[发明专利]一种三维激光扫描仪定位装置和激光点云绝对定位方法

说明书

技术领域

本发明属于三维激光测量和工程测量技术领域，特别涉及一种三维激光扫描仪定位装置和激光点云绝对定位方法。

背景技术

三维激光扫描仪作为一种新型的快速、高精度、高密度测量技术装备，因其可以快速获取物体表面高精度、高密度空间位置点而很快成为一种三维测量和检测的高技术装备。该设备与传统的全站仪相比，其应用上的优势主要体现在对复杂物体表面几何形态信息的快速、全面、准确的获取。与传统全站仪等测量手段一次获取一个物体表面的离散抽样特征点不同的是，扫描仪一次扫描作业，大约3～5分钟，即可获取物体表面数以千万计的空间位置点，这些点在一些专业数据处理软件的辅助下，很容易就提取出物体表面高精度的复杂几何形态特征。

三维激光扫描仪与传统的全站仪相比，测量原理相同之处是同样采用光电激光测距原理测量设备与被测物体之间的高精度距离。全站仪通过光学度盘测量设备与被测物体之间的水平和垂直夹角，扫描仪则通过机械度盘控制水平和垂直夹角。但是全站仪可以很快通过直接测量控制点棱镜来实现全站仪的设站和定向。而扫描仪因为无法单独快速测量一个点或者一个标识实现扫描仪的快速绝对位置设站和定向而使得传统的控制测量原理无法快速易行的在扫描仪上实现，因此导致三维激光扫描仪在做需要绝对定位坐标系统的传统测量作业中，无法在不损耗精度和作业效率的情况下，快速实现绝对定位。

目前通常的扫描仪绝对定位方法是在一次扫描中采用3个以上球形标靶，扫描仪在扫描这些标靶点云数据的同时，采用全站仪或者GPS等传统测量定位方法给这些标靶定位，然后在扫描数据的后处理软件中，在按照标靶点号与扫描点云中的靶球中心人工一一对应后，再手工输入这些靶球的三维坐标，最后点云后处理软件才能根据这些靶球坐标确定的绝对定位坐标系，把整个扫描仪测站的数据转换到这个绝对定位坐标系中。这种方法特点是外业数据采集时需要带至少5个以上标靶或者靶球，每个扫描仪测站至少保持2个靶球不动，并同时布置3个新靶球供下一站进行扫描，外业需要至少2个人以上设置目标靶球。

常规的三维激光扫描仪在做绝对坐标系下测量时，一般先采用相邻测站都必须扫描到的公共标靶或者靶球点进行测站相对坐标系下的点云拼接，然后再在拼接好的加载有所有测站点云数据中进行绝对坐标系的转换。这种方法缺点一是把拼接和坐标转换分成两步走，这样比较费时耗力。这种方法另外一个很大的缺点是整体点云拼接时需要具有很大内存和CPU处理能力的计算机，而且随着扫描测站数量的增多，拼接时间会不断增加，而且能够拼接的扫描测站数量受处理计算机性能的绝对制约。

常规三维激光扫描仪作业最终提供的激光点云数据文件，是通过各站之间的公共目标靶球连接后，建立的一般以第一站扫描仪仪器中心为坐标原点，和扫描仪自身轴系建立的相对坐标系统。而用户在具体测量项目中使用的坐标系统都是通过常规测绘方法（全站仪、GPS、水准仪）建立的测量坐标系统，原点不在扫描仪的中心上，坐标轴方向也不是扫描仪的坐标轴方向。因此，用户在直接使用扫描仪的点云数据获取被测物体表面上在用户工程坐标系下的三维空间坐标时，需要进行比较繁琐的空间坐标传递和坐标系统转换。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种使用方便、能够省时省力的三维激光扫描仪定位装置以及激光点云绝对定位方法。

技术方案：本发明提供一种三维激光扫描仪定位装置，包括三维激光扫描仪定位基座和两个定位棱镜，所述两个定位棱镜分别通过定位棱镜连接杆设置在所述三维激光扫描仪定位基座的两侧，其中所述定位棱镜连接杆固定在所述三维激光扫描仪定位基座上，所述两个定位棱镜通过螺口连接设置在定位棱镜连接杆的两端。

进一步，所述两个定位棱镜之间的距离为0.3-0.8米。这个固定距离既可以保证扫描仪的定位精度，又可以用作测量检核常数，帮助判断全站仪定位此2个棱镜位置数据的准确度，有利于提高扫描仪测站的精度。

进一步，还包括设备保护箱，所述设备保护箱设置在所述两个定位棱镜、定位基座和常规测绘用三角基座的外部。所述保护箱主要为了方便在测量搬站过程，便于快速搬站，并在搬站过程中保护设备。

本发明还提供一种采用上述三维激光扫描仪定位装置的三维激光扫描仪激光点云绝对定位方法，包括以下步骤：

步骤10：将三维激光扫描仪固定在三维激光扫描仪定位装置上，通过三维激光扫描仪、三维激光扫描仪定位装置和全站仪结合进行外业数据采集，采集所有被测物体的三维点云和全站仪特征点；

步骤20：将步骤10中采集的外业数据导入到计算机；