一种编码测量杆及其使用方法技术

本发明专利技术涉及一种编码测量杆及其使用方法，编码测量杆包括一个控制标杆和一个球形标靶，球形标靶嵌套在控制标杆上，并可沿所述控制标杆上下移动，控制标杆的杆体上被不同颜色或者不同材质的涂料分割为多个长短不同的分段，本发明专利技术所述的编码测量杆可以用于单个扫描仪进行测量的情况，单个扫描仪对编码测量杆进行多次观测，然后进行数据比较，应用于变形监测；也可以用于使用多个扫描仪共同测量的情况，进行多站扫描数据的配准；本发明专利技术可以解决标靶平面视角受限的问题，以及多次反复观测的精度控制问题；结合扫描仪的工作流程，解决实际测量中的控制问题、连续观测点云数据的配准和比较问题；同时减少标靶布设的工作量。

【技术实现步骤摘要】
一种编码测量杆及其使用方法
本专利技术涉及测绘
，尤其涉及一种编码测量杆及其使用方法。
技术介绍
地面激光扫描仪是一种利用发射和接收激光信号进行测量的测绘仪器，在测绘、矿业、城市、水利、文保等领域广泛使用的测绘仪器，能快速生产大量高精度的点云数据。地面激光扫描仪采集数据时，与传统的全站仪类似，要设定扫描站，然后利用控制点(或标靶)信息，将多站点云数据进行配准，从而获得被测目标完整的点云数据。这个流程，已经成为地面激光点云数据采集的标准流程。现有的点云扫描的数据配准方法主要是利用放置在工作空间中的标靶(如球形标靶、平面标靶等)来配准数据，通过提取的控制标靶的中心，利用多次扫描的同名标靶的对应关系配准数据。这种使用多个控制标靶提取中心的方法对于变形监测等应用，具有很大的困难。此外，激光扫描工作中，现在通用的球型、平面标靶均以点为主要特征进行数据配准，在野外实际工作中标靶布设较为麻烦；另一方面，在一些形变监测过程中，标靶可能会随着被测物体移动，从而引起变形监测的失败；并且，以标靶为控制点的数据配准结果不利于连续观测的几何数据变化比较；传统的标靶多为平面，在实际扫描过程中，存在面向标靶平面扫描角度的偏差，标靶中心的坐标拟合质量往往得不到保证。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种编码测量杆及其使用方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种编码测量杆，包括一个控制标杆和一个球形标靶，所述球形标靶嵌套在所述控制标杆上并可沿所述控制标杆上下移动。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步地，所述控制标杆为直杆，截面为方形或者圆形。进一步地，所述控制标杆的杆体上被不同颜色或者不同材质的涂料分割为多个长短不同的分段，不同分段之间的横截面中心点为分段节点。本专利技术解决上述技术问题的第二种技术方案如下，一种使用上述编码测量杆进行激光扫描变形监测或者点云配准的方法，包括如下步骤：步骤A1，将编码测量杆固定在待测量场景中；步骤A2，使用扫描仪采集编码测量杆的控制标杆的长度、编码测量杆的每个分段节点到扫描仪中心线所在平面的距离以及每个分段节点的坐标值；步骤A3，根据步骤2采集到的数据以及已知的编码测量杆的每个分段的长度，计算扫描仪中心的高度；步骤A4，变换扫描仪的位置，重复步骤A2-步骤A3，进行多次扫描；步骤A5，基于第一次测量的扫描仪的中心高度，计算每一次测量的扫描仪的中心高度的旋转和高程偏移量。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步地，步骤A2中，所述分段节点为编码测量杆每个分段的截面中心点，具体获取方式为：由扫描仪扫描获取的部分编码测量杆表面点云，拟合出准确的控制标杆竖直中心线；根据控制标杆的杆体表面分段之间的点云强度差异，拟合出准确的分界线；将分界线水平投影到杆体控制标杆竖直中心面，投影的分界线与控制标杆竖直中心线相交，获得具有准确三维坐标的分段节点。进一步地，步骤A3包括以下步骤：步骤A31，计算得出每个分段节点的离地高度；步骤A32，计算扫描仪中心点高度，即将编码测量杆分段节点离地高度减去编码测量杆分段节点在扫描获取的点云中测得的坐标值。进一步地，所述的编码测量杆进行激光扫描变形监测或者点云配准的方法，还包括对编码测量杆上的球形标靶进行扫描测量或者对球形标靶和控制标杆共同扫描测量或者对多个编码测量杆进行扫描测量，进行平差计算。本专利技术解决上述技术问题的第三种技术方案如下，一种使用上述编码测量杆进行多站激光扫描数据配准的方法，包括如下步骤：步骤B1，将多个编码测量杆固定在待测量场景中；步骤B2，使用n个扫描仪，分别为扫描仪1号、扫描仪2号、…扫描仪n号，n≥2，每个扫描仪均以各自的扫描仪中心为坐标原点，分别采集每个编码测量杆的每个分段节点的坐标值；步骤B3，选取任意三个能构成三角形的分段节点，通过所述三个分段节点在扫描仪1号中的坐标值以及在其它扫描仪中的坐标值，分别计算其他扫描仪相对于扫描仪1号的坐标变换参数。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步地，步骤B2中，所述分段节点为编码测量杆每个分段的截面中心点，具体获取方式为：由扫描仪扫描获取的部分编码测量杆表面点云，拟合出准确的控制标杆竖直中心线；根据控制标杆的杆体表面分段之间的点云强度差异，拟合出准确的分界线；将分界线水平投影到杆体控制标杆竖直中心面，投影的分界线与控制标杆竖直中心线相交，获得具有准确三维坐标的分段节点。进一步地，所述的编码测量杆进行多站激光扫描数据配准的方法，还包括对编码测量杆上的球形标靶进行扫描测量或者对球形标靶和控制标杆共同扫描测量，进行平差计算。本专利技术的有益效果是：可以解决标靶平面视角受限的问题，还有多次反复观测的精度控制问题，也可以结合扫描仪的工作流程，解决实际测量中的控制问题、连续观测点云数据的配准和比较问题；同时，此方法还能用于普通的复杂环境的点云配准上，减少标靶布设的工作量。附图说明图1为本专利技术所述编码测量杆的结构图；图2为本专利技术所述一根编码测量杆多次测量整体结构图图；图3为本专利技术所述编码测量杆多次测量整体结构俯视图；图4为本专利技术所述利用两个和两个编码测量杆进行数据配准原理图。附图标记：1、控制标杆，2、球形标靶，3、分段，4、分段节点。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，一种编码测量杆，包括控制标杆1和球形标靶2，球形标靶2嵌套在控制标杆1上并可以沿控制标杆1的杆体上下移动。使用时，在进行近距离测量或在通视条件良好的情况下，可以选用控制标杆1进行测量，也可以选用球形标靶2进行测量，其中选用球形标靶2进行测量为现有技术；在进行远距离测量或者在待测量场景中有遮挡的情况下，由于球形标靶2比控制标杆1更易观测到，因此可以采用常规方法进行测量，此时球形标靶2的位置可以根据需要沿控制标杆1的杆体上下移动。控制标杆1为直杆，截面为方形或者圆形，可以为中空或者实心，宽度或者半径不限，可以根据实际情况设定，可以根据场景的远近而选择粗细不同的杆子。考虑到激光扫描仪随扫描距离增加，点云密度变稀疏的特点，针对不同场景，例如0.5km*0.5km和10km*10km这两种场景，其用于配准的控制标杆1的半径不同，后者应明显大于前者，半径差会达到5cm以上。理论上说，控制标杆1的杆体半径越大越好，但在近距离采用半径过大的控制标杆1会遮挡待扫描的地物，造成不便，因此控制标杆1的杆体半径不宜过大，综上所述，编码测量杆的控制标杆与待配准的场景大小相关。控制标杆的材料可以为金属、木质、塑料、碳纤维等，优选为金属，控制标杆1为金属时，反射性能较稳定，物理属性也较结实。控制标杆1的最优长度范围为1m-5m，也可以根据需要设定控制标杆1的长度。控制标杆1的杆体上被不同颜色或者不同材质的涂料分割为多个长短不同的分段3，最优方案为每一个分段3的长度均不同，这样可以通过长度来区分每一个分段3；在有相同长度分段3的情况下，则需要通过颜色和长度的双重标识来区分每一个分段3，即相同长度的分段3颜色必然不同，由上所述，可以根据长度或颜色或者长度和颜色的双重指标来唯一的区分每一个分段3；分段数量可以根据需要设定；激光扫描仪可以根据控制标杆1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种编码测量杆，其特征在于，包括一个控制标杆(1)和一个球形标靶(2)，所述球形标靶(2)嵌套在所述控制标杆(1)上，并可沿所述控制标杆(1)上下移动。

【技术特征摘要】
1.一种使用编码测量杆进行激光扫描变形监测的方法，所述编码测量杆，包括一个控制标杆(1)和一个球形标靶(2)，所述球形标靶(2)嵌套在所述控制标杆(1)上，并可沿所述控制标杆(1)上下移动；其特征在于，包括如下步骤：步骤A1，将编码测量杆固定在待测量场景中；步骤A2，使用扫描仪采集编码测量杆的控制标杆的长度、编码测量杆的每个分段节点到扫描仪中心线所在平面的距离以及每个分段节点的坐标值；步骤A3，根据步骤A2采集到的数据以及已知的编码测量杆的每个分段的长度，计算扫描仪中心的高度；步骤A4，变换扫描仪的位置，重复步骤A2-步骤A3，进行多次扫描；步骤A5，基于第一次测量的扫描仪的中心高度，计算每一次测量的扫描仪的中心高度的旋转和高程偏移量。2.根据权利要求1所述的一种使用编码测量杆进行激光扫描变形监测的方法，所述编码测量杆的控制标杆(1)为直杆，截面为方形或者圆形。3.根据权利要求1所述的一种使用编码测量杆进行激光扫描变形监测的方法，所述编码测量杆的控制标杆(1)的杆体上被不同颜色或者不同材质的涂料分割为多个长短不同的分段(3)，不同分段(3)之间的横截面中心点为分段节点(4)。4.根据权利要求1所述的一种使用编码测量杆进行激光扫描变形监测的方法，其特征在于，步骤A2中，所述分段节点为编码测量杆每个分段的截面中心点，具体获取方式为：由扫描仪扫描获取的部分编码测量杆表面点云，拟合出准确的控制标杆竖直中心线；根据控制标杆的杆体表面分段之间的点云强度差异，拟合出准确的分界线；将分界线水平投影到杆体控制标杆竖直中心面，投影的分界线与控制标杆竖直中心线相交，获得具有准确三维坐标的分段节点。5.根据权利要求1所述的一种使用编码测量杆进行激光扫描变形监测的方法，其特征在于，步骤A3包括以下步骤：步骤A31，计算得出每个分段节点的离地高度；步骤A32，计算扫描仪中心点高度，即将编码测量杆分段节点离地高度减去编码测量杆分段节点在扫描获取的点云中测得的坐标值。6.根据权利要求1所述的一种使用编码测量杆进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄先锋，张帆，尹若捷，
申请(专利权)人：武汉大势智慧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42