適合航測的可移動控制靶標(biāo)球裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適應(yīng)于機(jī)載LiDAR點(diǎn)云與影像高精度 配準(zhǔn)的可移動控制祀標(biāo)球裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，機(jī)載激光雷達(dá)與可見光數(shù)碼相機(jī)集成數(shù)據(jù)采集技術(shù)已普遍應(yīng)用于航空測量 領(lǐng)域。但由于激光點(diǎn)云空間離散分布特性及地表掃描密度的限制，其地物邊緣特征不夠顯 著，很難按照傳統(tǒng)航空攝影方式進(jìn)行控制點(diǎn)布設(shè)。然而，可用于機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云與影像聯(lián) 合配準(zhǔn)的有效硬件設(shè)備裝置較少，其極大地限制了后續(xù)點(diǎn)云與影像的聯(lián)合數(shù)據(jù)處理質(zhì)量與 效率。傳統(tǒng)設(shè)備的限制與不足，主要體現(xiàn)在兩個方面；
[0003] 1)W光譜差異為導(dǎo)向的平面地標(biāo)點(diǎn)
[0004] 在傳統(tǒng)航空攝影測量工程中，一般采用黑白相間的規(guī)則幾何形狀作為控制點(diǎn)的地 面標(biāo)示。該類控制點(diǎn)在光譜影像中能非常清晰地辨識，比較利于后續(xù)作業(yè)處理過程中在影 像上定位控制點(diǎn)點(diǎn)位。盡管該類控制點(diǎn)能很好地滿足W影像定位為基礎(chǔ)的空中=角測量技 術(shù)的實施，但由于其幾何形狀多為平面，僅能較好地作為高程方向的約束條件參與點(diǎn)云、影 像間的聯(lián)合配準(zhǔn)平差解算，而無法進(jìn)行真正意義上=個方向的精確配準(zhǔn)解算，從而較大地 制約了機(jī)載激光點(diǎn)云與影像的配準(zhǔn)效果，一定程度上喪失"控制點(diǎn)"的控制效能。
[0005] 2)W大型規(guī)則人造地物為導(dǎo)向的"控制點(diǎn)"
[0006] 在機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)后處理過程中，往往需要精確量測不同掃描方向條帶重疊區(qū) 內(nèi)控制點(diǎn)信息，并W此為基礎(chǔ)完成后續(xù)條帶間的平差配準(zhǔn)W及點(diǎn)云與影像的精確配準(zhǔn)。但 由于激光點(diǎn)云空間離散分布特性及地表掃描密度的限制，其地物邊緣特征不夠顯著，直接 通過掃描地物的點(diǎn)云獲取控制信息非常困難。鑒于此，較多學(xué)者提出，W大型人造地物為基 礎(chǔ)，通過交互式數(shù)據(jù)后處理提取擬合人造地物中的相交面、相交線或相交點(diǎn)等信息。
[0007] 從理論角度講，該類W大型人造地物為控制點(diǎn)確實可W很好地彌補(bǔ)點(diǎn)云與影像聯(lián) 合配準(zhǔn)的公共控制信息不足的技術(shù)現(xiàn)狀。但是，該類控制方法實施的前提是測區(qū)內(nèi)必須存 在滿足控制信息提取的人造地物，并且需要提供良好的鄰接特征面、特征線的高精度擬合 功能；另外，大型人造地物完全不具備可移動性，其靈活機(jī)動性較差，限制了控制信息的可 重復(fù)使用性。 【實用新型內(nèi)容】
[0008] 本實用新型主要是解決現(xiàn)有航測過程所采用控制點(diǎn)控制效能不明顯、不能重復(fù)使 用等一系列問題，進(jìn)而提供一種適應(yīng)于機(jī)載LiDAR點(diǎn)云與影像高精度配準(zhǔn)的可移動控制祀 標(biāo)球裝置，W精確地獲取機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云與可見光影像對應(yīng)公共控制點(diǎn)坐標(biāo)。
[0009] 本實用新型的可移動控制祀標(biāo)球裝置是通過W下方式來實現(xiàn)的：該適合航測的可 移動控制祀標(biāo)球裝置，包括球和=角支撐架，該=角支撐架上安有水平托盤，該球安裝在水 平托盤上；該球的頂部設(shè)有標(biāo)志頂點(diǎn)，標(biāo)志頂點(diǎn)、球屯、0及水平托盤的中屯、點(diǎn)C處于同一鉛 垂線上。
[0010] 進(jìn)一步，該標(biāo)志頂點(diǎn)為四個黑白相間的倒立S角形，其中屯、處標(biāo)有明顯的十字標(biāo) 志，其球表面為漫反射的磨砂面。
[0011] 進(jìn)一步，該水平托盤中設(shè)有對中調(diào)平裝置，該對中調(diào)平裝置包括水平儀和垂直對 中儀；該水平儀嵌入式地安裝在水平托盤上，該垂直對中儀由托盤側(cè)面的望遠(yuǎn)鏡與安裝在 托盤中的棱鏡構(gòu)成；它能準(zhǔn)確折射地面已知控制點(diǎn)標(biāo)志到水平望遠(yuǎn)鏡視野。
[0012] 進(jìn)一步，該球為可拆卸拼裝式，由多塊球殼拼合而成，它包括4~10塊側(cè)部球殼、一 塊頂部球殼及一塊底部球殼。
[0013] 進(jìn)一步，該球的內(nèi)部設(shè)有剛性支架，該剛性支架包括柱、下支板、及上支板，所述的 頂部球殼和底部球殼對應(yīng)地安裝在上、下支板上，上、下支板與對應(yīng)的頂部球殼、底部球殼 之間構(gòu)成槽狀結(jié)構(gòu)，所述的側(cè)部球殼兩端具有突樽，圍繞內(nèi)部剛性支架直接插入上述的槽 狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0014] 更進(jìn)一步，該=角支撐架為可伸縮收猶式，由=支獨(dú)立支撐腳組成，各支撐腳較接 于水平托盤上。
[0015] 本實用新型能較好地解決當(dāng)前測繪領(lǐng)域中機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云與影像配準(zhǔn)公共控 制點(diǎn)的高精度量算問題。各部分可進(jìn)行獨(dú)立拆卸、折疊和移動，重量輕(一般不超過4kg)， 折疊收縮長度短(總長度不超過0. 5m)，便于攜帶，適合于野外作業(yè)。
[0016] 采用折疊、拼裝球結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了可移動、可重復(fù)使用的目的；通過球表面離散激光 點(diǎn)云擬合能精確獲取球屯、坐標(biāo)，而球屯、坐標(biāo)則能作為后續(xù)數(shù)據(jù)處理直接或間接的控制點(diǎn)信 息，因此該裝置能徹底解決離散點(diǎn)特征選取困難的現(xiàn)實問題。
[0017] 該球表面采用磨砂面符合漫反射定律，能高精度地實現(xiàn)球屯、坐標(biāo)擬合，規(guī)避了傳 統(tǒng)作業(yè)過程中選取某單一特征點(diǎn)的問題，使得控制點(diǎn)選擇變得更加簡單便利，并能獲得更 好控制精度；球體頂部設(shè)計為4個黑白相間的高可分辨力的倒立=角形標(biāo)志，能非常方便 地在可見光影像上測量其影像坐標(biāo)，從而能與激光點(diǎn)云所擬合的球屯、坐標(biāo)進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)。
[0018] 球下部設(shè)計為一個可伸縮的=角支撐架，能使球體裝置固定在任意復(fù)雜地形表 面，通過內(nèi)置水平儀和對中儀，能較好地實現(xiàn)球體中屯、部分安置在已知控制點(diǎn)上，并能輕松 進(jìn)行對中調(diào)平，方便建立了控制球與地面已知水準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)換算關(guān)系，從而較好地簡化了 后續(xù)球體球屯、坐標(biāo)與地面已知點(diǎn)間的高程換算關(guān)系。
[0019] 總之，本實用新型有效地解決了激光點(diǎn)云控制點(diǎn)量測困難的問題，能精確量測標(biāo) 識點(diǎn)云=維坐標(biāo)及其對應(yīng)特征點(diǎn)的光學(xué)影像坐標(biāo)，并具有良好的可移動性，在野外作業(yè)過 程中可重復(fù)使用，最大程度地減低野外控制成本，可廣泛地應(yīng)用于機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云與影 像的聯(lián)合測圖中。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本實用新型的主視示意圖；
[0021] 圖2是針對圖1的俯視示意圖；
[002引圖3是針對圖2的A-A剖面的部分結(jié)構(gòu)示意圖（圖中沒有示出S角支撐架）；
[0023] 圖4是針對本實用新型中的水平托盤的主視圖；
[0024] 圖5是針對本實用新型中球的示意圖，其中圖5-1是主視圖、圖5-2是俯視圖、圖 5-3是仰視圖。
[0025] 圖中各構(gòu)件標(biāo)記的含義如下；1、球，11、標(biāo)志頂點(diǎn)，12、側(cè)部球殼，13、頂部球殼，14、 底部球殼，15、柱，16、下支板，17、上支板；2、=角支撐架；3、水平托盤，31、水平儀，32、垂直 對中儀，321、望遠(yuǎn)鏡，322、棱鏡。
【具體實施方式】
[0026] 參見圖1和圖2,本實用新型的可移動控制祀標(biāo)球裝置包括有球1和=角支撐架 2。該球1采用硬質(zhì)塑料或金屬等制成，如侶；該立角支撐架2用于支撐球等構(gòu)件，能平穩(wěn)地 架放于不同地理環(huán)境處并能收猶便于攜帶。該=角支撐架2上安有水平托盤3,該球1安裝 在水平托盤3上，W保證球處于水平面上。該球1的頂部設(shè)有標(biāo)志頂點(diǎn)11，能非常方便地在 可見光影像上測量其影像坐標(biāo)；標(biāo)志頂點(diǎn)11、球屯、0及水平托盤的中屯、點(diǎn)C處于同一鉛垂 線上（圖1中垂直的點(diǎn)劃線所示)，W便通過地面已知控制點(diǎn)能精確地推算出球屯、坐標(biāo)(參閱 圖3和圖4)。
[0027] 參見圖2和圖5,該標(biāo)志頂點(diǎn)11為四個黑白相間的倒立S角形，其中屯、處標(biāo)有明顯 的十字標(biāo)志，其球表面為漫反射的磨砂面，W符合光線漫反射定律便于激光掃描成像，便于 較好地在可見光影像上進(jìn)行地面控制點(diǎn)辨識，方便數(shù)據(jù)后處理中控制點(diǎn)的定位選取。
[0028] 參見圖1和圖4,該水平托盤3中設(shè)有對中調(diào)平裝置，用于調(diào)整水平托盤使之處于 水平面并使用中屯、點(diǎn)垂直對中地面上的已知控制點(diǎn)，W簡化了后續(xù)球體球屯、坐標(biāo)與地面已 知控制點(diǎn)間的高程換算關(guān)系。該對中調(diào)平裝置包括水平儀31和垂直對中儀32 ;該水平儀 31嵌入式地安裝在水平托盤3上，為設(shè)置在水平托盤內(nèi)的水平氣泡，利用該水平氣泡W保 證整個裝置水平安置。該垂直對中儀32由托盤側(cè)面的望遠(yuǎn)鏡321與安裝在托盤3中的棱 鏡322(=棱鏡或直角棱鏡）構(gòu)成；它能準(zhǔn)確折射地面已知控制點(diǎn)標(biāo)志到水平望遠(yuǎn)鏡視野， 使得球中屯、、標(biāo)志頂點(diǎn)與地面已知控制點(diǎn)位于嚴(yán)格的同一鉛垂線上。球屯、0坐標(biāo)、標(biāo)志頂點(diǎn) 遇多像控制點(diǎn)）與已知地面控制點(diǎn)之間的坐標(biāo)換算關(guān)系如下：
[0029] 假設(shè)已知地面控制點(diǎn)坐標(biāo)為口^(?^"，2^，調(diào)整后的^角支撐架高11(即地面已知 控制點(diǎn)至水平托盤頂面的距離)，擬合后球半徑為r，則在已知地面控制點(diǎn)坐標(biāo)系中球屯、點(diǎn) 坐標(biāo)0(Xi,yi,Zi)與球頂部影像標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)咕2,y:,z:)的相應(yīng)計算公式如下：
【主權(quán)項】
1. 一種適合航測的可移動控制靶標(biāo)球裝置，包括球（1)和三角支撐架（2)，其特征在 于：該三角支撐架（2)上安有水平托盤（3)，該球（1)安裝在水平托盤（3)上；該球（1)的頂 部設(shè)有標(biāo)志頂點(diǎn)（11)，標(biāo)志頂點(diǎn)（11)、球心O及水平托盤的中心點(diǎn)C處于同一鉛垂線上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶標(biāo)球裝置，其特征在于：該標(biāo)志頂點(diǎn)（11)為四個黑白相間 的倒立三角形，其中心處標(biāo)有明顯的十字標(biāo)志，其球表面為漫反射的磨砂面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靶標(biāo)球裝置，其特征在于：該水平托盤（3)中設(shè)有對中調(diào) 平裝置，該對中調(diào)平裝置包括水平儀（31)和垂直對中儀（32);該水平儀（31)嵌入式地安裝 在水平托盤（3)上，該垂直對中儀（32)由托盤側(cè)面的望遠(yuǎn)鏡（321)與安裝在托盤（3)中的 棱鏡（322)構(gòu)成；它能準(zhǔn)確折射地面已知控制點(diǎn)標(biāo)志到望遠(yuǎn)鏡視野。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的靶標(biāo)球裝置，其特征在于：該球（1)為可拆卸拼裝式，由多塊 球殼拼合而成，它包括4~10塊側(cè)部球殼（12)、一塊頂部球殼（13)及一塊底部球殼（14)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的靶標(biāo)球裝置，其特征在于：該球（1)的內(nèi)部設(shè)有剛性支架，該 剛性支架包括柱（15)、下支板（16)、及上支板（17)，所述的頂部球殼（13)和底部球殼（14) 對應(yīng)地安裝在上、下支板上，上、下支板與對應(yīng)的頂部球殼、底部球殼之間構(gòu)成槽狀結(jié)構(gòu)，所 述的側(cè)部球殼兩端具有突榫，圍繞內(nèi)部剛性支架直接插入上述的槽狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的靶標(biāo)球裝置，其特征在于：該三角支撐架（2)為可伸縮收攏 式，由三支獨(dú)立支撐腳組成，各支撐腳鉸接于水平托盤上。
【專利摘要】本實用新型是一種適合航測的可移動控制靶標(biāo)球裝置，用于航空測量領(lǐng)域，主要解決航拍過程中控制點(diǎn)控制效能不明顯等技術(shù)問題，它包括有球和三角支撐架，該三角支撐架上安有水平托盤，該球安裝在水平托盤上；該球的頂部設(shè)有標(biāo)志頂點(diǎn)，標(biāo)志頂點(diǎn)、球心O及水平托盤的中心點(diǎn)C處于同一鉛垂線上。本實用新型能較好地解決當(dāng)前測繪領(lǐng)域中機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云與影像配準(zhǔn)公共控制點(diǎn)的高精度量算問題，各部分可進(jìn)行獨(dú)立拆卸、折疊和移動, 重量輕，折疊收縮長度短，便于攜帶，可重復(fù)使用，適合于野外作業(yè)。
【IPC分類】G01S7-481, G01C15-00
【公開號】CN204612710
【申請?zhí)枴緾N201520043819
【發(fā)明人】左志權(quán), 李赟, 劉正軍, 張永振, 謝小偉, 張庚
【申請人】中國測繪科學(xué)研究院
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年1月22日