扫描仪坐标系与工程测量坐标系的变换方法
【专利摘要】本发明提供一种扫描仪坐标系与工程测量坐标系的变换方法，步骤是：1)定向标靶中心的工程测量坐标为柔性坐标，其性质是坐标反算的两点之间的长度与对应地表长度成非线性关系，具有柔性性质；地面激光扫描仪获得的点云坐标为刚性坐标，其性质是坐标反算的两点之间平面距离与对应地表长度是相等，具有刚性特征；2)将工程测量坐标即柔性坐标系坐标通过消除距离归算和投影的综合变形，转换成正交的三维直角坐标系坐标，与三维激光扫描坐标系坐标达到一致性；3)建立刚性化点云定向模型，进行定向参数求解；4)扫描站所有点云的工程测量坐标转换计算。本发明能最大限度消除工程测量中归算变形和投影变形等引起的系统误差。
【专利说明】扫描仪坐标系与工程测量坐标系的变换方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种扫描仪坐标系与工程测量坐标系的变换方法，属于工程测量领域。
【背景技术】
[0002]工程对象如大型工程建设设施、一个区域的地形等，是放在工程测量坐标系中进行研究的，为了控制投影变形和归算变形选择，工程坐标系要选择中央子午线和抵偿面，使投影后综合变形小于2.5cm。当用三维激光扫描进行工程测量时，选用高斯投影东坐标为X坐标、北坐标为Y坐标、以正常高为Z坐标，组成3维右手直角坐标系，用3个以上控制点的扫描坐标(X，y, ζ)和工程测量坐标系坐标(X，Y，Ζ)，用(I)式或(2)模型式计算两个坐标系的参数。
【权利要求】
1.一种扫描仪坐标系与工程测量坐标系的变换方法，其特征在于采用以下步骤: 1)定向标靶中心的工程测量坐标为柔性坐标，其性质是坐标反算的两点之间的长度与对应地表长度成非线性关系，具有柔性性质；而地面激光扫描仪获得的点云坐标为刚性坐标，其性质是坐标反算的两点之间平面距离与对应地表长度是相等，具有刚性特征； 2)柔性坐标系的刚性化:将工程测量坐标即柔性坐标系坐标通过消除距离归算和投影的综合变形，转换成正交的三维直角坐标系坐标，与三维激光扫描坐标系坐标达到一致性，减小测量数据所带来的系统误差； 3)建立刚性化点云定向模型，简称为柔性模型，进行定向参数求解； 4)扫描站所有点云的工程测量坐标转换计算。
2.根据权利要求1所述的扫描仪坐标系与工程测量坐标系的变换方法，其特征在于步骤I)中,柔性坐标系相对于刚性坐标系的性质有: ①坐标反算的水平距离S，随着到中央子午线的不同、地形起伏变化呈非线性变化，规律是
其中As表示综合变形，八^是将地面观测的长度归算至参考椭球面产生的归算变形，是高程对长度归算的影响，Hm为控制标靶的平均大地高；△ S2是投影变形，ym表示点到中央子午线的距离，Ay表示标靶与扫描站坐标差，Rm表示扫描站地球曲率半径； ②Z坐标受大地水准曲率和大气垂直折光影响，规律是
其中C为球气差系数，Rm表示扫描站地球曲率半径，S为坐标反算的水平距离，K为扫描站处的大气折光系数，K值为0.08-0.14之间。
3.根据权利要求1所述的扫描仪坐标系与工程测量坐标系的变换方法，其特征在于步骤2)中，利用扫描站在工程测量坐标系的概略坐标，对定向标靶中心相对于扫描站的工程测量坐标进行投影改正和投影改正；利用三角高程测量原理，对正常高进行改正，减小似大地水准面曲率影响和大气折光的影响，改正后刚性坐标为
式中Ji|和:^为扫描站的概略坐标，X和Y为高斯坐标，Ay为扫描站到定向标靶的Y坐标差，Z为正常高；λ扫描站处的长度归算变形和投影变形和的系数即综合变形因子，Hm为控制标靶的平均大地高，如果没有高程异常，平均大地高可用正常高代替，ym是标靶到中央子午线的平均值距离，Rm是扫描站处平均曲率半径，C为大气折光误差和似大地水准面弯曲误差的球气差系数，s为定向标靶到扫描站的水平距离，大气垂直折光系数K值在.0.08-0.14 之间。
4.根据权利要求1所述的扫描仪坐标系与工程测量坐标系的变换方法，其特征在于步骤3)中坐标改正刚性化定向参数求解的数学模型即柔性模型为
用3个以上标靶中心的扫描坐标(X，y, ζ)和工程测量坐标系坐标(X，Y, Ζ)，平差计算出.6个定向参数。
5.根据权利要求1所述的扫描仪坐标系与工程测量坐标系的变换方法，其特征在于步骤4)依据步骤3)确定的定向参数解，按柔性模型计算本站所有扫描点云的刚性化坐标
计算点云的工程测量坐标。
【文档编号】G06F19/00GK104077476SQ201410290545
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】姚吉利, 张大富, 刘科利, 马宁, 贾象阳, 徐广鹏, 李彩林, 郭宝云 申请人:山东理工大学