地面激光扫描技术精度分析.ppt

基于模块的检校模式是基于对各个系统误差源充分认知的前提下，对每个误差参数用不同方法进行单独的检校，这种检校模式应用最广基于系统的检校模式是基于对仪器系统误差及其影响不能充分掌握的情况下，通过对控制点或已知目标( 球“平面) 的合理观测，从整体上进行检校的数学模型。 * * XXXXXXXXXXXXXXXXX * XXXXXXXXXXXXXXXXXX * XXXXXXXXXXXXXXXXX 地面激光扫描技术及其精度分析 汇报人：宣伟 2014年4月10日 汇报提纲 1 地面激光扫描技术基础 2 地面激光扫描仪精度分析 3 自检校模型 地面激光扫描技术基础 第一部分 1 地面激光扫描技术基础 地面激光扫描技术在测绘领域的应用越来越广泛，被认为是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革命。 地面激光扫描技术具有以下特点： 高密度、高精度 自动化 非接触式测量，夜间测量 数据信息丰富 数据量大、仪器设备昂贵、作业人员要求高 1 地面激光扫描技术基础 地面激光扫描仪的构成 地面激光扫描仪的结构涉及到机械、电子、光学等多个领域，其主要部件有计算机控制系统、伺服扫描系统、激光测距系统及其相关附件等。 伺服控制系统 计算机控制系统设置的扫描参数传给伺服系统后，伺服系统根据所设参数控制电机的运动，使激光束在指定区域内发生水平和俯仰方向的偏转，从而完成扫描仪对指定区域的信息采集工作。 激光测距系统 激光测距技术可分为三角测距技术、飞行时间测距技术和干涉测距技术三类，而飞行时间测距技术又分为脉冲测距技术、相位测距技术和调频波测距技术，目前扫描仪的激光测距系统主要采用脉冲测距技术和相位测距技术。 1 地面激光扫描技术基础 地面激光扫描仪的工作原理 地面三维激光扫描技术获得的是目标的面阵列点云数据，数据量不仅更大，而且更丰富，一般都会有扫描点的反射强度信息，对于有内置或外置数目相机的扫描仪，还会有扫描点的颜色信息。 极坐标系 单点测量坐标 单点定位精度 微分 1 地面激光扫描技术基础 扫描作业流程 数据处理过程 作业计划 现场扫描 坐标系 标靶 扫描站 扫描范围 扫描距离 扫描间隔 重复次数 点云编辑 配准与拼接 坐标转换 点云预处理 三维建模 地面激光扫描仪精度分析 第二部分 2 地面激光扫描仪精度分析 当前所有地面激光扫描仪产品的系统参数都是由仪器生产厂商给定的，由这些参数所决定的扫描仪的精度被称为标称精度。 仪器内部构造的复杂性 机械组装不理想 部件老化、磨损 实际精度与标称精度不一致 分析研究仪器扫描的实际精度 2 地面激光扫描仪精度分析 罗德安在其相关文献中指出，地面激光扫描仪的扫描精度主要受到角度测量精度、距离测量精度、分辨率、边缘效应、测量对象的反射特性、环境条件及后期的数据处理方法等因素的综合影响。 2.1 角度误差 水平向和垂直向角度是扫描仪直接获得的两个基本观测量,其误差将直接影响所获得的点云坐标精度。 2 地面激光扫描仪精度分析 2.2 距离误差 测距也是以第一次俘获到足够反射能量来确定测量值的,而反射能量在很大程度上和目标表面特性及表面法线与入射激光所成的夹角相关。所以，由于入射激光和目标表面不正交所产生的误差必须予以适当的考虑。 郑德华在其文献中已对该问题做了较详细的论述，并给出了相应的公式 2 地面激光扫描仪精度分析 2.3 边缘效应 不管扫描仪的聚焦能力有多高，激光脚点的光斑都具有一定的大小，而距离测量依赖于光斑范围内的反射能量。边缘效应一般分为两种： 光斑出现在不同目标的交界处，两部分返回的能量都能达到系统，从而造成系统性的偏差； 目标边缘的背景是天空或者已经超过测量范围的目标，光斑部分在目标物体内，这样只有一部分返回的能量被系统接收到，造成激光测距的盲点，即无法获得该边缘点的测量信息。 2 地面激光扫描仪精度分析 2.4 反射特性 激光测距依赖于来自目标的反射激光能量。在任何情况下，反射信号的强度都将受到物体反射特性的影响。 物体的材质 物体的表面颜色 物体的粗糙程度 扫描入射角 扫描距离 O. Monserrat、Arianna Pesci等在各自的相关文献中， 通过设计实验，对不用颜色、不同材质、不同距离的目标物体进行扫描，结果表明： 对某些材质的目标,由反射特性导致的系统性误差甚至会高出正常激光测距标准差的若干倍； 高入射角的扫描精度要远远高于低入射角，所以在对目标进行扫描时，要充分考虑到入射角，合理设置扫描设站问题。 2 地面激光扫描仪精度分析 2.5 分辨率 点云分辨率决定了从点云中提取目标细节的能力，点云分辨