способ определения погрешности измерения расстояний наземным лазерным сканером

Формула изобретения

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).

Описание изобретения к патенту

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^-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).

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, Z ₁ 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^-6 S_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.