專利名稱：模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法及所用的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于測繪學領域，具體涉及到一種用于地面機械模擬試驗內場地表面形貌的測量方法及裝置。
背景技術：
登月用的地面機械涉及到觸土部件與土壤的運動學及動力學關系，為了研究分析觸土部件的性能，優(yōu)化其參數(shù)，需要在模擬試驗場內進行模擬試驗。模擬試驗場地由各種成分的土壤構成，根據需要將場地內的土壤整備成各種形貌。形貌整備過程中需要測量形貌特征點的幾何參數(shù)，整備完成后需要檢驗形貌幾何參數(shù)的確定性，這些工作都需要精確快速的測量方法與裝置。試驗場地內的模擬土壤是易變形狀態(tài)，與其表面的任何接觸都會破壞其原有的力學性能。因此對模擬月壤表面形貌的測量，必須采用非接觸式測量技術。激光測距儀是新型的非接觸式測量儀器，具有精度高、效率高、操作方便的特點。然而單臺激光測距儀只能完成兩點間距離的測量，無法測量點的三維坐標。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種可以快速準確地完成試驗場地表面特征點的非接觸三維坐標測量的模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法所用的裝置。本發(fā)明的原理是通過測量已知坐標的空間三點到被測量點的距離，計算出被測點的三維坐標。如圖1所示，圖中設PA = La ；PB = Lb ;PC = Lc分別為激光測距儀測得的對應感光點至被測點長度，設A點為坐標原點，A、B、C高度相同(Z1 = & = & = H)。已知坐標 A (OOH)，B (XB Yb H)，C (Xc Yc H)，求被測 P (X、Y、Z)點坐標，X、Y、Z。根據空間距離計算公式可得空間點P的位置坐標為X = (Xb2+Yb2+La2_Lb2) / 2Xb- (XcYbLb2-XcYbLa2-Xb2XcYb-XcYb3+XbXc2Yb+XbYbYc2+XbYbLa2-XbYb Lc2) / (2XB2YC-2XBYBXC)Y = (XcLb2-XcLa2-XcXb2-XcYb2+XbXc2+XbYc2-XbLc2+XbLa2) / (2XbYc-2YbXc)Z根據被測點位置有兩個解Z = H+E (P高于激光測距儀高度)或Z = H-E (P低于激光測距儀高度)其中，E = [La2- (Xb4+Xb2Yb2+Yb4+2Xb2La2+2Yb2La2-2Xb2Lb2-2Yb2Lb2+La4-2La2Lb2+Lb4) /4Xb2+ [XcYb ( Lb2-La2-Xb2-Yb2) (Xb2+Yb2+La2_Lb2) +XbYb (Xc2+Yc2+La2_LC2) (Xb2+Yb2+LA2_Lb2) ] / (2XB3YC-2XB2YBXC)" (Xc Υβ“2_Χ。Υβ[α2_Χ。ΥβΧβ2_Χ。ΥβYb2+XbYbXc2+XbYbY。2+XbYbLa2-XbYbLc2) V4/ (Xb2Yc-XbYbXc) 2~ (XCLB2-XCLA2_X ￠: 2- Yb2+XbXc2+Xb Y。2+XbLa2_XbLc2) 2 / 4/ (XBYC_YBXC) 2]。■ 50本發(fā)明之模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法是利用三臺激光測距儀分別測量三個已知點到被測點的距離，三個已知點到被測點的距離數(shù)據輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計算出被測點的三維坐標，通過測量各種幾何形貌的特征點坐標，中央處理器CPU計算出被測表面形貌的幾何參數(shù)。如通過測量坡面上不在同一條直線的三個點的三維坐標，中央處理器CPU計算出坡面的角度；通過測量圓周上三個點的坐標，確定圓心坐標。本發(fā)明之模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法所用的裝置是由三臺激光測距儀、三個電動云臺、三個支架和中央處理器CPU組成，激光測距儀通過電動云臺設置在支架上，電動云臺由中央處理器CPU控制運動，三臺激光測距儀測量的三個已知點到被測點的距離數(shù)據輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計算出被測點的三維坐標，通過測量各種幾何形貌的特征點坐標，中央處理器CPU計算出被測表面形貌的幾何參數(shù)。如通過測量坡面上不在同一條直線的三個點的三維坐標，中央處理器CPU計算出坡面的角度；通過測量圓周上三個點的坐標，確定圓心坐標，通過給定某點的三維坐標，輸入中央處理器計算后，由CPU控制云臺運動，找到相應的點。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明運用三臺激光測距儀的組合測量，實現(xiàn)了對模擬試驗場地表面特征點三維坐標的測量，進而通過中央處理器CPU計算出場地表面形貌參數(shù)； 相比較拍照法表面形貌非接觸測量方法，本發(fā)明測量精度高，測量速度快，成本低。本發(fā)明還可應用在其他不宜或難于接觸物體的幾何特征的測量，如橋梁繞度、高樓及鐵塔擺度等難于接觸物體幾何變動量的測量。


圖1是本發(fā)明之測量方法的原理示意圖。圖2是本發(fā)明之測量方法所用裝置的結構示意圖。圖3是本發(fā)明之測量方法的第一實施例示意圖。圖4是本發(fā)明之測量方法的第二實施例示意圖。圖5是本發(fā)明之測量方法的第三實施例示意圖。
具體實施例方式如圖2所示，在試驗場地設定位置處設置三臺激光測距儀1，激光測距儀1通過電動云臺安裝在支架2上，電動云臺由中央處理器CPU控制運動，旋轉支架2上的電動云臺， 可以調整激光測距儀1的測量角度，使三個測距儀1測量出被測點到激光發(fā)射點的距離。配合圖1所示，由于三個激光發(fā)射點的三維坐標是已知的，從而通過三點到被測點的距離，由中央處理器CPU計算出被測點P的坐標。三個激光測距儀1的位置是按照測量方便任意設置的，激光測距儀1的位置設定后，在中央處理器CPU中輸入三個激光測距儀1發(fā)射點的三維坐標，中央處理器CPU可以根據輸入的坐標進行自動修正。中央處理器CPU中可以定義三個測量點的坐標，可以定義激光測距儀類型。實施例1 如圖3所示，被測場地為直徑30m的圓形，選用最大測距為30m的激光測距儀三臺，A、B、C三臺激光測距儀平面坐標分別為(0，0，4.2 ;0，50，4.2 ;50，0，4.2 ；單位:m)，激光發(fā)射點距離地面高度為4. an。實施例2
如圖4所示，被測場地為半徑35mX 35m的正方形，選用最大測距為50m的激光測距儀三臺，三臺激光測距儀的位置分別位于A、B、C三點，A、B、C三點的坐標分別為(0，0， 7 ；38,0,7 ；50,0,7 ；單位:m)。實施例3 如圖5所示，被測場地為長30m寬的長方形土槽，選用最大測距為40m的激光測距儀三臺，三臺激光測距儀坐標分別為(0，0，，1 ;33，0，1 ;0，5，1 ；單位:m)，激光發(fā)射點距離地面高度為lm。
權利要求
1.一種模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法，該方法是利用三臺激光測距儀分別測量三個已知點到被測點的距離，三個已知點到被測點的距離數(shù)據輸入給中央處理器CPU， 由中央處理器CPU計算出被測點的三維坐標，通過測量各種幾何形貌的特征點坐標，中央處理器CPU計算出被測表面形貌的幾何參數(shù)。
2.一種模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法所用的裝置，其特征在于是由三臺激光測距儀、三個電動云臺、三個支架和中央處理器CPU組成，激光測距儀通過電動云臺設置在支架上，電動云臺由中央處理器CPU控制運動，三臺激光測距儀測量的三個已知點到被測點的距離數(shù)據輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計算出被測點的三維坐標，通過測量各種幾何形貌的特征點坐標，中央處理器CPU計算出被測表面形貌的幾何參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法及所用的裝置，該方法利用三臺激光測距儀分別測量三個已知點到被測點的距離，測量數(shù)據輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計算出被測點的三維坐標，通過測量各種幾何形貌的特征點坐標，中央處理器CPU計算出被測表面形貌的幾何參數(shù)；如通過測量坡面上不在同一條直線的三個點的三維坐標，中央處理器CPU計算出坡面的角度；通過測量圓周上三個點的坐標，確定圓心坐標；所用的裝置是由三臺激光測距儀、三個電動云臺、三個支架和中央處理器CPU組成，激光測距儀通過電動云臺設置在支架上，三臺激光測距儀測量的三個已知點到被測點的距離數(shù)據輸入給中央處理器CPU；本發(fā)明測量精度高，測量速度快，成本低。
文檔編號G01C7/02GK102353329SQ20111024342
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權日2011年8月24日
發(fā)明者何玲, 劉慶平, 張銳, 李因武, 李建橋, 李豪, 楊艷靜, 樊世超, 王洋, 范文峰, 鄒猛 申請人:吉林大學