【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及精密工程测量，尤其是涉及一种三维激光点云数据精度分析方法。
技术介绍
1、高精度地面三维激光扫描技术因其能够迅速而高效地采集大规模区域内的精确三维数据，在多个领域展现了其显著优势。随着技术进步及其优化，这种技术在精密测绘、工程测量等关键领域的重要性日益增加，为提供精确、可靠的信息支持并促进决策和实际操作的精度发挥了重要作用。
2、地面三维激光扫描技术作为一种高效的空间数据采集手段，其数据精度受到多种内在和外在因素的影响，这些因素共同作用于最终生成的三维点云数据，影响其质量和可用性。三维激光扫描仪的误差来源有：仪器内在误差、环境因素、与被扫描物体有关的影响因素、与操作人员有关的影响因素等。
3、点云精度分析是有高精度需求的变形监测中不可或缺的一环，它直接关系到监测结果的准确性和可靠性，影响监测方案的设计和优化，以及监测数据的广泛应用。变形监测的目的之一是及时发现潜在的安全风险，并采取相应的预防措施。点云精度分析能够识别数据采集和处理过程中可能出现的误差来源，通过减少这些误差来提高变形监测的整体可靠性。随着点云处理技术的不断发展和完善，精度分析将在变形监测中发挥更加重要的作用，为确保工程建筑和地质结构的安全稳定提供坚实的技术支持。
4、利用误差椭球模型精确评估点云数据的精度，需要进一步顾及物体表面特性对扫描仪测距精度的影响，尤其对于不同反射特性的表面点云数据，需要采用统一的分析方法分别建立对应精度评估模型分析数据质量。随着地面三维激光扫描技术在变形监测和工业制造等高精度要求领域的广泛
5、为了解决以上问题，专利号为cn111578862b的中国专利技术专利提出一种地面三维激光扫描仪的点云精度检校装置及方法，包括一种地面三维激光扫描仪的点云精度检校装置，其特征在于，包括：移动载体，所述移动载体上设有旋转部，所述旋转部分别连接用于搭载激光扫描仪的升降部以及用于搭载目标物的扫描仪伸缩部；所述激光扫描仪的扫描角度可调，以检校扫描水平倾角对点云精度的影响；所述目标物方向与激光扫描仪入射方向之间的角度可调，以检校扫描竖直倾角对点云精度的影响。一种地面三维激光扫描仪的点云精度检校方法，其特征在于，包括：确定目标物的目标方位，使得激光扫描仪中心对准目标物；当探究扫描水平倾角对点云精度的影响时，目标物方向不变，调整激光扫描仪的水平入射角度；分别采集不同水平入射角度下的点云信息；当探究扫描竖直倾角对点云精度的影响时，激光扫描仪的水平入射角度不变，改变目标物方向与激光扫描仪入射方向之间的夹角，分别获取不同夹角下的点云信息；当探究扫描距离对点云精度的影响时，激光扫描仪的水平、竖直入射角均保持不变，改变目标物与扫描仪之间的测量距离，分别获取不同距离下的点云信息；当探究颜色对点云精度的影响时，不同目标物固定板上安装的目标物颜色不同，分别采集不同颜色目标物的点云信息；当探究环境对点云精度的影响时，控制移动载体在不同的环境下采集目标物的点云信息。
6、但该专利技术仅考虑目标物的不同颜色，未考虑到不同材质的影响，因此最终结果在精准度方面必然会有所欠缺。
技术实现思路
1、本专利技术主要是解决现有技术难以满足高精度要求的问题，提供了一种三维激光点云数据精度分析方法。
2、本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
3、一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、s1、固定扫描仪位置，获取扫描距离和扫描入射角的点云数据；
5、s2、对步骤s1中获取的点云数据进行平面拟合；
6、s3、通过计算所有点测距残差的均方根误差来评估扫描仪在该扫描设置下的距离测量精度；s4、结合测距误差及仪器的角度测量误差，精确评估点云数据中单点的空间位置精度。
7、作为一种优选方案，在步骤s1中，对于不同反射特性的扫描表面，通过改变被扫描表面的距离和入射角，获取不同扫描距离和不同扫描入射角下的点云数据。
8、作为一种优选方案，具体包括以下步骤：
9、s1.1、以不同扫描表面、扫描距离和扫描入射角的点云数据作为主要研究对象；
10、s1.2、针对不同表面特性的扫描表面，设计多组不同的扫描距离和多组不同的扫描角度；
11、s1.3、分别获取点云数据。
12、作为一种优选方案，在步骤s12中，所述扫描距离不大于60米，所述扫描距离不大于85度。
13、作为一种优选方案，在步骤s1.2中，所述扫描距离不小于5米，所述扫描距离不小于0度。
14、作为一种优选方案，所述不同表面特性的扫描表面包括表面光滑且具有反光性的钢材质表面、表面粗糙且对光线有反射性的白漆表面和表面会影响光线吸收与反射的黄漆表面。
15、作为一种优选方案，所述步骤s3具体包括以下步骤：
16、s3.1、计算每一个点的平面拟合残差；
17、s3.2、结合扫描入射角度计算得到该点的测距残差；
18、s3.3、计算所有点测距残差的均方根误差；
19、s3.4、根据均方根误差来评估扫描仪在该扫描设置下的距离测量精度。
20、作为一种优选方案，所述步骤s4具体包括以下步骤：
21、s4.1、结合测距误差及仪器的角度测量误差，构造每点的空间误差椭球；
22、s4.2、获取各点在特定方向的空间误差；
23、s4.3、精确评估点云数据中单点的空间位置精度。
24、作为一种优选方案，在步骤s4.1中，所述构造每点的空间误差椭球，具体包括以下步骤：
25、s4.1.1、将点云极坐标系转化为笛卡尔坐标系；
26、s4.1.2、对步骤s4.1中的结果进行求全微分，获得单个激光点在笛卡尔坐标系中的协方差矩阵；
27、s4.1.3、将协方差矩阵转化为对角矩阵，进而可以得到点的空间误差椭球。
28、作为一种优选方案，在步骤s4.1.3中，所述将协方差矩阵转化为对角矩阵是通过正交矩阵。
29、因此，本专利技术的优点是：
30、1、本专利技术设计实验获取了钢材质表面、白漆表面和黄漆表面在不同扫描距离和扫描入射角下的点云数据，通过平面模型提取三种材质在不同扫描设置下的测距误差。实验结果表明，在实际应用中，通过选择控制扫描距离和扫描入射角，可以获取对应材质测距精度小于1mm的点云数据。
31、2、本专利技术构建了基于扫描距离和扫描入射角的测距误本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，在步骤S1中，对于不同反射特性的扫描表面，通过改变被扫描表面的距离和入射角，获取不同扫描距离和不同扫描入射角下的点云数据。
3.根据权利要求2所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，在步骤S1.2中，所述扫描距离不大于60米，所述扫描距离不大于85度。
5.根据权利要求3或4所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，在步骤S1.2中，所述扫描距离不小于5米，所述扫描距离不小于0度。
6.根据权利要求3所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，所述不同表面特性的扫描表面包括表面光滑且具有反光性的钢材质表面、表面粗糙且对光线有反射性的白漆表面和表面会影响光线吸收与反射的黄漆表面。
7.根据权利要求1所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，所述步骤S
8.根据权利要求1所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，在步骤S4.1中，所述构造每点的空间误差椭球，具体包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，在步骤S4.1.3中，所述将协方差矩阵转化为对角矩阵是通过正交矩阵。
...【技术特征摘要】
1.一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，在步骤s1中，对于不同反射特性的扫描表面，通过改变被扫描表面的距离和入射角，获取不同扫描距离和不同扫描入射角下的点云数据。
3.根据权利要求2所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，在步骤s1.2中，所述扫描距离不大于60米，所述扫描距离不大于85度。
5.根据权利要求3或4所述的一种三维激光点云数据精度分析方法，其特征在于，在步骤s1.2中，所述扫描距离不小于5米，所述扫描距离不小于0度。
6.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝后安，郑德华，李思远，张雨婷，吴奇，丁国章，黄百子，强军，韩廷凯，谢晋，王磊，
申请(专利权)人：中铁二十四局集团浙江工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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