[发明专利]适用于多种传感器的控制测量标靶及空间坐标配准方法

权利要求书

1.一种适用于多种传感器的控制点测量装置，其特征在于：包括靶面，所述靶面通过第一转轴(5)和支架(3)转动连接，基座包括底座(1)和底座(1)上方的支柱(2)，所述支柱(2)设置在底座(1)上方，所述支柱(2)上方设有第二转轴(6)，所述第二转轴(6)和所述支架(3)和下方转动连接，所述第一转轴(5)和第二转轴(6)垂直，靶面正面为第一靶面(4)，靶面反面为第二靶面(7)，所述第一靶面(4)贴有回光反射材料，印有黑白相间的圆形图案，所述第二靶面(7)四个角及中心嵌有编码标志。

2.如权利要求1所述的适用于多种传感器的控制点测量装置，其特征在于：所述支架的材料为铝合金。

3.一种空间坐标配准方法，包括以下步骤，第一步：全局控制：在空间中预先布多个点作为全局控制点的点位，将权利1或2所述的适用于多种传感器的控制点测量装置的基座固定在控制点位上，转动标靶靶面使得第一靶面(4)朝向全站仪方向，通过单台全站仪在空间中多个站位对第一靶面(4)的圆形图案的十字中心进行三维坐标测量，得到每个站位下各控制点的三维坐标，利用各站位之间的转换参数模型计算转换参数，得到转换参数后对各控制点进行转换，得到统一坐标基准下的三维控制点坐标；第二步：局部控制：根据控制场分布和被测物体的整体几何特征，现场划分不同的测量空间作为局部测量区域，选取合适位置的若干全局控制测量标靶作为局部控制点的点位，同时在测量站位上完成被测物的各局部区域测量；第三步：通过控制点编号提取局部坐标与全局坐标下公共控制点的一一对应关系，记录下来；第四步：借助空间坐标转换模型，利用公共控制点自动计算各局部坐标系与全局坐标系的转换参数，利用转换参数模型进行坐标系的转换，通过最小二乘法对转换参数进行参数估计，第五步：输出各传感器采集的空间数据在统一坐标基准下的坐标值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：在第二步中，在测量站位上完成被测物的各局部区域测量的方法为：控制测量装置保持原位不动，转动标靶靶面使得第一靶面朝向激光扫描仪方向，对圆形图案的十字中心进行坐标测量。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：在第二步中，在测量站位上完成被测物的各局部区域测量的方法为：控制测量装置保持原位不动，转动标靶靶面使得第二靶面朝向摄影测量相机方向，对编码标志中心进行坐标测量。

6.如权利要求3-5任一权利要求所述的方法，其特征在于：在第一步中，所述的转换参数模型为：X＝(Α^ΤQ^-1Α)^-1Α^ΤQΒ，其中B代表公共点在新坐标系的坐标，A代表公共点在旧坐标系的坐标，Q为新坐标系下公共点坐标测量误差的协方差矩阵，得到转换参数后可利用下式对各控制点进行转换：式中，Δx、Δy、Δz表示坐标原点的平移量，k为尺度因子，ε_x、ε_y、ε_z代表x、y、z三个坐标轴的旋转角。

7.如权利要求3-5任一权利要求所述的方法，其特征在于：在第四步和第五步之间还设有一步纠正参数误差的步骤，具体为：当对公共控制点进行坐标转换后一个或多个点其坐标差值较大时，认为该公共控制点的坐标精度较低或误差过大，利用公式对该公共控制点进行重新定权，采用迭代计算的方法，当第m次计算的转换参数与第m-1次计算转换的参数坐标值之差小于时就结束迭代计算，即|X_j(m)-X_j(m-1)|＜ε，并取第m次计算的坐标转换参数为最后估值。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：在第四步和第五步之间还设有一步纠正参数误差的步骤，具体为：当对公共控制点进行坐标转换后一个或多个点其坐标差值较大时，认为该公共控制点的坐标精度较低或误差过大，利用公式对该公共控制点进行重新定权，其中，Q为新坐标系下公共点坐标测量误差的协方差矩阵，λ为给新坐标系下公共点坐标测量误差分配的权值，采用迭代计算的方法，当第m次计算的转换参数与第m-1次计算转换的参数坐标值之差小于既定阈值ε时就结束迭代计算，即|X_j(m)-X_j(m-1)|＜ε，并取第m次计算的坐标转换参数为最后估值。