[发明专利]一种三维平面广义模型在扫描仪坐标系和工程测量坐标系间的转换方法

说明书

本发明提供一种三维平面广义模型在扫描仪坐标系(坐标系1)和工程测量坐标系(坐标系2)间的转换方法，称为三维平面(3D平面)转换，步骤是：1)在三维笛卡尔坐标系内，按3D平面的单位法向量的绝对值的最大分量所在坐标轴，将3D平面分成3类，并用最少的3个特征参数。2)在两个坐标系转换参数已知的情况下，建立两个坐标系下3D平面特征参数和转换参数之间的关系的3D平面转换方程。3)建立由转换参数方差阵和坐标系1中3D直线特征参数方差阵，计算坐标系2中3D直线特征参数方差阵的3D平面误差传播律。本发明能将扫描仪坐标系内物体上3D平面的位置和姿态参数及其误差，转换到工程测量坐标系下，从而方便对物体的直线几何形态进行分析和研究。

技术领域

本发明涉及扫描仪坐标系和工程测量坐标系中点的坐标转换、面特征参数转换及其误 差传播，属于工程测量领域。

背景技术

目前，点云已成为摄影测量与遥感、计算机视觉、机器学习等多个领域常见数据源， 且类型多样，按数据源有机载激光雷达点云、摄影测量等方法获取的点云、静态地面扫描点 云、地面移动扫描点云、同步定位与制图点云等。人们总是习惯将客观对象放在以铅垂线为 基准线、北方向为基本方向的地理空间中去观察、表达和研究，这种地理空间坐标系就是测 绘领域的地理参考坐标系或工程测量坐标系。不同传感器平台获取的点云，需要将其坐标系 转换到统一的地理坐标系中，这个过程在点云处理理论中称为点云地理化。学术界针对点云 地理化提出了大量点云地理化方法和地理化精度的评定方法。在建筑物等目标的扫描点云中， 除了点以外，还有大量直线对象和平面对象等，目前点对象的坐标转换模型和误差传播模型 的研究比较成熟，但针对平面/直线对象的特征参数转换模型及其误差传播规律尚没有很好的 研究成果，本专利就是针对三维面对象的特征参数转换及其误差传播而发明的。

发明内容

本发明的目的是提供将点云中三维面对象在扫描仪坐标系下的特征参数转换到工程 测量坐标系下的方法以及特征参数的误差传播规律。其技术方案为：一种三维平面广义模型 在扫描仪坐标系和工程测量坐标系间的转换方法，其特征在于：

1)在三维笛卡尔坐标系内，将三维平面用最少特征参数(3个)进行表达，3个特征参数分 别表示平面的位置和姿态，具有明确的几何意义；三维空间内所有的平面都可通过仅含这3 个特征参数的三维平面方程表示，三维平面方程共有3种形式，这3种形式的三维平面方程 统称为三维平面的函数模型；3个特征参数的3阶方差阵构成三维平面的随机模型(也称为 误差模型)，三维平面的函数模型和随机模型共同构成了三维平面的广义模型。

2)在两个坐标系转换参数已知的情况下，分别建立两个坐标系下三维平面方程特征参 数之间的关系，即推导出3个平面方程一一对应的3个三维平面转换方程。

3)在已知两个坐标系转换参数方差阵的情况下，推导出扫描仪坐标系下三维平面特征 参数的误差传播规律，简称三维平面误差传播律。

所述的一种三维平面广义模型在扫描仪坐标系和工程测量坐标系间的转换方法，其特 征在于步骤1)中，根据三维平面法向量中绝对值最大分量的不同，三维平面方程的3种表 达形式可写为

E_x:x+a_xy+b_xz+c_x＝0 (1a)

E_y:a_yx+y+b_yz+c_y＝0 (1b)

E_z:a_zx+b_zy+z+c_z＝0 (1c)