针对标靶扫描、全站仪辅助等因素造成扫描作业过程的复杂繁琐,提出了集成RTK的三维激光扫描技术测量地形的整体方案。采用网络RTK同轴同步测量扫描站坐标;两级拼接策略:地物点粗拼接与基于面搜索的ICP准确配准;采用测块四角或周边RTK点进行点云准确定向;采用自主研发的点云测图平台进行地形测绘。通过几种典型地形的实验验证,该方案使得扫描作业效率提高了约5倍,与现行全野外数字测图方法比较,作业效率提高了约3倍。基于全站仪的全野外数字测图方法仍是1∶500大比例尺地形测绘的主流方法,随着测图软件的不断更新,该方法的内业制图效率得到较大提升,但是外业仍需投入大量人力跑尺采点。三维激光扫描技术是测绘领域的高新技术,获取的数据由点云和影像组成,不仅记录了扫描对象的坐标数据和尺寸信息,更能自动记录其拓扑与纹理信息,使得传统点测量向“形测量”转化[1]。与传统测量手段相比,三维激光扫描技术具有不用照准部、扫描作业自动化、数据记录自动化、获取的数据信息丰富等特点[2],已应用于古建筑测绘、虚拟现实、变形测量、林业调查等领域。文献[3-12]尝试采用三维激光扫描技术代替传统全野外数字测图方法,以减轻测量人员的外业工作强度,但是这些实验普遍存在作业面积小,精度评定点数少等特点,不具说服力,代表性不强。
虽然三维激光扫描仪单测站采集数据精度高、速度快,但是要获取完整的地形点云数据,则需多站扫描拼接。文献[3-12]的三维激光扫描仪测量地形的作业方法,采用全站仪或GPS-RTK进行控制测量、布设并测量标靶,准确扫描标靶,基于标靶进行内业测站间拼接和坐标转换,从而得到大地坐标系下地形的点云数据,效率低、工作量大,仅在精细地形测绘[8-9]、地物单一的矿山地形测绘[3,6,10]、难及区域的地形测绘[5,11]等方面得到了尝试应用。
造成三维激光扫描作业过程复杂繁琐,制约了其在地形测量方面推广应用的主要因素有:
(1)标靶:布设标靶、测量标靶、扫描标靶、回收标靶、内业提取标靶等一系列针对标靶的操作[3-11],使得每测站耗时估计增加约5min。
(2)全站仪:采用全站仪布设导线[8],然后测量标靶,使得每测站平均增加至少3min。
(3)对中整平:在控制点上布设扫描测站,要求对中整平,使得每测站耗时增加1~2min[3-8,12]。
(4)三脚架: 采用三脚架固定仪器,测站转站时,为保护扫描仪需关机,下一站重新开机并初始化,使得作业时间增加至少2min[3-12]。
(5) 测图软件: 多种软件组合使用,缺少专业的基于三维点云的地形测绘软件[4-12]。
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通常,基准是一个具有确定方向的直线,但基准是由实际要素来确定的,是一个理想要素。三坐标计算法为小二乘法,aberlink三坐标,这是因为计算机可以自动根据公式进行计算,比较方便,但不符合国标的规定,即不符合小条件的评定原则。三坐标建立基准轴线,cmm 三坐标测量机,是通过采集一定数量的点,然后按照一定的计算公式和评价方法,对采集的点进行处理,终生成一个基准元素。
a)如果采集的点数太少,将不能很好的地反映被测圆柱的实际特征,即直径、方向矢量、圆柱度误差等,从而,以此建立的基准将与实际要素的理想轴线有偏离,从而导致被测元素的同轴度误差增大,梁平三坐标,这个是通过图形文本反应出来的。
b)另外一个方面,当基准元素的形状误差,即柱度误差较大时,将产生很大的影响。一方面由于采集的点数有限,如果圆柱度误差大,则意味着每增加一个点,fafo三坐标搬迁,计算机计算生成的圆柱轴线方向矢量将与前者产生大的偏离,由此,再来测量被测元素的同轴度,也将产生很大的偏差。如图2,为一个截面的采点情况,假设原来均匀采四个点,沿坐标方向,形成如图2所示的圆心O,当增加左下方45°方向的两个点时,圆点将可能向左下方移动到O′,从而轴线产生偏离。
c)再者,截面数太少也会影响方向矢量。一个圆柱如果只采集两端的两个截面,则不能反映中间截面的情况,从而使得轴线产生较大的偏离。事实上,如果截面越多,将越逼近理想位置。当然,在实际测量中,不可能测量很多截面,而且中间位置很难测到。
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