一种组合式水下定位设备的标定方法技术

本发明专利技术属于定位设备标定技术领域，涉及一种组合式水下定位设备的标定方法。该方法包括：S1、建立基于仪器箱的坐标系、基于摄像位移计的坐标系、基于拉线位移计的坐标系；S2、设置参考点、及多个标靶点；S3、用全站仪测量坐标系原点、、及于全站仪坐标系下坐标；用摄像位移计测量于坐标系下坐标；用拉线位移计测量于坐标系下坐标；S4、解算全站仪坐标系向坐标系的转换参数，以将于全站仪坐标系下坐标换算为于坐标系下坐标；S5、建立第一观测方程，解算坐标系向坐标系的转换参数；S6、建立第二观测方程，解算坐标系向坐标系的转换参数。本发明专利技术实现了定位设备的组合式设置及统一标定，提高了标定精度。标定精度。标定精度。

【技术实现步骤摘要】
一种组合式水下定位设备的标定方法


[0001]本专利技术属于定位设备标定
，具体涉及一种组合式水下定位设备的标定方法。

技术介绍

[0002]沉管隧道施工中，常用的水下定位方法有测量塔法、声呐法等；但随着水下作业水深的逐渐增大，这些常规水下定位方法的定位精度逐渐降低，且成本较高。目前，拉线位移计、摄像位移计等新式定位装置已开始出现在沉管隧道施工的水下定位中，如CN216815272U公开的沉管隧道最终接头水下安装定位系统，但这些新式定位装置均独立安装使用，一方面多种定位装置分别安装难度较大、占用空间大、敷设线缆多，另一方面多种定位装置各自单独标定，标定误差较大。

技术实现思路

[0003]针对相关技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种组合式水下定位设备的标定方法，旨在实现多种定位装置的组合式设置以及统一标定，提高组合式水下定位设备的标定精度。
[0004]本专利技术的组合式水下定位设备的标定方法，适用于组合式水下定位设备；组合式水下定位设备包括仪器箱、安装于仪器箱内的摄像位移计和拉线位移计；摄像位移计包括并排设置的两台相机；拉线位移计包括可转动的拉杆、贯穿拉杆且可伸缩的拉线、测定拉线长度的拉线编码器和测定拉线方向的激光测角装置；组合式水下定位设备的标定方法包括以下步骤：S1、分别建立基于仪器箱的坐标系、基于摄像位移计的坐标系、基于拉线位移计的坐标系；将坐标系的原点记作，位于仪器箱顶面的中心，将坐标系的主轴记作轴，轴朝向摄像位移计的拍摄方向；S2、将仪器箱放置于地面上并使其保持水平状态；在轴上间隔设置两个参考点、，将其在坐标系下的坐标分别记作、；沿轴方向间隔设置多个标靶并在每一标靶上布设多个标靶点，对所有标靶点编号并记作，其中，或或
…
或；S3、架设全站仪以测量、、及于全站仪坐标系下的坐标，将其分别记作、、、；利用摄像位移计测量于坐标系下的坐标，将其记作；利用拉线位移计测量于坐标系下的坐标，将其记作；S4、通过、、于全站仪坐标系下的坐标和于坐标系下的坐标，解算全站仪
坐标系向坐标系转换时的全站仪坐标系转换参数；根据全站仪坐标系转换参数，将于全站仪坐标系下的坐标换算为于坐标系下的坐标，将其记作；S5、利用和，建立标靶点的第一观测方程，以解算坐标系向坐标系转换时的摄像位移计坐标系转换参数；S6、利用和，建立标靶点的第二观测方程，以解算坐标系向坐标系转换时的拉线位移计坐标系转换参数。
[0005]上述技术方案，解决了现有技术中多种定位装置独立安装使用、各自单独标定而导致标定误差较大的问题，实现了摄像位移计和拉线位移计的统一标定，提高了标定精度和标定效率，进而能够在工程应用中提高对待测物体的定位精度。
[0006]在其中一些实施例中，在步骤S4中，全站仪坐标系转换参数包括水平方向角和高度转换系数，全站仪坐标系转换参数的解算包括以下步骤：S41、在全站仪坐标系下，将、、的坐标与坐标相减以归置零，得到、、归置零后的新坐标，将其分别记作、、，此时；S42、计算水平方向角，；S43、根据式（1）计算转换到坐标系下的坐标，根据式（2）计算转换到坐标系下的坐标；根据式（3）计算第一高度转换系数和第二高度转换系数；（1）；（2）；（3）。
[0007]在其中一些实施例中，在步骤S4中，全站仪坐标系转换参数的解算包括以下步骤：S44、全站仪坐标系转换精度验证：判断、是否位于范围内，为预设测量容差；判断是否等于、是否等于；判断和是否相等；若三项判断结果均为是，则验证通过；若三项判断结果中任一项为否，则验证未通过，重新架设全站仪测量、、及于全站仪坐标系下的坐标，然后重新执行步骤S4。
[0008]在其中一些实施例中，在步骤S4中，于坐标系下的坐标的解算包括以下步骤：S45、在全站仪坐标系下，将的坐标与坐标相减以归置零，得到归置零后的新坐标，将其记作；S46、根据式（4）计算转换到坐标系下的坐标；（4）。
[0009]在其中一些实施例中，在步骤S1中，将坐标系的原点记作，位于摄像位移计的一相机的摄像中心，将坐标系的主轴记作轴，轴朝向该相机主光轴方向，将坐标系的横轴记作轴，轴朝向摄像位移计的另一相机的摄像中心；在步骤S5中，摄像位移计坐标系转换参数的解算包括以下步骤：S51、建立标靶点的第一观测方程，表示为式（5）；（5）；式（5）中，、、为坐标系与坐标系之间的平移参数；、、为坐标系与坐标系之间的旋转参数；、、为坐标系与坐标系之间三个坐标轴方向的尺度；，为第个标靶点的第一测量改正数；
令，，，，建立所有标靶点的第一观测误差方程，表示为式（6）；（6）；根据最小二乘法平差计算得到坐标系向坐标系转换时的摄像位移计坐标系转换参数，表示为式（7）；（7）。
[0010]在其中一些实施例中，在步骤S5中，摄像位移计坐标系转换参数的解算还包括以下步骤：S52、将摄像位移计坐标系转换参数代入到式（6）中，得到；计算出的标准差；S53、根据三倍标准差法，剔除对应的标靶点数据；若剔除的标靶点数据量超过全部标靶点数据量的，则重新利用摄像位移计测量于坐标系下的坐标，然后重新执行步骤S5；若剔除的标靶点数据量未超过全部标靶点数据量的，则利用其它未被剔除的标靶点数据，重新执行步骤S51，以解算出修正后的摄像位移计坐标系转换参数。
[0011]在其中一些实施例中，在步骤S1中，将坐标系的原点记作，位于拉线位移计的拉杆转动中心，将坐标系的主轴记作轴，轴朝向拉线位移计正前方；在步骤S3中，在拉线位移计的测量数据中，为拉线编码器的读数，和分别为激光测角装置中光斑相机拍摄的激光光点于相片上像素点的横向位置和竖向位置；在步骤S6中，拉线位移计坐标系转换参数的解算包括以下步骤：
S61、拉线位移计测量数据规正所需参数的计算，具体包括：S611、在坐标系下，量取拉杆转动中心与坐标系原点之间的坐标差，该坐标差为常数，记作；S612、分别在拉线未拉出和最长拉出状态下读取拉线编码器的读数、，同时用卷尺量取拉线的拉出距离；根据式（8）计算拉线尺度；（8）；S613、在拉线未拉出时，量取拉杆转动中心至拉线的拉环内侧的距离；根据式（9）计算拉线读数常数；（9）；S614、将拉线拉出至接近最长距离，调准拉线方向使其与坐标系的轴保持平行，读取激光光点于相片上像素点的横向位置和纵向位置的读数，分别记作光线中心位置常数和；S615、在一标靶上选择同一水平位置上的两个水平标靶点，将该两个水平标靶点的间距记作，将拉杆转动中心到该标靶中心的距离记作，根据式（10）计算该两个水平标靶点处拉线的夹角；利用拉线位移计读取拉线位于该两个水平标靶点时的光斑相机读数，相减得到读数差，将光斑相机焦距记作、像素点大小记作，根据式（11）计算对应该读数差的夹角；然后根据式（12）计算横向张角系数；在该标靶上选择同一竖直位置上的两个竖直标靶点，将该两个竖直标靶点的间距记作，根据式（13）计算该两个竖直标靶点处拉线的夹角；利用拉线位移计读取拉线位于该两个竖直标靶点时的光斑相机读数，相减得到读数差，根据式（14）计算对应该读数差的夹角；然后根据式（15）计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合式水下定位设备的标定方法，其特征在于，所述组合式水下定位设备包括仪器箱、安装于所述仪器箱内的摄像位移计和拉线位移计；所述摄像位移计包括并排设置的两台相机；所述拉线位移计包括可转动的拉杆、贯穿所述拉杆且可伸缩的拉线、测定所述拉线长度的拉线编码器和测定所述拉线方向的激光测角装置；所述组合式水下定位设备的标定方法包括以下步骤：S1、分别建立基于所述仪器箱的坐标系、基于所述摄像位移计的坐标系、基于所述拉线位移计的坐标系；将坐标系的原点记作，位于仪器箱顶面的中心，将坐标系的主轴记作轴，轴朝向摄像位移计的拍摄方向；S2、将所述仪器箱放置于地面上并使其保持水平状态；在轴上间隔设置两个参考点、，将其在坐标系下的坐标分别记作、；沿轴方向间隔设置多个标靶并在每一标靶上布设多个标靶点，对所有所述标靶点编号并记作，其中，或或
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或；S3、架设全站仪以测量、、及于全站仪坐标系下的坐标，将其分别记作、、、；利用摄像位移计测量于坐标系下的坐标，将其记作；利用拉线位移计测量于坐标系下的坐标，将其记作；S4、通过、、于全站仪坐标系下的坐标和于坐标系下的坐标，解算全站仪坐标系向坐标系转换时的全站仪坐标系转换参数；根据所述全站仪坐标系转换参数，将于全站仪坐标系下的坐标换算为于坐标系下的坐标，将其记作；S5、利用和，建立标靶点的第一观测方程，以解算坐标系向坐标系转换时的摄像位移计坐标系转换参数；S6、利用和，建立标靶点的第二观测方程，以解算坐标系向坐标系转换时的拉线位移计坐标系转换参数。2.根据权利要求1所述的组合式水下定位设备的标定方法，其特征在于，在步骤S4中，所述全站仪坐标系转换参数包括水平方向角和高度转换系数，全站仪坐标系转换参数的解算包括以下步骤：S41、在全站仪坐标系下，将、、的坐标与坐标相减以归置零，得到、、归置零后的新坐标，将其分别记作、、，此时；
S42、计算水平方向角，；S43、根据式（1）计算转换到坐标系下的坐标，根据式（2）计算转换到坐标系下的坐标；根据式（3）计算第一高度转换系数和第二高度转换系数；（1）；（2）；（3）。3.根据权利要求2所述的组合式水下定位设备的标定方法，其特征在于，在步骤S4中，所述全站仪坐标系转换参数的解算包括以下步骤：S44、全站仪坐标系转换精度验证：判断、是否位于范围内，为预设测量容差；判断是否等于、是否等于；判断和是否相等；若三项判断结果均为是，则验证通过；若三项判断结果中任一项为否，则验证未通过，重新架设全站仪测量、、及于全站仪坐标系下的坐标，然后重新执行步骤S4。4.根据权利要求3所述的组合式水下定位设备的标定方法，其特征在于，在步骤S4中，于坐标系下的坐标的解算包括以下步骤：S45、在全站仪坐标系下，将的坐标与坐标相减以归置零，得到归置零后的新坐标，将其记作；S46、根据式（4）计算转换到坐标系下的坐标；（4）。5.根据权利要求4所述的组合式水下定位设备的标定方法，其特征在于，在步骤S1中，将坐标系的原点记作，位于摄像位移计的一相机的摄像中心，将坐标系的主轴记作轴，轴朝向该相机主光轴方向，将坐标系的横轴记作轴，轴朝向摄像位移计的另一相机的摄像中心；在步骤S5中，摄像位移计坐标系转换参数的解算包括以下步骤：S51、建立标靶点的第一观测方程，表示为式（5）；
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（5）；式（5）中，、、为坐标系与坐标系之间的平移参数；、、为坐标系与坐标系之间的旋转参数；、、为坐标系与坐标系之间三个坐标轴方向的尺度；，为第个标靶点的第一测量改正数；令，，，，建立所有标靶点的第一观测误差方程，表示为式（6）；（6）；根据最小二乘法平差计算得到坐标系向坐标系转换时的摄像位移计坐标系转换参数,表示为式（7）；（7）。6.根据权利要求5所述的组合式水下定位设备的标定方法，其特征在于，在步骤S5中，
摄像位移计坐标系转换参数的解算还包括以下步骤：S52、将摄像位移计坐标系转换参数代入到式（6）中，得到；计算出的标准差；S53、根据三倍标准差法，剔除对应的标靶点数据；若剔除的标靶点数据量超过全部标靶点数据量的，则重新利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨润来，锁旭宏，李允良，张乃受，成益品，管泽旭，王强，宁进进，于博，宋智强，安鸣赞，
申请(专利权)人：中交一航局第二工程有限公司人工智能与数字经济广东省实验室深圳，
类型：发明
国别省市：