[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

说明书

本发明公开了一种适用于多传感器的控制点测量标靶，包括一靶面，靶面和支架转动连接，支架和基座转动连接。本发明还提供了空间坐标配准方法，包括：构建全局控制网及局部测量空间，在各传感器坐标系下不同站点采集空间测量点，将控制标靶坐标作为公共控制点把空间点拼接到一个坐标基准下；建立各坐标基准下公共控制点对应关系，根据公共控制点误差定权迭代计算实现各空间坐标基准的统一。本发明提供的适用于多种传感器的控制测量标靶及空间坐标配准方法实用性强、精度更高，改变各传感器独立使用各自配套的控制标靶，公共控制点位置不相同，进行坐标基准统一时误差较大的现状，以及个别公共点坐标精度较低或误差过大对坐标转换参数的影响问题。

技术领域

本发明属于空间点采集及测量技术领域，涉及适用于多种传感器的控制点测量装置及方法。

背景技术

在船舶、海工、航空等工业构件建造领域，利用高精度传感器对钢结构进行精度控制测量，以判断构件点位的准确程度，最大限度减少现场修整工作量，提高工作效率，保证产品质量。在现有的工业建造领域中，建造精度一般要求达到毫米级乃至亚毫米级，这给测量提出了更高的标准。为保证测量精度，在工业构件的精度控制测量过程中，利用传感器进行三维数据的采集时离不开测量标靶的辅助，在各种测量标靶中，控制测量标靶可以起到点云拼接时的连接点的作用，其分布情况和测量精度等对最终三维数据的采集质量起着决定性的作用。

目前船舶等钢结构的三维测量中，由于工业构件复杂多样，仅依靠单一传感器往往无法实现三维测量，多采用全站仪、近景摄影测量、激光扫描仪等多传感器进行组合测量，充分利用全站仪远测程、全局控制特性与近景摄影测量高精度、动态测量特性，以及激光扫描仪多细节特性的互补优势，目前各传感器使用各自配套的控制测量标靶进行三维空间点采集，由于不同传感器坐标系下的控制测量标靶位置往往各不相同，导致测量误差的累积，并未考虑在测量过程中将各传感器的测量信息进行优势互补，此外，由于测量误差的存在，导致个别公共点坐标精度较低或误差过大，在坐标参数解算过程中并未考虑这些公共点对计算结果带来的影响，导致计算精度降低。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

目前各传感器使用各自配套的控制测量标靶进行三维空间点采集，导致测量误差的累积，由于测量误差的存在，导致个别公共点坐标精度较低或误差过大，在坐标参数解算过程中并未考虑这些公共点对计算结果带来的影响，导致计算精度降低。

2、技术方案：

为了解决以上问题，本发明提供了一种适用于多种传感器的控制点测量装置，包括靶面，所述靶面通过第一转轴和支架转动连接，基座包括底座和和底座上方的支柱，所述支柱设置在底座上方，所述支柱上方设有第二转轴，所述第二转轴和所述支架和下方转动连接，所述第一转轴和第二转轴垂直，靶面正面为第一靶面，靶面反面为第二靶面，所述第一靶面贴有回光反射材料，印有黑白相间的圆形图案，所述第二靶面四个角及中心嵌有编码标志。

所述支架的材料为铝合金。

本发明还提供了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，将所述的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。