解算策略。通过实验对RIEGL VZ-400地面三维激光扫描仪进行检校和测量数据改正,结果表明:将外部观测条件影响因素纳入系统误差模型中后,可以提高地面三维激光扫描仪的数据精度,从而验证了优化模型的可行性与正确性。     

地面三维激光扫描仪的自检校模型研究

为使点云测量数据达到最大精度,必须对地面三维激光扫描仪进行检校.通过理论模拟测试,分析6个误差因子对扫描点坐标的影响,并进行模拟数值的检校模型验证.最后通过实例计算证明经检校后检查点点位精度提高,因此说明该方法能有效提高扫描仪的测量精度.     

非直视区域的普通平面镜辅助地面三维激光扫描方法

地面三维激光扫描是获取对象表面几何信息的主要方法之一,扫描对象的完整性是三维激光扫描数据获取的基本要求。为解决实际扫描过程中,因作业空间受限等原因引起的扫描死角而导致点云缺失的问题,本文根据平面镜反射光线原理提出了针对非直视区域的普通平面镜辅助激光扫描数据的获取方法。分析了普通平面镜对激光光束传播路径与距离的影响机理,推导了激光扫描经普通平面镜反射像点对应的物点坐标解算方程;顾及激光扫描特性,设计了包含球标靶和普通平面镜的镜面反射系统,阐述了系统构建、系统检校与系统坐标系构建方法;并通过试验验证了本方法的可行性和精度。     

动态位姿激光跟踪测量定向解算精度分析

激光跟踪仪采用激光干涉测量技术,可对空间运动目标进行跟踪并实时测量其空间三维坐标,具有采样频率高、测量精度高、测量范围大等特点。根据测量对象动态性的特点,对动态位姿测量的需求更加迫切,由多台激光跟踪仪组成的测量系统对目标进行实时动态位姿测量引起人们的关注。文中由3台激光跟踪仪组成动态测量系统,建立测站坐标系,根据空间直角坐标系转换模型统一测量坐标系,提出两种转换参数的计算方法,并通过实验验证两种方法的可行性和精度。     

基于三维激光扫描数据的构筑物三角构网模型

三维激光扫描可以快速获得表面物体的三维空间的点云数据,但其数据量比较大,此外要利用这些点云数据表示构筑物表面,还需要建立表面数学模型。首先分析了激光扫描数据的采集原理和数据基本特点,具体给出了表面平面三角网生长算法,在此模型的基础上,利用三角形构成面后法线间夹角为判断依据,提出了空间三角构网的模型,并针对数据的复杂性和物体表面的不规则性,提出空间分区三角构网的方法,并以同济大学孔子头像为例给出了具体的实现方法。     

地面3维激光扫描技术在古建筑保护中的应用研究

地面3维激光扫描仪是通过高速激光扫描测量的方法,大面积、高分辨率地快速获取被测对象表面的3维坐标数据,根据3维数据可以构建3维模型,为古建筑保护等提供数据依据。本文对地面3维激光扫描技术进行了简单探讨,通过具体实例研究分析其在古建筑保护中的应用。     

激光扫描与无人机一体化控制下的复杂体育场馆高精度三维重建

针对复杂体育场馆外部精细建模在完整性和精度方面存在的问题，本文提出了地面控制、地面激光扫描、无人机建模控制一体化的高精度建模方法。首先应用特制标志建立区域内控制、扫描、无人机高精度一体化坐标系统；其次对地面多站激光扫描点云结合控制坐标进行区域整体平差配准，生成一体化坐标系统下高精度地面点云模型；然后应用无人机数据和控制点生成一体化坐标下的高精度顶部数据；最后融合两种数据生成对象完整高精度精细模型。试验证明，整体平差解算方法可实现多站点云的高精度配准，一体化控制可实现非同源异质数据高精度融合，解决了复杂建筑对象的高精度建模问题，具有很大的实用价值。     

地面三维激光扫描技术外业数据采集方法研究

三维激光扫描技术可以高精度、海量、快速地获取被测对象的三维坐标,构建出被测对象精准的三维立体模型,这种高精度的三维立体模型在各个行业有着广泛的用途。本文根据笔者的工作经验,采用RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪,研究了地面三维激光扫描技术的外业数据采集方法,并对每种方法进行了探讨,指出了每种方法的优缺点,提出了其对应的应用范围。     

基于罗德里格矩阵的三维激光扫描点云配准算法

本文提出了一种基于罗德里格矩阵的激光扫描点云配准直接计算方法。利用反对称矩阵和罗德里格矩阵的性质,用3个独立参数代替3个旋转角参数建立一种新旋转矩阵解算模型,推导出旋转变换误差方程,确定平移参数的计算公式。通过实验分析了坐标转换模型的精度和点云配准效果,结果表明该算法精度高,计算过程简单,可以准确地解算出三维坐标转换参数。     

The theory and application of the structure light engineering surveying based on a laser theodolite with three freedoms of rotation

The concepts of “confining structure” and structure light are illuminated in this paper. A laser theodolite with three freedoms of rotation, which is aimed at “confining structure”, is developed. Various scanning modes and their mathematical models based on laser theodolite with three freedoms of rotation are discussed. According to the features of a huge object the structure light engineering surveying based on laser theodolite with three freedoms of rotation is determined as the main method in an actual application. The observation of four sound concrete posts and forced centering plates. Subsequently, it is transformed into the huge object coordinate system. The scanning mode with plumb plane is selected as the main mode in the whole work. And other assistant methods, such as close range photogrammetry and the method of using reflection sheet, are applied to the work of “scanning dead angle”. At last, a surveying accuracy estimation of this method is done and a surveying accuracy test is finished. It can be concluded that the structure light engineering surveying based on laser theodolite with three freedoms of rotation is considered to be an effective and applied method, and has many superiority to some other surveying methods in the work of surveying “confining structure”.     

利用摄影测量在线检测轨道车辆车体运行姿态

轨道车辆运行时产生的各种振动导致车体相对于轨道的运行姿态发生变化,提出利用面阵相机和线激光组合的摄影测量方法在线检测车体运行姿态。检测系统安装在车体上可拍摄到轨面的任意位置(3点非共线),选择激光在轨面投影的中点作为参考点,通过标定得到参考点在计算机图像坐标系和车体坐标系中的空间变换关系;车辆运动过程中,面阵相机拍摄线激光在轨面上的投影,将参考点在计算机图像坐标系中的坐标转化为车体坐标系中的坐标;结合参考点在轨面随行坐标系中的坐标特性,解算车体相对于轨道的坐标系转换,建立描述车体相对于轨道实时运行姿态的数学模型;构建检测系统,通过车体振动模拟平台及现场实车试验,验证了检测系统的可靠性。