CN114485592B - 一种确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法，通过箱涵划段、分别设置涵内定位标靶和涵外定位标靶、获取涵内点云数据与涵外点云数据并建立联系、获取定位标靶在国家大地坐标系下的三维坐标、提取定位标靶在扫描坐标系下的三维坐标并与其在国家大地坐标系下的三维坐标一一对应、联合转换涵内点云数据与涵外点云数据六个步骤，有效解决了线状点云坐标转换水平侧滚倾斜带来的误差偏大或差错的问题，避免了线性化旋转角小角度，顾及了旋转矩阵元素间的相关性，确保排水暗涵三维点云坐标转换精度，同时具有精度高、稳定性强、适用性广等优点。
Description
技术领域
本发明属于地下空间土木工程技术领域的三维激光扫描测量技术领域，具体来说是涉及一种确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法。
背景技术
排水箱涵是城镇地下排水管道的一种，属于封闭或半封闭的有限空间。洞身以钢筋混凝土箱形修建的用于排水的涵洞，由一个或多个方形或矩形断面组成，单箱涵跨径不大于4m，地面布设有检查井。采用三维激光扫描技术手段对箱涵内进行扫描测量时，因涵内环境复杂，受实施条件限制，涵内标靶测量定位难度大，一般使用已有的一种地下暗涵激光扫描专用坐标传递标靶装置，采用该装置通过现有检查井或为项目实施而凿开的井口(简称人工开口)实现地面与地下定位标靶的联系定位测量。三维坐标转换是利用一定数量的定位标靶控制点将扫描坐标系下的箱涵点云坐标转换为国家大地坐标系下的箱涵点云坐标。
但排水箱涵呈狭长顺直或弯曲的线条状，其测量定位标靶点布设也相应呈顺直或弯曲度较小的线状，线状测量是区别于大面积、块状测量的一种特殊形式，实际生产中，时常采用线状标靶点进行三维点云数据坐标转换时极易发生水平侧滚倾斜，导致转换误差偏大或差错。因此需要采取一定措施解决线形箱涵三维点云坐标转换精度的方法，以确保箱涵三维点云数据坐标转换的可靠性，以满足工程精度需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法，解决现有线状三维点云坐标转换误差偏大或差错的问题。使得用户可以顺利实现三维激光点云从扫描坐标系转换到国家大地坐标系，确保箱涵三维点云的坐标转换精度。
本发明采取的技术方案是一种确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法，包括以下步骤：
步骤1，根据箱涵地面各类开口的分布状况和数量，将排水箱涵划分成若干个小段；
步骤2，分别设置涵内定位标靶和涵外定位标靶；
步骤3，利用三维激光扫描仪获取每段箱涵涵内点云数据与涵外点云数据并建立联系，涵内点云数据与涵外点云数据交叉垂直；
步骤4，获取定位标靶在国家大地坐标系下的三维坐标；
步骤5，提取定位标靶在扫描坐标系下的三维坐标，并与定位标靶在国家大地坐标系下的三维坐标一一对应；
步骤6，涵内点云数据与涵外点云数据联合转换。
优选地，所述步骤1中每段箱涵长度不超过500m，且开口数量不少于4个，开口均匀分布且间距不大于100m；现有开口数量、间距不满足上述条件时，可在箱涵正上方地面有条件的地方开凿人工开口。
优选地，所述步骤2涵内定位标靶与暗涵竖向内壁垂直。
优选地，所述步骤3中，当每段箱涵检查井或人工开口分布均匀且数量达到3个及3个以上时，选择箱涵中段处开口的地方进行涵外扫描，涵内点云数据与涵外点云数据成“十”字型。
优选地，所述步骤3中，当每段箱涵检查井或人工开口分布不均匀且数量为2个时，选择箱涵两端就近开口的地方分别进行涵外扫描，涵内点云数据与涵外点云数据形成“卄”字型。
优选地，所述步骤3中涵外点云以检查井或人工开口为中点呈条带状，单侧扫描长度不少于150m；涵外定位标靶尽可能对称分布在中点两侧的条带上，每条带上的定位标靶数量不少于2个。
优选地，所述步骤4采用全站仪或GNSS。
优选地，所述步骤6具体为：进行旋转参数、平移参数求解，完成三维点云坐标转换工作。
优选地，参与参数求解的涵内定位标靶和涵外定位标靶不能在同一平面上或一条直线上。
本发明的有益效果在于：
1、有效解决了线状点云坐标转换水平侧滚倾斜带来的误差偏大或差错的问题，避免了线性化旋转角小角度，顾及了旋转矩阵元素间的相关性，确保排水暗涵三维点云坐标转换精度。
2、具有精度高、稳定性强、适用性广等优点。
3、采用“十”或“卄”字型使得定位标靶分布合理，构成三角形各内角相接近并形成大平面，结构稳定性更好。
附图说明
图1是本发明实施例中的涵内与涵外建立联系示意图；
图2是本发明实施例中的涵内与涵外点云数据“十”字型示意图；
图3是本发明实施例中的涵内与涵外点云数据“卄”字型示意图；
图4是本发明实施例中的“十”字型方案的定位标靶布置示意图；
图5是本发明实施例中的“卄”字型方案的定位标靶布置示意图。
具体实施方式
现举较佳实施例并结合图示对本发明进行详细说明，参看图1至图5。
本发明一种确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法，包括以下步骤：
步骤1，根据箱涵地面各类开口的分布状况和数量，将排水箱涵划分成若干个小段，每段箱涵长度不超过500m，且开口数量不应少于4个，开口宜均匀分布且间距不大于100m，开现有开口数量、间距不满足上述条件时，可在箱涵正上方地面有条件的地方开凿人工开口。；
步骤2，分别设置涵内定位标靶和涵外定位标靶：涵内定位标靶架设在地面上，通过检查井或人工开口将定位标靶平面伸入涵内，伸入涵内的定位标靶平面应与暗涵竖向内壁垂直；涵外定位标靶根据扫描区域设置；
步骤3，利用三维激光扫描仪获取每段箱涵涵内点云数据与涵外点云数据并建立联系，涵内点云数据与涵外点云数据交叉垂直，形成“十”或“卄”字型，涵外点云以检查井或人工开口为中点呈条带状，单侧扫描长度不少于150m；涵外定位标靶尽可能对称分布在中点两侧的条带上，每条带上的定位标靶数量不少于2个；
步骤4，采用全站仪或GNSS获取定位标靶在国家大地坐标系下的三维坐标；
步骤5，提取定位标靶在扫描坐标系下的三维坐标，并与其在国家大地坐标系三维坐标一一对应；
步骤6，涵内点云数据与涵外点云数据联合转换：进行旋转参数、平移参数求解，完成三维点云坐标转换工作，参与参数求解的涵内定位标靶和涵外定位标靶不能在同一平面上或一条直线上。
步骤3中，本发明的涵内定位标靶采用已有的一种地下暗涵激光扫描用坐标传递标靶装置，该装置采用硬连接，通过水平调节器上的圆气泡和管气泡(调节居中)，保证地面坐标采集几何中心与涵内标靶中心铅直，同时考虑了不同环境下使用不同的测量手段进行坐标联测，确保坐标传递的精准度。在涵内和涵外地面同时进行扫描，涵内扫描仪架设在检查井或人工开口正下方，涵外扫描仪架设在距离检查井或人工开口1m范围内。与检查井或人工开口相邻的远离站点，扫描时应能获取到地下暗涵激光扫描用坐标传递标靶装置的点云数据。
关于涵内点云数据与涵外点云数据形成“十”字型或“卄”字型的情况：
当每段箱涵检查井或人工开口分布均匀且数量达到3个及以上时，选择箱涵中段处开口的地方进行涵外扫描，涵内点云数据与涵外点云数据成“十”字型；
当每段箱涵检查井或人工开口分布不均匀且数量为2个时，选择箱涵两端就近开口的地方分别进行涵外扫描，涵内点云数据与涵外点云数据形成“卄”字型。
“十”字型或“卄”字型的优点在于：克服了线状箱涵定位标靶构成近似直线或大钝角三角形稳定性差的问题，采用“十”或“卄”字型使得定位标靶分布合理，构成三角形各内角相接近并形成大平面，结构稳定性更好，地面和地下数据联合，确保了点云数据坐标转换精度。
本发明有效解决了线状点云坐标转换水平侧滚倾斜带来的误差偏大或差错的问题，避免了线性化旋转角小角度，顾及了旋转矩阵元素间的相关性，确保排水暗涵三维点云坐标转换精度，同时具有精度高、稳定性强、适用性广等优点。
Claims (7)
1.一种确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据箱涵地面各类开口的分布状况和数量，将排水箱涵划分成若干个小段；
步骤2，分别设置涵内定位标靶和涵外定位标靶；
步骤3，利用三维激光扫描仪获取每段箱涵涵内点云数据与涵外点云数据并建立联系，涵内点云数据与涵外点云数据交叉垂直，涵外点云以检查井或人工开口为中点呈条带状；
步骤4，获取定位标靶在国家大地坐标系下的三维坐标；
步骤5，提取定位标靶在扫描坐标系下的三维坐标，并与定位标靶在国家大地坐标系下的三维坐标一一对应；
步骤6，涵内点云数据与涵外点云数据联合转换；
所述步骤3中，当每段箱涵检查井或人工开口分布均匀且数量达到3个及3个以上时，选择箱涵中段处开口的地方进行涵外扫描，涵内点云数据与涵外点云数据成“十”字型；当每段箱涵检查井或人工开口分布不均匀且数量为2个时，选择箱涵两端就近开口的地方分别进行涵外扫描，涵内点云数据与涵外点云数据形成“卄”字型。
2.根据权利要求1所述的确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法，其特征在于，所述步骤1中每段箱涵长度不超过500m，且开口数量不少于4个，开口均匀分布且间距不大于100m；现有开口数量、间距不满足上述条件时，可在箱涵正上方地面有条件的地方开凿人工开口。
3.根据权利要求1所述的确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法，其特征在于，所述步骤2涵内定位标靶与暗涵竖向内壁垂直。
4.根据权利要求1所述的确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法，其特征在于，所述步骤3中，单侧扫描长度不少于150m；涵外定位标靶尽可能对称分布在中点两侧的条带上，每条带上的定位标靶数量不少于2个。
5.根据权利要求1所述的确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法，其特征在于，所述步骤4采用全站仪或GNSS。
6.根据权利要求1所述的确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法，其特征在于，所述步骤6具体为：进行旋转参数、平移参数求解，完成三维点云坐标转换工作。
7.根据权利要求6所述的确保排水箱涵三维点云坐标转换精度的方法，其特征在于，参与参数求解的涵内定位标靶和涵外定位标靶不能在同一平面上或一条直线上。
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