动态误差的一个显著特点就是其不可预测性。影响机器动态性能的因素很多,找到一个对所有这些因素实现预先标测的方法是不现实的,但是在大部分受限环境中,可以将这些影响因素进行如下分类:
影响测量机扫描循环过程中加速度轮廓的因素有:被测对象的属性——大小、形状和方向——决定测量机的运动路径。扫描速度,确定在整个扫描过程中达到终扫描速度(注意,大部分扫描的初始速度为0,三坐标测量仪报价,所以在整个扫描过程中,不可能一直保持这个速度)。
扫描机的伺服/电动机性能——决定加速到终扫描速度所需要的时间。“宏观”位置——机器结构的刚度、动态性能,在测量机的整个工作范围内发生变化,因此被测对象上测量点的位置是一个影响很大的因素。测量机工作状态——轴承和驱动系统的状态这有可能成为扫描过程中出现“溢出”的根源。
尽管无法预测,但这些动态误差是重复的。意味着如果满足一定的条件,对这些误差进行补偿是可行的。
以Rie GL VZ400三维激光扫描仪为例,采用连接装置将GPS天线与扫描仪同轴连接;因两仪器中心高差较小(约20cm) ,5°以内的倾斜造成的两仪器中心水平投影偏差不足2cm,高度偏差不足1cm,则扫描时不严格整平对测量精度影响不大。以小型轿车作为载体,奉节三坐标,在汽车顶部设置方便仪器安装和拆卸的支架。外业扫描作业时,将扫描仪安装在支架上,驻车实施360°扫描;外业采集点云密度设为4cm~6cm( 距离仪器100m处的点间距)。
采用广州市CORS网络RTK进行控制测量,faro便携式三坐标测量仪,坐标系为广州地方坐标系,对于满足RTK作业条件的区域,三维激光扫描仪采集数据时,同步采用RTK测量站心坐标,RTK测量时间约3min~5min,与扫描时间相当。
本试验区共扫描110站,其中30站次采用三脚架扫描;80站次为车载静止360°扫描,同步采用RTK测量站心点坐标55站次,用于点云的准确定向及点云精度的评定。
2.测站点云相对定向
测站相对定向即为测站拼接,三坐标维修,将各个测站点云纳入到统一的临时坐标系中。测站拼接采用两级拼接策略: 基点的粗拼接和基于平面的ICP准确拼接。当测区作业面积较大时,为了减小测站间配准的累积误差,如图2所示沿道路、河流、围墙将测区分块,按测块依次拼接。
2.1基于地物点的粗拼接
各分块内测站配准,先选择一个视野开阔的测站,作为固定的基准测站,其他测站两两依次配准,粗配准选择不少于4个公共地物点计算转换矩阵,在居民地、厂区选择房屋角点、路灯顶点,在农田、水域采用高压线塔、电线杆、棚子角点等。粗拼接利用相邻两测站间公共地物点( 地物角点、尖锐特征点)计算坐标转换矩阵。
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