[发明专利]线性拟合地面扫描点云整体定向方法

说明书

技术领域

本发明提供一种线性拟合地面扫描点云整体定向方法，属于工程测量领域。 

背景技术

地面三维激光扫描仪扫描速度越来越快，由早期的0.5万点/秒提高到100万点/秒，每天在野外扫描的站数可达50站甚至上百站，如何快速将扫描设备坐标系中的点云转换到工程指定的测量坐标系则成为一个关键技术。确定扫描时设备在工程测量坐标系的位置点和姿态的过程称为点云定向，也就是确定扫描设备坐标系与工程测量坐标系的坐标转换参数的过程。点云定向是三维建模、地形测量等后续工作的基础，没有快速准确的点云定向，扫描数据处理将滞后于野外测量，点云定向依然是三维激光扫描技术亟待解决的瓶颈。对于小范围地形扫描，用点云拼接方法将多站点云先统一到一个坐标系中(目前多数软件都能实现自动拼接，但精度不高)，然后用3个以上的控制点，将拼接后点云坐标转换到工程测量坐标系中，然而对于每站扫描的2000万以上的点(2分钟点云采集数量)，内存为2G的普通计算机只能拼接2站数据，在实际的测绘中不能用先拼接后转换方法实现点云定向。目前对于大型建筑物、地形测量的扫描点云定向方法，国内外大部分用独立模型法进行点云定向，还有少数采用约束条件，如对大物体扫描一周，产生闭合条件(张剑清等)、在相邻站布设连接标靶提高拼接精度。独立模型法定向相对于连续拼接(ICP法)精度较高、标靶分布合理、容易操作，但有以下几点不足：①外业工作量大。②用相邻各站参数计算的其公共标靶中心的坐标相互有差异，是相互矛盾的，理论上是不严密的。③各站精度不均匀，差异较大，精度评价时缺乏整体说服力。现有独立模型数学模型为 

XYZ=XSYSZS+Rxyz,R=a1a2a3b1b2b3c1c2c3]]>

这是一个非线性方程，平差时未知数参数选择有三种情况：(1)以3个平移量3个旋转角为平差参数进行间接平差。(2)以3个平移量和旋转矩阵R中的9个元素为平差参数按附有限制条件的间接平差计算坐标转换参数。(3)以3个平移量和反对称矩阵3个元素为平差参数进行间接平差。以上3种平差方法均需求解平差参数近似值，然后线性求解。