一種全站儀與三維激光掃描聯(lián)合的大型海工裝備測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大型海工設(shè)備竣工測量方法，具體為一種全站儀與三維激光掃描聯(lián)合的大型海工裝備測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型海洋工業(yè)設(shè)備由于體積較大，搬運(yùn)及安裝難度很大，很多大型的海工企業(yè)為了節(jié)省建造成本，將海洋重型裝備的制造委托至亞洲國家，制造完成后通過海上運(yùn)輸至項(xiàng)目所在國進(jìn)行安裝。海洋工業(yè)裝備在經(jīng)歷運(yùn)輸之后會(huì)受到很多因素的影響而使其竣工尺寸發(fā)生改變，如溫度、制造標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)輸過程的擾動(dòng)變形等。為了在安裝前檢測設(shè)備是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)海工裝備進(jìn)行精確的測量。
[0003]采用三維激光掃描，可以對(duì)大型海工裝備進(jìn)行全面、快速的掃描，但是其測量精度由于不同測站的拼接，點(diǎn)云噪聲的影響等，測量精度一般為厘米級(jí)，并不能保證高精度的測量水平；采用傳統(tǒng)的全站儀測量技術(shù)雖然具有較高的精度(毫米級(jí))，但其采集的數(shù)據(jù)為離散型，無法對(duì)裝備的整體尺寸進(jìn)行連續(xù)描述，且大型的海工裝備，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的測量方法往往無法觸及較高的隱蔽位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有大型海工設(shè)備采用傳統(tǒng)測量方法存在無法對(duì)其隱蔽位置進(jìn)行測量的問題，提供了一種全站儀與三維激光掃描聯(lián)合的大型海工裝備測量方法。
[0005]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種全站儀與三維激光掃描聯(lián)合的大型海工裝備測量方法，采取如下步驟:a、圍繞大型海工裝備布設(shè)可測量其所有部位的控制測量點(diǎn)，且任意兩相鄰控制測量點(diǎn)通視；b、采用高精度水準(zhǔn)儀對(duì)控制測量點(diǎn)的高程坐標(biāo)進(jìn)行測量，并采用全站儀對(duì)控制測量點(diǎn)的水平坐標(biāo)進(jìn)行測量，得到控制測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)；c、自由設(shè)測站架設(shè)三維激光掃描儀，并將其標(biāo)靶均勻分布在測站周圍，保證任意兩相鄰測站之間的同名標(biāo)靶數(shù)量大于3個(gè)；d、三維激光掃描儀發(fā)出信號(hào)，測量標(biāo)靶及大型海工裝備外表面各點(diǎn)與三維激光掃描儀之間的距離，并通過該斜距在空間中的角量關(guān)系，計(jì)算出標(biāo)靶及大型海工裝備外表面各點(diǎn)的空間坐標(biāo)；e、全站儀利用控制測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)對(duì)同名標(biāo)靶的空間坐標(biāo)及大型海工裝備焊接點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行測量；f、將標(biāo)靶及大型海工裝備外表面各點(diǎn)的空間坐標(biāo)和全站儀測得的同名標(biāo)革E空間坐標(biāo)導(dǎo)入leica cyclone點(diǎn)云處理軟件，三維激光掃描儀將各個(gè)測站的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行基于標(biāo)靶的點(diǎn)云匹配，并通過修正同名標(biāo)靶的空間坐標(biāo)，提高整體點(diǎn)云的匹配精度；g、基于匹配完成后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用leica cyclone點(diǎn)云處理軟件點(diǎn)選測得大型海工裝備隱蔽位置的焊接點(diǎn)。
[0006]點(diǎn)云數(shù)據(jù)是指標(biāo)靶及大型海工裝備外表面各點(diǎn)的空間坐標(biāo)，全站儀利用控制測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)對(duì)同名標(biāo)靶的空間坐標(biāo)及大型海工裝備焊接點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行測量的方法為本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
[0007]本發(fā)明通過三維激光掃描后非接觸式測量，大范圍高密度的采集大型海工裝備外形尺寸信息，結(jié)合傳統(tǒng)的應(yīng)用全站儀進(jìn)行精密工程測量，對(duì)三維激光掃描獲取的焊接點(diǎn)進(jìn)行校正，克服了現(xiàn)有大型海工設(shè)備采用傳統(tǒng)測量方法存在無法對(duì)其隱蔽位置進(jìn)行測量的問題。
[0008]控制測量點(diǎn)的高程坐標(biāo)采用的測量方法是將兩支水準(zhǔn)標(biāo)尺分別垂直立在已知高程的控制測量點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)控制測量點(diǎn)上，整置水準(zhǔn)儀于兩點(diǎn)之間，照準(zhǔn)控制測量點(diǎn)標(biāo)尺讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn)控制測量點(diǎn)標(biāo)尺讀數(shù)，通過兩點(diǎn)的高差即可算出轉(zhuǎn)點(diǎn)控制測量點(diǎn)的高程；控制測量點(diǎn)的水平坐標(biāo)采用的測量方法是先對(duì)上述兩點(diǎn)的角度閉合差進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，隨后推算坐標(biāo)方位角，然后計(jì)算坐標(biāo)增量及坐標(biāo)增量閉合差并調(diào)整，最后推算其水平坐標(biāo)，進(jìn)一步提高了控制測量點(diǎn)空間坐標(biāo)的測量精度。
[0009]本發(fā)明所述的測量方法實(shí)現(xiàn)了離散點(diǎn)與連續(xù)測量點(diǎn)相互融合的要求，而且大幅度的提高普通三維激光掃描儀的測量精度至毫米級(jí)，同時(shí)克服了全站儀視野范圍有限的問題，獲得了大型海工裝備各個(gè)焊接點(diǎn)的三維坐標(biāo)，具有操作方便、工藝流程簡單且成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]一種全站儀與三維激光掃描聯(lián)合的大型海工裝備測量方法，采取如下步驟:a、圍繞大型海工裝備布設(shè)可測量其所有部位的控制測量點(diǎn)，且任意兩相鄰控制測量點(diǎn)通視；b、采用高精度水準(zhǔn)儀對(duì)控制測量點(diǎn)的高程坐標(biāo)進(jìn)行測量，并采用全站儀對(duì)控制測量點(diǎn)的水平坐標(biāo)進(jìn)行測量，得到控制測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)；c、自由設(shè)測站架設(shè)三維激光掃描儀，并將其標(biāo)靶均勻分布在測站周圍，保證任意兩相鄰測站之間的同名標(biāo)靶數(shù)量大于3個(gè)；d、三維激光掃描儀發(fā)出信號(hào)，測量標(biāo)靶及大型海工裝備外表面各點(diǎn)與三維激光掃描儀之間的距離，并通過該斜距在空間中的角量關(guān)系，計(jì)算出標(biāo)靶及大型海工裝備外表面各點(diǎn)的空間坐標(biāo)；e、全站儀利用控制測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)對(duì)同名標(biāo)靶的空間坐標(biāo)及大型海工裝備焊接點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行測量；f、將標(biāo)靶及大型海工裝備外表面各點(diǎn)的空間坐標(biāo)和全站儀測得的同名標(biāo)靶空間坐標(biāo)導(dǎo)入leica cyclone點(diǎn)云處理軟件，三維激光掃描儀將各個(gè)測站的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行基于標(biāo)靶的點(diǎn)云匹配，并通過修正同名標(biāo)靶的空間坐標(biāo)，提高整體點(diǎn)云的匹配精度；g、基于匹配完成后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用leica cyclone點(diǎn)云處理軟件點(diǎn)選測得大型海工裝備隱蔽位置的焊接點(diǎn)。
[0011]控制測量點(diǎn)的高程坐標(biāo)采用的測量方法是將兩支水準(zhǔn)標(biāo)尺分別垂直立在已知高程的控制測量點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)控制測量點(diǎn)上，整置水準(zhǔn)儀于兩點(diǎn)之間，照準(zhǔn)控制測量點(diǎn)標(biāo)尺讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn)控制測量點(diǎn)標(biāo)尺讀數(shù)，通過兩點(diǎn)的高差即可算出轉(zhuǎn)點(diǎn)控制測量點(diǎn)的高程；控制測量點(diǎn)的水平坐標(biāo)采用的測量方法是先對(duì)上述兩點(diǎn)的角度閉合差進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，隨后推算坐標(biāo)方位角，然后計(jì)算坐標(biāo)增量及坐標(biāo)增量閉合差并調(diào)整，最后推算其水平坐標(biāo)。
[0012]具體實(shí)施過程中，大型海工裝備為一球狀丙烷容器(直徑約18m)，全站儀的型號(hào)為LeicaTS30，高精度水準(zhǔn)儀的型號(hào)為Leica DNA03，三維激光掃描儀的型號(hào)為LeicaHDS6100。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種全站儀與三維激光掃描聯(lián)合的大型海工裝備測量方法，其特征在于:采取如下步驟:a、圍繞大型海工裝備布設(shè)可測量其所有部位的控制測量點(diǎn)，且任意兩相鄰控制測量點(diǎn)通視山、采用高精度水準(zhǔn)儀對(duì)控制測量點(diǎn)的高程坐標(biāo)進(jìn)行測量，并采用全站儀對(duì)控制測量點(diǎn)的水平坐標(biāo)進(jìn)行測量，得到控制測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)；c、自由設(shè)測站架設(shè)三維激光掃描儀，并將其標(biāo)靶均勻分布在測站周圍，保證任意兩相鄰測站之間的同名標(biāo)靶數(shù)量大于3個(gè)；d、三維激光掃描儀發(fā)出信號(hào)，測量標(biāo)靶及大型海工裝備外表面各點(diǎn)與三維激光掃描儀之間的距離，并通過該斜距在空間中的角量關(guān)系，計(jì)算出標(biāo)靶及大型海工裝備外表面各點(diǎn)的空間坐標(biāo)；e、全站儀利用控制測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)對(duì)同名標(biāo)靶及大型海工裝備焊接點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行測量；f、將標(biāo)靶及大型海工裝備外表面各點(diǎn)的空間坐標(biāo)和全站儀測得的同名標(biāo)靶空間坐標(biāo)導(dǎo)入leica cyclone點(diǎn)云處理軟件，三維激光掃描儀將各個(gè)測站的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行基于標(biāo)靶的點(diǎn)云匹配，并通過修正同名標(biāo)靶的空間坐標(biāo)，提高整體點(diǎn)云的匹配精度；g、基于匹配完成后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用leica cyclone點(diǎn)云處理軟件點(diǎn)選測得大型海工裝備隱蔽位置的焊接點(diǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全站儀與三維激光掃描聯(lián)合的大型海工裝備測量方法，其特征在于:控制測量點(diǎn)的高程坐標(biāo)采用的測量方法是將兩支水準(zhǔn)標(biāo)尺分別垂直立在已知高程的控制測量點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)控制測量點(diǎn)上，整置水準(zhǔn)儀于兩點(diǎn)之間，照準(zhǔn)控制測量點(diǎn)標(biāo)尺讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn)控制測量點(diǎn)標(biāo)尺讀數(shù)，通過兩點(diǎn)的高差即可算出轉(zhuǎn)點(diǎn)控制測量點(diǎn)的高程；控制測量點(diǎn)的水平坐標(biāo)采用的測量方法是先對(duì)上述兩點(diǎn)的角度閉合差進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，隨后推算坐標(biāo)方位角，然后計(jì)算坐標(biāo)增量及坐標(biāo)增量閉合差并調(diào)整，最后推算其水平坐標(biāo)。
【專利摘要】本發(fā)明具體為一種全站儀與三維激光掃描聯(lián)合的大型海工裝備測量方法，解決了現(xiàn)有大型海工設(shè)備采用傳統(tǒng)測量方法存在無法對(duì)其隱蔽位置進(jìn)行測量的問題。a、圍繞大型海工裝備布設(shè)控制測量點(diǎn)，且通視；b、測量控制測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)；c、三維激光掃描儀周圍設(shè)置標(biāo)靶，保證相鄰測站之間的同名標(biāo)靶數(shù)量大于3個(gè)；d、三維激光掃描儀計(jì)算出點(diǎn)云數(shù)據(jù)的空間坐標(biāo)；e、全站儀對(duì)同名標(biāo)靶及大型海工裝備焊接點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行測量；f、將點(diǎn)云數(shù)據(jù)和全站儀測得的同名標(biāo)靶空間坐標(biāo)導(dǎo)入點(diǎn)云處理軟件，提高整體點(diǎn)云的匹配精度；g、用點(diǎn)云處理軟件點(diǎn)選測得大型海工裝備隱蔽位置的焊接點(diǎn)。本發(fā)明獲得了大型海工裝備各個(gè)焊接點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
【IPC分類】G01B11/00
【公開號(hào)】CN104897061
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510343663
【發(fā)明人】廉旭剛, 胡海峰, 陳勝云, 王小華, 郭博婷, 白宇, 張濤
【申請(qǐng)人】太原理工大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年6月19日