掃描儀坐標(biāo)系與工程測量坐標(biāo)系的變換方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種掃描儀坐標(biāo)系與工程測量坐標(biāo)系的變換方法，步驟是：1)定向標(biāo)靶中心的工程測量坐標(biāo)為柔性坐標(biāo)，其性質(zhì)是坐標(biāo)反算的兩點(diǎn)之間的長度與對應(yīng)地表長度成非線性關(guān)系，具有柔性性質(zhì)；地面激光掃描儀獲得的點(diǎn)云坐標(biāo)為剛性坐標(biāo)，其性質(zhì)是坐標(biāo)反算的兩點(diǎn)之間平面距離與對應(yīng)地表長度是相等，具有剛性特征；2)將工程測量坐標(biāo)即柔性坐標(biāo)系坐標(biāo)通過消除距離歸算和投影的綜合變形，轉(zhuǎn)換成正交的三維直角坐標(biāo)系坐標(biāo)，與三維激光掃描坐標(biāo)系坐標(biāo)達(dá)到一致性；3)建立剛性化點(diǎn)云定向模型，進(jìn)行定向參數(shù)求解；4)掃描站所有點(diǎn)云的工程測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算。本發(fā)明能最大限度消除工程測量中歸算變形和投影變形等引起的系統(tǒng)誤差。
【專利說明】掃描儀坐標(biāo)系與工程測量坐標(biāo)系的變換方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種掃描儀坐標(biāo)系與工程測量坐標(biāo)系的變換方法，屬于工程測量領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]工程對象如大型工程建設(shè)設(shè)施、一個(gè)區(qū)域的地形等，是放在工程測量坐標(biāo)系中進(jìn)行研究的，為了控制投影變形和歸算變形選擇，工程坐標(biāo)系要選擇中央子午線和抵償面，使投影后綜合變形小于2.5cm。當(dāng)用三維激光掃描進(jìn)行工程測量時(shí)，選用高斯投影東坐標(biāo)為X坐標(biāo)、北坐標(biāo)為Y坐標(biāo)、以正常高為Z坐標(biāo)，組成3維右手直角坐標(biāo)系，用3個(gè)以上控制點(diǎn)的掃描坐標(biāo)(X，y, ζ)和工程測量坐標(biāo)系坐標(biāo)(X，Y，Ζ)，用(I)式或(2)模型式計(jì)算兩個(gè)坐標(biāo)系的參數(shù)。

【權(quán)利要求】
1.一種掃描儀坐標(biāo)系與工程測量坐標(biāo)系的變換方法，其特征在于采用以下步驟: 1)定向標(biāo)靶中心的工程測量坐標(biāo)為柔性坐標(biāo)，其性質(zhì)是坐標(biāo)反算的兩點(diǎn)之間的長度與對應(yīng)地表長度成非線性關(guān)系，具有柔性性質(zhì)；而地面激光掃描儀獲得的點(diǎn)云坐標(biāo)為剛性坐標(biāo)，其性質(zhì)是坐標(biāo)反算的兩點(diǎn)之間平面距離與對應(yīng)地表長度是相等，具有剛性特征； 2)柔性坐標(biāo)系的剛性化:將工程測量坐標(biāo)即柔性坐標(biāo)系坐標(biāo)通過消除距離歸算和投影的綜合變形，轉(zhuǎn)換成正交的三維直角坐標(biāo)系坐標(biāo)，與三維激光掃描坐標(biāo)系坐標(biāo)達(dá)到一致性，減小測量數(shù)據(jù)所帶來的系統(tǒng)誤差； 3)建立剛性化點(diǎn)云定向模型，簡稱為柔性模型，進(jìn)行定向參數(shù)求解； 4)掃描站所有點(diǎn)云的工程測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描儀坐標(biāo)系與工程測量坐標(biāo)系的變換方法，其特征在于步驟I)中,柔性坐標(biāo)系相對于剛性坐標(biāo)系的性質(zhì)有: ①坐標(biāo)反算的水平距離S，隨著到中央子午線的不同、地形起伏變化呈非線性變化，規(guī)律是
其中As表示綜合變形，八^是將地面觀測的長度歸算至參考橢球面產(chǎn)生的歸算變形，是高程對長度歸算的影響，Hm為控制標(biāo)靶的平均大地高；△ S2是投影變形，ym表示點(diǎn)到中央子午線的距離，Ay表示標(biāo)靶與掃描站坐標(biāo)差，Rm表示掃描站地球曲率半徑； ②Z坐標(biāo)受大地水準(zhǔn)曲率和大氣垂直折光影響，規(guī)律是
其中C為球氣差系數(shù)，Rm表示掃描站地球曲率半徑，S為坐標(biāo)反算的水平距離，K為掃描站處的大氣折光系數(shù)，K值為0.08-0.14之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描儀坐標(biāo)系與工程測量坐標(biāo)系的變換方法，其特征在于步驟2)中，利用掃描站在工程測量坐標(biāo)系的概略坐標(biāo)，對定向標(biāo)靶中心相對于掃描站的工程測量坐標(biāo)進(jìn)行投影改正和投影改正；利用三角高程測量原理，對正常高進(jìn)行改正，減小似大地水準(zhǔn)面曲率影響和大氣折光的影響，改正后剛性坐標(biāo)為
式中Ji|和:^為掃描站的概略坐標(biāo)，X和Y為高斯坐標(biāo)，Ay為掃描站到定向標(biāo)靶的Y坐標(biāo)差，Z為正常高；λ掃描站處的長度歸算變形和投影變形和的系數(shù)即綜合變形因子，Hm為控制標(biāo)靶的平均大地高，如果沒有高程異常，平均大地高可用正常高代替，ym是標(biāo)靶到中央子午線的平均值距離，Rm是掃描站處平均曲率半徑，C為大氣折光誤差和似大地水準(zhǔn)面彎曲誤差的球氣差系數(shù)，s為定向標(biāo)靶到掃描站的水平距離，大氣垂直折光系數(shù)K值在.0.08-0.14 之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描儀坐標(biāo)系與工程測量坐標(biāo)系的變換方法，其特征在于步驟3)中坐標(biāo)改正剛性化定向參數(shù)求解的數(shù)學(xué)模型即柔性模型為
用3個(gè)以上標(biāo)靶中心的掃描坐標(biāo)(X，y, ζ)和工程測量坐標(biāo)系坐標(biāo)(X，Y, Ζ)，平差計(jì)算出.6個(gè)定向參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描儀坐標(biāo)系與工程測量坐標(biāo)系的變換方法，其特征在于步驟4)依據(jù)步驟3)確定的定向參數(shù)解，按柔性模型計(jì)算本站所有掃描點(diǎn)云的剛性化坐標(biāo)
計(jì)算點(diǎn)云的工程測量坐標(biāo)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104077476SQ201410290545
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】姚吉利, 張大富, 劉科利, 馬寧, 賈象陽, 徐廣鵬, 李彩林, 郭寶云 申請人:山東理工大學(xué)