Подвижные сканерные системы предназначены для съемки протяженных объектов, таких как улицы городов, тоннели, береговая линия и т.д

Подвижные сканерные системы.

На рис.9 показаны некоторые примеры подвижных сканерных систем.

Рис.9

Подвижная сканерная система состоит из одного или нескольких сканеров, GPS – приемника и инерциальной геодезической системы INS. Все эти элементы жестко закреплены на платформе, которая устанавливается на носитель (автомобиль, катер и др.).

Очевидно, что во время сканирования положение и ориентация самого сканера (системы координат сканера SX’Y’Z’) будут непрерывно изменяться за счет движения носителя, т.е. в каждый момент времени у сканера будут свои элементы внешнего ориентирования. Для определения этих элементов и служат GPS-приемник (определяет линейные элементы внешнего ориентирования сканера X_SY_SZ_S) и инерциальная система INS (определяет угловые элементы внешнего ориентирования сканера αωκ и линейные совместно с GPS), входящие в комплект подвижной сканерной системы. Кроме того, для точного определения координат точек объекта в системе координат объекта необходимо знать взаимное положение всех элементов системы (GPS, INS и сканера), которое определяется в результате калибровки системы.

Получим формулы для вычисления координат точек объекта, по результатам съемки с помощью подвижной сканерной системы. Для этого рассмотрим рис.10.

Рис.10

На этом рисунке: OXYZ – система координат объекта; SX’Y’Z’ – система координат сканера; R_M и R – вектора, определяющие положение точки объекта М в системе координат объекта и сканера соответственно; R_GPS – вектор, характеризующий положение фазового центра O_GPS антенны GPS; С – вектор, определяющий положение начала системы координат сканера относительно центра антенны GPS.

Из рис.10 следует, что

(9)

Уравнение (9) справедливо, если все векторы входящие в него заданы в единой системе координат объекта, поэтому выражение (9) можно записать:

(10)

или в координатной форме:

, (11)

Где X_GPSY_GPSZ_GPS – координаты центра антенны GPS- приемника, которые измеряются с помощью этого приемника; А – матрица поворота элементы которой зависят от угловых элементов внешнего ориентирования сканера αωκ, измеряемых с помощью инерциальной системы INS; A_C – матрица поворота, определяющая взаимную угловую ориентацию систем координат сканера и инерциальной геодезической системы (углы ∆α,∆ω,∆κ); - координаты вектора C в системе координат сканера; - измеренныекоординаты точки объекта в системе координат сканера.

В уравнениях (11) величины и A_C являются постоянными (их часто называют параметрами редукции) для данной подвижной сканерной системы и определяются в результате калибровки системы. Калибровка выполняется по тест-объекту, который представляет из себя набор маркированных точек с известными координатами в системе координат объекта. Этот тест-объект сканируется при неподвижном положении сканерной системы. В результате имеем координаты всех точек тест объекта. Кроме того, фиксируются X_GPSY_GPSZ_GPS и αωκ, при которых выполнялось сканирование. Таким образом, в уравнениях (11) неизвестными являются 6 параметров редукции: , ∆α,∆ω,∆κ. Одна опорная точка дает три уравнения с 6 неизвестными, поэтому минимальное число опорных точек равно 2, однако в этом случае может возникнуть неопределенность в определении угловых элементов. Поэтому минимальным числом опорных точек следует считать 3, не лежащих на одной прямой. Естественно, лучше иметь больше опорных точек, разнесенных по площади. Задача решается используя все точки тест-объекта по способу наименьших квадратов. В результате имеем параметры редукции, которые используются при реальной съемке объекта.

На рис.11 показаны примеры съемок, выполненных подвижной сканерной системой.

Рис.11

Принципиальная схема и технические характеристики трехмерных лазерных сканеров

На рис. 12 показана, в качестве примера, принципиальная схема и общий вид трехмерного лазерного сканера LMS-Z420 фирмы RIEGL.

Рис.12

Здесь 1 - Лазерный дальномер.

2 – Лазерный луч.

3 – Вращающаяся зеркальная призма.

4 – Вращающаяся оптическая головная часть.

5 – Кабель передачи данных на LPT порт PC.

6 – Персональный компьютер (PC)

7 – Программное обеспечение.

q – Вертикальный угол поля зрения.

Данный сканер позволяет выполнять съемку с расстояниями до объекта от 2м до 1000м со следующими углами поля зрения: вертикальный – 80^o, горизонтальный – 360^o. При этом величина углового шага сканирования Dj и Dn может достигать 0,01^о, с точностью измерения углов 0,002^о. Длины линий измеряются с точностью 10-20мм (в зависимости от расстояния). Скорость выполнения измерений – до 9000 точек в секунду.

На рис.13 показаны некоторые примеры наиболее распространенных наземных лазерных сканеров а в таблице 1 их характеристики.

Таблица 1

	Riegl	Leica	Trimbl	Z+F	Optech
	LMS-Z210i	LMS-Z360i	LMS-Z420i	HD	HD	HD	GS	Imager	Ilris 3D
Измеряемые расстояния (m)	4 - 650	1 - 200	2 - 800	1.5 -100	1-100	1-53.5		1-25.2
Поле зрения: - горизонтальное - вертикальное	360^o 80^o	360^o 90^o	360^o 80^o	40^o 40^o	360^o 270^o	360^o 310^o	360^o 60^o	360^o 310^o	40^o 40^o
Угловые интервалы	0.01^o	0.01^o	0.004^o	0.0034^о	0.018^о	0.020^о	0.0018^o	0.01^o
Угловая точность	0.005^o	0.002^o	0.002^o	0.0003	0.0034^о	0.01^о	0.0018^o	0.002^o
Линейная точность (для расстояния 50 m)	15 mm	6 mm	5 mm	4 mm	4 mm	3 mm	3 mm	3 mm	3 mm
Скорость сканирования (точек в секунду)

Рис.13

Дата добавления: 2015-06-27