CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标的制作方法

本实用新型涉及城市轨道交通移动三维扫描检测领域，特别是涉及一种用于移动三维扫描系统在GPS信号失锁的情况下，辅助移动三维扫描系统进行航迹线纠正的CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标。

背景技术：

移动三维激光扫描技术是指在移动载体上集成全球卫星导航系统(GPS)、惯性导航系统(IMU)、激光扫描仪、数码相机、数码摄像机等多种传感器的综合测量检测技术。各类型传感器在移动状态下自动采集各种位置、姿态、影像和激光扫描数据，通过统一的地理参考和点云数据处理，实现无接触式的空间地理信息采集、处理与入库。在作业过程中，将集成的三维激光扫描系统搭载在轨道车上(或安装在汽车上，并将汽车开上平板车)，通过载体的移动，快速采集铁路两侧几十至几百米范围内海量点云和影像数据。通过地面GNSS基站、地面控制点、移动GNSS、IMU和激光扫描仪数据的联合平差，计算得到高精度三维激光点云数据。通过对三维点云的分析，可以提取铁路轨道及线路中线信息，并在此基础上实现对地铁的检测，包括线间距和横纵断面测量、限界监测、工务和电务设施的定位、极坐标测量、构筑物净高净空测量、铁路两侧一定范围内的地形测量等，具有非常广泛的用途。总体来说，该技术的作业效率、相对精度、系统自动化程度相对于传统方法来说非常高。

在进行地铁检测时，移动三维激光扫描系统依靠GPS与IMU联合进行精确定位。但是在隧道内部，GPS无法接收信号，只能依靠IMU进行定位。随着GPS失锁时间不断增加，IMU的陀螺仪不断产生漂移，导致移动三维激光扫描系统精度不断下降，使三维点云数据的精度降低。为了满足地铁检测的精度要求，必须在隧道内部布设扫描靶标，通过扫描靶标的坐标在后期数据处理阶段修正移动三维激光扫描系统的航迹线数据，来对三维点云的坐标进行修正，最终获取精度满足检测要求的三维点云。

布设扫描靶标有两个重要问题：布设方式和靶标坐标测量。扫描靶标传统的布设方法是以刷油漆或贴A4纸的方式直接布设在测区周围，优点是布设方式简单，成本低；缺点是靶标无法长久保存，易被破坏，不能重复利用，辨识度及精度不高。传统的扫描靶标坐标测量方式是先通过导线测量的方式在测区进行靶标坐标测量，测量出各个导线点的坐标，然后通过导线点测量靶标的坐标，该靶标坐标测量方式技术难度大，测量精度难以控制，工作量非常大，需要的人员和仪器非常多。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种易于布设、可重复利用、辨识度及精度高且无需进行靶标坐标测量的供移动三维扫描系统在进行城市轨道交通及高速铁路三维扫描过程中进行定位的扫描靶标。

CPⅢ网为轨道控制网，主要为地铁和高速铁路的轨道铺设和运营维护提供控制基准。CPⅢ网由线路两边的CPⅢ点构成，一般顺线路方向每60米左右布设一对，并基于线路平面控制网(CPⅡ网)通过导线测量的方式进行其坐标测量。CPⅢ网的优点是精度高、密度大，且为强制归心，对中误差小，非常适合作为轨道精密测量的基准网。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标，包括转换接头、靶标连接孔、靶标支架、靶标面松紧调节器、切换卡槽、靶标轴和靶标面。所述靶标支架呈Y形，上部形成圆弧形凹陷，用于容纳圆形的所述靶标面，下部形成所述靶标连接孔，所述转换接头的一端与地铁线路两侧的CPⅢ预埋套管相连接，另一端与靶标连接孔螺纹连接；所述靶标面安装在所述靶标轴上，靶标轴的两端安装在所述靶标支架上，靶标面的正面为黑白靶标，反面贴有3M反射贴纸，能够被不同型号的扫描仪所识别；所述切换卡槽在Y形的靶标支架的上部两端各形成一个，切换卡槽的长度大于靶标轴的直径，靶标轴的两端从两个切换卡槽穿过并通过所述靶标面松紧调节器固定。

所述靶标面松紧调节器与靶标轴螺纹连接，松开靶标面松紧调节器后，能够将靶标面翻转，即：以靶标轴为轴心旋转360°。

所述靶标支架3为铝合金支架。所述转换接头1通过精密加工，口径误差小鱼0.1mm，保证了CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标在CPⅢ点安装上的竖直度。

本实用新型的CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标布设方式简单、可操作性强，模块化设计使靶标布设后精度高。最关键的是，其布设后无需进行靶标坐标测量，能节约大量的工作量，优势非常明显。

附图说明

图1为CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标的结构示意图；

图2a、2b为图1中测量靶标的正反面结构示意图；

图3为CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型的结构进行详细说明。

参见图1-图3，本实用新型的CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标包括：转换接头1、靶标连接孔2、靶标支架3、靶标面松紧调节器4、靶标正反面切换器5、靶标轴6和靶标面7。

CPⅢ转换接头1一端与地铁线路两侧的CPⅢ预埋套管相连接，另一端与靶标连接孔2螺纹连接。CPⅢ转换接头1通过精密加工，口径误差小于0.1mm，能够非常贴合地插入CPⅢ预埋套管中，保证了CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标在CPⅢ点安装的竖直度。

靶标面7正面为黑白靶标8，反面为3M反射贴纸9，能够被不同型号的扫描仪所识别；需要时，靶标面7可以以靶标轴6为轴心做360°旋转。通过转换接头1将靶标面7和CPⅢ预埋套管连接后，靶标面7的中心10即为CPⅢ点，则靶标面7中心的坐标即为CPⅢ点的坐标，因此可以直接用于移动扫描设备的定位。

靶标支架3用于固定靶标轴6，靶标支架3可以由铝合金制成，以便在保持靶标坚固性的前提下最大程度地减轻靶标的重量。

靶标面松紧调节器4安装在靶标支架3上，它由松紧螺丝或其它合适的部件与靶标轴6相连，将其拧紧就可以防止靶标轴6转动，拧松就可以使靶标轴6继续转动。因此，该调节器可以使靶标面7旋转至任意姿态并进行固定，并且能防止靶标面7因为气流等原因在测量的过程中发生旋转。

由于靶标面7有正反两面，因此，可分别对应不同的扫描设备。但是由于靶标面7有一定的厚度，在正面转换为反面后，反面中心的点将不再和CPⅢ点中心重合。但是通过切换卡槽5可以轻松地在卡槽中调节靶标面7与靶标轴6的相对位置，从而使反面中心的点调整至于CPⅢ点中心，完成强制归心。

该靶标结构简单、操作方便。在移动三维扫描测量过程中，通过强制归心的方式直接将CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标布设到CPⅢ控制网中，优势明显；在靶标布设效率方面，该靶标的布设无需外业测量，免除了联系测量、导线测量等一系列测量过程。比如布设1km隧道的靶标，布设CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标只需要1个人工作1个小时即可完成，但是传统方法布设需要3个人1个小时，测量需要3个人2天，相当于布设CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标的效率约为传统方法的150倍；而且靶标的对中精度和相对精度都非常高，其对中误差几乎为0，相对精度优于1mm；而传统方法测量靶标不仅在测量时对中误差大于1mm，且在隧道中进行导线测量时，导线点本身的相对误差就可能达到20-50mm，因此相比于传统靶标的布设精度至少能够提高20-50倍。同时CPⅢ式快速移动三维扫描测量靶标在移动三维扫描测量完成后可以回收并可在其他线路上重复使用，极大降低了布设成本，而且后期几乎没有任何维护费用。