CC BY
88
УДК 528.5:528.7 А.В. Комиссаров СГГ А, Новосибирск
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО СКАНЕРА RIEGL LMS-Z360
В последнее время при выполнении производственных работ Сибирской государственной геодезической академией широко применяется технология наземного лазерного сканирования с использованием сканера Riegl LMS-Z360, выпускаемого в Австрии. В ходе эксплуатации сканеров, как и любых других геодезических приборов, возникает износ механических узлов [1, 2], поэтому необходимо выполнить исследование факторов, влияющих на точность работы сканера, разработать методику его исследования и периодически выполнять определение точностных характеристик прибора. Для этих целей были проведены экспериментальные исследования:
- Стабильности работы блока лазерного дальномера и угломерных блоков;
- Инструментальной точности определения пространственных координат точек объектов по данным наземного лазерного сканирования;
- Влияния ориентации предмета относительно осей системы координат сканера и количества сканирований на точность определения координат точек объекта.
Исследование стабильности работы блока лазерного дальномера и угломерных блоков сканера. Сущность исследования заключалась в многократном сканировании светоотражающей марки и определении ее полярных координат в системе координат сканера [3]. По полученным данным построен график зависимости измеренного расстояния от времени работы инструмента. По графику было установлено, что перед началом сканирования прибор необходимо прогреть в течении 5-10 минут. По данным, полученным после прогрева сканера, устанавливалась степень стабильности работы блока лазерного дальномера с помощью уравнения прямой:
AR изм = а ■ t. + b, (1)
z z ’ v 7
где ti - время работы сканера с момента начала до i-ого сканирования,
0 , о \
которое определяется выражением t = z ■ t (t - время сканирования марки);
а - коэффициент, который определяет наклон прямой, и в данном случае будет характеризовать степень стабильности работы блока лазерного дальномера;
b - свободный член;
. „ изм ,
AR - отклонение значения измеренного расстояния (среднего на
момент i-ого сканирования) от минимального для участка, где блок дальномера работает наиболее стабильно.
Эксперимент состоял из пятисоткратного сканирования светоотражающей марки при температуре окружающего воздуха 18°С, нормальном давлении и искусственном освещении. Неизвестные а и b в
определены на основе уравнения (1) и результатов 266-кратного сканирования марки по методу наименьших квадратов. Средняя квадратическая ошибка, характеризующая величину случайных ошибок измерения марки, вычислена по формуле:
m =
n
z=1
изм . „выч
і
к
(2)
где AR - находится по формуле (1) после определения параметров а
и b;
к - количество сканирований марки.
Аналогичные уравнения составлены для вертикального и горизонтального углов. Результаты эксперимента приведены в табл. 1.
Таблица 1. Средние квадратические ошибки коэффициентов уравнения
прямой
Характеристики Расстояние Горизонтальный угол Вертикальный угол
Коэффициент а -0,0000026 -0,0000007 -0,0000040
СКО 0,741 мм 4,8" 54,7"
Из практического опыта установлено, что время работы сканера Riegl LMS-Z360 на одной станции составляет не более двух часов. Поэтому на основании данных табл. 1 можно сделать вывод, что систематическими ошибками, вызванными нестабильностью работы отдельных блоков наземного лазерного сканера, за указанный период времени можно пренебречь. Данная степень стабильности работы сканера достигалась после 236 раза сканирования светоотражающей марки, что соответствует приблизительно одному часу 11 минутам.
Исследование точности определения пространственных координат точек объектов сканером Riegl LMS-Z360. Эксперимент заключался в сканировании геометрической фигуры, которую можно описать математически. Для этого была выбрана плоскость. С помощью данного тест-объекта также можно определить влияние ориентации предмета относительно осей системы координат сканера на точность сканерной съемки. Плоскость сканировалась с максимальным горизонтальным (0,01°) и вертикальным (0,004°) разрешением [4] при естественном освещении и нормальном давлении. В процессе экспериментов выполнялось исследование возможности повышения точности результатов путем многократного сканирования. С этой целью тест-объект был отсканирован четыре раза и по средним значениям полученных координат точек определены параметры плоскости по методике, подробно описанной в работе [5]. Результаты экспериментов представлены в табл. 2.
Таблица 2. Средние квадратические и максимальные ошибки отстояния точек
модели объекта от плоскости
Расположение тест-объекта относительно сканирующего луча Ошибки, мм
Средние квадратические Максимальные
Однократное сканирование Четырехкратное сканирование Однократное сканирование Четырехкратн ое сканирование
Перпендикулярно 12 2 65 20
Наклонен относительно оси Z сканера 12 2 72 23
Развернут в горизонтальной плоскости 12 2 63 21
На основе данных в табл. 2 можно сделать выводы:
- Реальная точность измерения расстояний сканером Riegl LMS-Z360 при однократном сканировании составляет 12 мм (при заявленной 6 мм);
- Точность получаемых результатов повышается при многократной
съемке; ошибка измерения расстояний при четырехкратном сканировании
составляет 2 мм;
- Незначительное (в пределах 20°) отклонение объекта от
перпендикулярного положения относительно сканирующего луча не влияет на точность результатов при выполнении съемки сканером Riegl LMS-Z360.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Геодезическое инструментоведение. Д-р-инж. Деймлих Ф. Превод с 4-го
переработанного и дополненного издания. М., изд-во «Недра», 1970, стр. 584.
2. Геодезическое инструментоведение. Литвинов В. А., Лобачев В. М, Воронков Н. М. Изд-во «Недра», 1971, стр. 328.
3. Комиссаров А. В., Комиссаров Д. В. Исследование точности трехмерного лазерного сканера (на примере Riegl LMS Z-360) [Текст]. - Тез. докл. IV-ой Межд. конф. и выст. «Лазерное сканирование и цифровая аэросъемка. Сегодня и завтра» - М. типогр. комп. XPortMedia, 2004г. - 32с.
4. Laser mirror scanner LMS-Z360 technical documentation and users instructions, 2002 Riegl Austria.
5. Комиссаров А. В. Исследование точности наземных лазерных сканеров. Современные проблемы технических наук [Текст]. Сб. тез. докл. Новосиб. межвуз. науч. студен. конф. «Интеллектуальный потенциал Сибири». Ч. 3. - Новосибирск, 2004. - 104 с.
©А.В. Комиссаров, 2005
