[发明专利]基于激光束法区域网平差的多站点云整体定向方法

权利要求书

1.一种基于激光束法区域网平差的多站点云整体定向方法，其特征在于采用以下步骤：

1)每个扫描站布设3个以上标靶，相邻扫描站最少有两个公共标靶，用GNSS或全站仪测定每个标靶中心的工程测量坐标系坐标,将各扫描站和在扫描站上能观测到的球形定向标靶连线，构成区域网；

2)在每个扫描站上对地物进行普通空间分辨率的粗扫描，对球形定向标靶进行高空间分辨率的精扫描，并将每个扫描站上粗扫描和精扫描的点云合并，形成各扫描站原始点云，并建立原始点云的空间索引；

3)获取球形定向标靶表面上的点云，用球面拟合法计算出标靶在各扫描站扫描仪坐标系中的坐标；

4)整理区域网平差信息，这些平差信息包括球形标靶中心工程测量坐标系坐标、扫描仪坐标系坐标、扫描站个数、激光束个数和公共标靶个数，其中激光束是指扫描仪射向球形定向标靶的激光束，公共标靶上的激光束称为同名激光束；

5)每个标靶先列立一组激光束的误差方程，如果该标靶是N个扫描站的公共标靶，则要再列立N-1组约束方程，上述方程构成全区域法方程，用测量平差概括模型统一解算所有扫描站的定向参数；

6)点云定向的精度用内符合精度和外符合精度来评定；

7)将各站点云坐标转换到工程测量坐标系，实现多站点云整体定向。

2.根据权利要求1所述的基于激光束法区域网平差的多站点云整体定向方法，其特征在于：步骤2)中原始点云的空间索引建立为：给点进行编码，编码由8位数字构成，前4位为点云环号，点云环就是由到扫描站距离在一定范围内的点所构成的点云，点云环宽度为1m，大于球形标靶的直径；编码后4位表示扇形区号，扇形区号是将点云环按等距离分区，等距离指的是扇形的内弧的长度与点云环的宽度相等，这样就使离扫描站不同距离的扇形区的大小基本一致。

3.根据权利要求1所述的基于激光束法区域网平差的多站点云整体定向方法，其特征在于：步骤5)中对于单标靶只列1组误差方程，公共标靶先列1组误差方程，再列N-1组约束方程；设S为扫描仪中心，S在工程测量坐标系中的坐标t＝(X_S,Y_S,Z_S)^T，设T为标靶中心，T在工程测量坐标系和扫描坐标系中的坐标分别为M＝(X,Y,Z)和m＝(x,y,z)，设姿态参数构成的旋转矩阵为R，则单标靶可列的误差方程为M＝t+Rm；若上述单标靶是N个扫描站的公共标靶，其约束方程为t₁+R₁m₁＝t₂+R₂m₂＝…＝t_N+R_Nm_N＝M，式中m_i(i＝1,2,…,N)为该公共标靶在N个扫描站扫描坐标系的坐标，t_i(i＝1,2,…,N)和R_i(i＝1,2,…,N)为各扫描站的定位参数和旋转矩阵。

4.根据权利要求1所述的基于激光束法区域网平差的多站点云整体定向方法，其特征在于：步骤6)中的内部符合精度是用扫描站内能观测到标靶的坐标转换误差计算的精度，分为高程内部符合精度和平面内部符合精度，外部符合精度是用各扫描站之间的标靶的坐标转换误差计算的精度，分为高程外部符合精度和平面外部符合精度，其中坐标转换误差指的是用点云定向参数和标靶扫描坐标计算的标靶工程测量坐标与标靶测量的工程测量坐标之差；高程内部符合精度计算公式为式中Δ_Zij为扫描站内的任意两个标靶高程转换误差之差，n是Δ_Zij的个数；平面内部符合精度计算公式为

式中Δ_Xij、Δ_Yij分别表示扫描站内的任意两个标靶X方向和Y方向的坐标转换误差之差，n是Δ_Xij的个数；高程外部符合精度计算公式为

式中Δ_Zij为一个站标靶高程转换误差之差，n是Δ_Xij的个数；平面外部符合精度计算公式为式中Δ_Xi_j、Δ_Yij分别表示某站标靶与其它扫描站标靶在X方向和Y方向的坐标转换误差之差，n是Δ_Xij的个数。