СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ НАЗЕМНЫМ ЛАЗЕРНЫМ СКАНЕРОМ Российский патент 2011 года по МПК G01C3/00 

Данный способ относится к области метрологии в геодезической отрасли.

Известен способ непосредственного измерения эталонного расстояния при помощи системы лазерной измерительной, который выполняется в лабораторных условиях [Ingensand, H. Performances and experiences in terrestrial laser scanning [Текст]. / H.Ingensand, A.Ryf, T.Schulz // Procs. 6th Conference on Optical 3-D Measurement Techniques, PP.236-243, Zurich, Switzerland, September 22-25, 2003.

Данный способ состоит в том, что устанавливают наземный лазерный сканер (НЛС) на один из концов системы лазерной измерительной, на другой конец устанавливают марку, на которую выполняют однократные измерения, причем марку и сканер перед началом измерения центрируют и горизонтируют, после этого, сравнивая измеренное расстояние с эталонным значением (полученное интерферометром), делают заключение о погрешности измерения расстояний наземным лазерным сканером

Недостатком этого способа является то что, данный способ предполагает использование центрировочных и горизонтрующих устройств, которыми снабжена малая часть НЛС. Но поскольку большинство моделей сканеров не имеют устройств для центрирования и горизонтирования прибора, то невозможно точно определить начало системы координат сканера относительно точки, являющейся одним из концов базисного отрезка. Поэтому невозможно определить достоверную и точную погрешность измерения расстояния НЛС.

Также известен способ определения погрешности измерения расстояния лазерным сканером на эталонном пространственном базисе [Iavaronea, A. Calibration verification facilities for long range laser scanners [Текст]. / А.Iavaronea, E.Martina // Procs. 6th Conference on Optical 3-D Measurement Techniques, PP.268-278, Zurich, Switzerland, September 22-25, 2003.], взятый в качестве прототипа.

Сущность данного способа состоит в том, что устанавливают НЛС на один из концов базиса, на другой конец устанавливают марку, на которую выполняют однократные измерения, причем марку и сканер перед началом измерения центрируют и горизонтируют, после этого сравнивая измеренное расстояние с эталонным делают заключение о погрешности измерения расстояний НЛС.

Недостатком этого способа является то что, данный способ предполагает использование центрировочных и горизонтрующих устройств, которыми снабжена малая часть НЛС. Но поскольку большинство моделей сканеров не имеют устройств для центрирования и горизонтирования прибора, то невозможно точно определить начало системы координат сканера относительно точки, являющейся одним из концов базисного отрезка. Поэтому невозможно определить достоверную и точную погрешность измерения расстояния НЛС.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение достоверности и точности определения погрешности измерения расстояния наземным лазерным сканером.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе определения погрешности измерения расстояний наземным лазерным сканером берут эталонный отрезок, концы которого закреплены пунктами. Согласно изобретению сканер устанавливают в створе линии, соединяющей центры двух пунктов, примерно в ее середине, вертикальную ось его приводят в отвесное положение с погрешностью не грубее 5°, а на закрепленные пункты устанавливают пластины, которые центрируют над пунктами и вертикальные оси приводят в отвесное положение, выполняют множественные измерения (более 1000) на обе пластины в соответствии с эксплуатационными документами получают 2 скана, по ним определяют центры пластин как пересечение диагоналей и вычисляют пространственные координаты центров пластин, по которым определяют расстояние между пластинами по формуле

,

где Х₁, Y₁, Z₁ и X₂, Y₂, Z₂ - координаты центров соответственно первой и второй пластин.

полученные расстояния сравнивают с эталонными значениями S_этл, вычисляют погрешность m_изм по формуле

m_изм=S_этл-S_1-2

сравнивают полученные значения погрешности m_изм с допуском, вычисляемым по формуле

,

где m_S=(a+b×10^-6S_1-2) - средняя квадратическая погрешность измерений расстояний, указанная в ЭД на конкретный вид наземного лазерного сканера («а» постоянная (приборная) и «b» закономерная погрешность измерения расстояний, указанная в ЭД на конкретный вид наземного лазерного оборудования).

Способ поясняется чертежами.

На Фиг.1 представлена схема установки сканера при определении погрешности измерения расстояний,

на Фиг.2 представлена схема определения координат центров пластин,

где 1 - наземный лазерный сканер; 2 и 3 - пункты эталонного пространственного базиса; 4 и 5 - пластины.

Сущность способа заключается в том, что сканер 1, устанавливают примерно посередине между двумя концами эталонного базиса 2 и 3. При этом вертикальную ось наземного лазерного сканера 1 приводят примерно в отвесное положение с погрешностью не грубее 5°. Марки (пластины) 4 и 5 центрируют над пунктами 2 и 3, а их вертикальную ось приводят в отвесное положение. Производят измерения на пластины 4, 5 в соответствии с требованиями ЭД, угловое разрешение сканирования по вертикали и горизонтали должно быть максимальным в соответствии с тактико-техническими характеристиками сканера. При этом количество измерений более 1000. Затем определяют координаты центров пластины 4 (Х₂, Y₂, Z₂) и пластины 5 (X₁, Y₁, Z₁). На основе этих координат вычисляют измеренное расстояние, которое в последующем сравнивают с эталонным значением.

Выполняют измерения температуры и давления окружающей среды, которые заносят в специализированное программное обеспечение для управления НЛС.

Выполняют обработку результатов измерений и вычисляют координаты центров пластин 4 и 5.

Примечание - результатом сканирования является скан, т.е. изображение, на котором отсканированная пластина имеет размеры. По сканерному изображению размеры пластины можно определить с погрешностью 0.005 м в поперечном направлении измеряемого базиса. Центры пластин определяют как пересечение диагоналей сканерного изображения пластины. Обработку результатов измерений НЛС выполняют при помощи лицензированного программного продукта.

В результате измерений оценивают расстояние S_1-2, которое определяют по формуле

где S₁ и S₂ - расстояние от наземного лазерного сканера до центра пластин 4 и 5 соответственно.

Вычисляют измеренное расстояние между пунктами базиса 2 и 3 S_1-2 по формуле

где Х₁, Y₁, Z₁ и X₂, Y₂, Z₂ - координаты центров соответственно первой и второй пластин.

Наземный лазерный сканер признают пригодным к эксплуатации, если разности между измеренным расстоянием и эталонным значениями интервалов базиса не превышают допустимого значения абсолютной погрешности , вычисленной по формуле

где m_S=(a+b×10^-6S_1-2) - средняя квадратическая погрешность измерений расстояний, указанная в ЭД на конкретный вид наземного лазерного сканера («a» постоянная (приборная) и «b» закономерная погрешность измерения расстояний, указанная в ЭД на конкретный вид наземного лазерного оборудования).

В настоящее время для поверки наземных лазерных сканеров их необходимо либо отправлять заграницу, либо проводить поверку не в полном объеме. Предлагаемый способ позволит проводить полномасштабную поверку наземных лазерных сканеров в Российской Федерации, что сократит затраты связанные с этими процедурами.

Берут эталонный отрезок, концы которого закреплены пунктами. Сканер устанавливают в створе линии, соединяющей центры двух пунктов, примерно в ее середине. Вертикальную ось сканера приводят в отвесное положение с погрешностью не грубее 5°. На закрепленные пункты устанавливают пластины, которые центрируют над пунктами и вертикальные оси приводят в отвесное положение. Выполняют множественные измерения (более 1000) на обе пластины в соответствии с эксплуатационными документами и получают 2 скана. По сканам определяют центры пластин как пересечение диагоналей и вычисляют пространственные координаты центров пластин. По ним определяют расстояние между пластинами S_1-2. Полученные расстояния сравнивают с эталонными значениями S_этл. Погрешность m_изм вычисляют по формуле m_изм=S_этл-S_1-2 и сравнивают полученные значения погрешности m_изм с допуском. Допуск вычисляется по формуле где m_S=(a+b×10^-6 S_1-2) - средняя квадратическая погрешность измерений расстояний, указанная в ЭД на конкретный вид наземного лазерного сканера («а» постоянная (приборная) и «b» закономерная погрешность измерения расстояний, указанная в ЭД на конкретный вид наземного лазерного оборудования). Технический результат - повышение достоверности и точности определения погрешности измерения расстояния наземным лазерным сканером. 2 ил.

Способ определения погрешности измерения расстояний наземным лазерным сканером, при котором берут эталонный отрезок, концы которого закреплены пунктами, отличающийся тем, что сканер устанавливают в створе линии, соединяющей центры двух пунктов, примерно в ее середине, вертикальную ось его приводят в отвесное положение с погрешностью не грубее 5°, а на закрепленные пункты устанавливают пластины, которые центрируют над пунктами, и вертикальные оси приводят в отвесное положение, выполняют множественные измерения (более 1000) на обе пластины в соответствии с эксплуатационными документами, получают 2 скана, по ним определяют центры пластин как пересечение диагоналей и вычисляют пространственные координаты центров пластин, по которым определяют расстояние между пластинами по формуле:
,
где X₁, Y₁, Z₁ и Х₂, Y₂, Z₂ - координаты центров соответственно первой и второй пластин,
полученные расстояния сравнивают с эталонными значениями S_этл, вычисляют погрешность m_изм по формуле:
m_изм=S_этл-S_1-2,
сравнивают полученные значения погрешности m_изм с допуском, вычисляемым по формуле:
,
где m_s=(a+b·10^-6S_1-2) - средняя квадратическая погрешность измерений расстояний, указанная в ЭД на конкретный вид наземного лазерного сканера («а» постоянная (приборная) и «b» закономерная погрешность измерения расстояний, указанная в ЭД на конкретный вид наземного лазерного оборудования).