一种全站仪与三维激光扫描联合的大型海工装备测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大型海工设备竣工测量方法，具体为一种全站仪与三维激光扫描联合的大型海工装备测量方法。
【背景技术】
[0002]大型海洋工业设备由于体积较大，搬运及安装难度很大，很多大型的海工企业为了节省建造成本，将海洋重型装备的制造委托至亚洲国家，制造完成后通过海上运输至项目所在国进行安装。海洋工业装备在经历运输之后会受到很多因素的影响而使其竣工尺寸发生改变，如温度、制造标准、运输过程的扰动变形等。为了在安装前检测设备是否达到设计要求，需要对海工装备进行精确的测量。
[0003]采用三维激光扫描，可以对大型海工装备进行全面、快速的扫描，但是其测量精度由于不同测站的拼接，点云噪声的影响等，测量精度一般为厘米级，并不能保证高精度的测量水平；采用传统的全站仪测量技术虽然具有较高的精度(毫米级)，但其采集的数据为离散型，无法对装备的整体尺寸进行连续描述，且大型的海工装备，由于其结构的复杂性，传统的测量方法往往无法触及较高的隐蔽位置。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有大型海工设备采用传统测量方法存在无法对其隐蔽位置进行测量的问题，提供了一种全站仪与三维激光扫描联合的大型海工装备测量方法。
[0005]本发明是采用如下技术方案实现的:一种全站仪与三维激光扫描联合的大型海工装备测量方法，采取如下步骤:a、围绕大型海工装备布设可测量其所有部位的控制测量点，且任意两相邻控制测量点通视；b、采用高精度水准仪对控制测量点的高程坐标进行测量，并采用全站仪对控制测量点的水平坐标进行测量，得到控制测量点的空间坐标；c、自由设测站架设三维激光扫描仪，并将其标靶均匀分布在测站周围，保证任意两相邻测站之间的同名标靶数量大于3个；d、三维激光扫描仪发出信号，测量标靶及大型海工装备外表面各点与三维激光扫描仪之间的距离，并通过该斜距在空间中的角量关系，计算出标靶及大型海工装备外表面各点的空间坐标；e、全站仪利用控制测量点的空间坐标对同名标靶的空间坐标及大型海工装备焊接点的空间坐标进行测量；f、将标靶及大型海工装备外表面各点的空间坐标和全站仪测得的同名标革E空间坐标导入leica cyclone点云处理软件，三维激光扫描仪将各个测站的点云数据进行基于标靶的点云匹配，并通过修正同名标靶的空间坐标，提高整体点云的匹配精度；g、基于匹配完成后的点云数据，用leica cyclone点云处理软件点选测得大型海工装备隐蔽位置的焊接点。
[0006]点云数据是指标靶及大型海工装备外表面各点的空间坐标，全站仪利用控制测量点的空间坐标对同名标靶的空间坐标及大型海工装备焊接点的空间坐标进行测量的方法为本领域的公知技术。
[0007]本发明通过三维激光扫描后非接触式测量，大范围高密度的采集大型海工装备外形尺寸信息，结合传统的应用全站仪进行精密工程测量，对三维激光扫描获取的焊接点进行校正，克服了现有大型海工设备采用传统测量方法存在无法对其隐蔽位置进行测量的问题。
[0008]控制测量点的高程坐标采用的测量方法是将两支水准标尺分别垂直立在已知高程的控制测量点和转点控制测量点上，整置水准仪于两点之间，照准控制测量点标尺读数，旋转望远镜照准转点控制测量点标尺读数，通过两点的高差即可算出转点控制测量点的高程；控制测量点的水平坐标采用的测量方法是先对上述两点的角度闭合差进行计算和调整，随后推算坐标方位角，然后计算坐标增量及坐标增量闭合差并调整，最后推算其水平坐标，进一步提高了控制测量点空间坐标的测量精度。
[0009]本发明所述的测量方法实现了离散点与连续测量点相互融合的要求，而且大幅度的提高普通三维激光扫描仪的测量精度至毫米级，同时克服了全站仪视野范围有限的问题，获得了大型海工装备各个焊接点的三维坐标，具有操作方便、工艺流程简单且成本低的优点。
【具体实施方式】
[0010]一种全站仪与三维激光扫描联合的大型海工装备测量方法，采取如下步骤:a、围绕大型海工装备布设可测量其所有部位的控制测量点，且任意两相邻控制测量点通视；b、采用高精度水准仪对控制测量点的高程坐标进行测量，并采用全站仪对控制测量点的水平坐标进行测量，得到控制测量点的空间坐标；c、自由设测站架设三维激光扫描仪，并将其标靶均匀分布在测站周围，保证任意两相邻测站之间的同名标靶数量大于3个；d、三维激光扫描仪发出信号，测量标靶及大型海工装备外表面各点与三维激光扫描仪之间的距离，并通过该斜距在空间中的角量关系，计算出标靶及大型海工装备外表面各点的空间坐标；e、全站仪利用控制测量点的空间坐标对同名标靶的空间坐标及大型海工装备焊接点的空间坐标进行测量；f、将标靶及大型海工装备外表面各点的空间坐标和全站仪测得的同名标靶空间坐标导入leica cyclone点云处理软件，三维激光扫描仪将各个测站的点云数据进行基于标靶的点云匹配，并通过修正同名标靶的空间坐标，提高整体点云的匹配精度；g、基于匹配完成后的点云数据，用leica cyclone点云处理软件点选测得大型海工装备隐蔽位置的焊接点。
[0011]控制测量点的高程坐标采用的测量方法是将两支水准标尺分别垂直立在已知高程的控制测量点和转点控制测量点上，整置水准仪于两点之间，照准控制测量点标尺读数，旋转望远镜照准转点控制测量点标尺读数，通过两点的高差即可算出转点控制测量点的高程；控制测量点的水平坐标采用的测量方法是先对上述两点的角度闭合差进行计算和调整，随后推算坐标方位角，然后计算坐标增量及坐标增量闭合差并调整，最后推算其水平坐标。
[0012]具体实施过程中，大型海工装备为一球状丙烷容器(直径约18m)，全站仪的型号为LeicaTS30，高精度水准仪的型号为Leica DNA03，三维激光扫描仪的型号为LeicaHDS6100。
【主权项】
1.一种全站仪与三维激光扫描联合的大型海工装备测量方法，其特征在于:采取如下步骤:a、围绕大型海工装备布设可测量其所有部位的控制测量点，且任意两相邻控制测量点通视山、采用高精度水准仪对控制测量点的高程坐标进行测量，并采用全站仪对控制测量点的水平坐标进行测量，得到控制测量点的空间坐标；c、自由设测站架设三维激光扫描仪，并将其标靶均匀分布在测站周围，保证任意两相邻测站之间的同名标靶数量大于3个；d、三维激光扫描仪发出信号，测量标靶及大型海工装备外表面各点与三维激光扫描仪之间的距离，并通过该斜距在空间中的角量关系，计算出标靶及大型海工装备外表面各点的空间坐标；e、全站仪利用控制测量点的空间坐标对同名标靶及大型海工装备焊接点的空间坐标进行测量；f、将标靶及大型海工装备外表面各点的空间坐标和全站仪测得的同名标靶空间坐标导入leica cyclone点云处理软件，三维激光扫描仪将各个测站的点云数据进行基于标靶的点云匹配，并通过修正同名标靶的空间坐标，提高整体点云的匹配精度；g、基于匹配完成后的点云数据，用leica cyclone点云处理软件点选测得大型海工装备隐蔽位置的焊接点。2.根据权利要求1所述的一种全站仪与三维激光扫描联合的大型海工装备测量方法，其特征在于:控制测量点的高程坐标采用的测量方法是将两支水准标尺分别垂直立在已知高程的控制测量点和转点控制测量点上，整置水准仪于两点之间，照准控制测量点标尺读数，旋转望远镜照准转点控制测量点标尺读数，通过两点的高差即可算出转点控制测量点的高程；控制测量点的水平坐标采用的测量方法是先对上述两点的角度闭合差进行计算和调整，随后推算坐标方位角，然后计算坐标增量及坐标增量闭合差并调整，最后推算其水平坐标。
【专利摘要】本发明具体为一种全站仪与三维激光扫描联合的大型海工装备测量方法，解决了现有大型海工设备采用传统测量方法存在无法对其隐蔽位置进行测量的问题。a、围绕大型海工装备布设控制测量点，且通视；b、测量控制测量点的空间坐标；c、三维激光扫描仪周围设置标靶，保证相邻测站之间的同名标靶数量大于3个；d、三维激光扫描仪计算出点云数据的空间坐标；e、全站仪对同名标靶及大型海工装备焊接点的空间坐标进行测量；f、将点云数据和全站仪测得的同名标靶空间坐标导入点云处理软件，提高整体点云的匹配精度；g、用点云处理软件点选测得大型海工装备隐蔽位置的焊接点。本发明获得了大型海工装备各个焊接点的三维坐标。
【IPC分类】G01B11/00
【公开号】CN104897061
【申请号】CN201510343663
【发明人】廉旭刚, 胡海峰, 陈胜云, 王小华, 郭博婷, 白宇, 张涛
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日