阅读说明：本技术 一种大尺寸目标物的组合式测量方法 (Combined measuring method for large-size target object ) 是由 何斌 龙博 王志鹏 周艳敏 沈润洁 袁烽 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：一种大尺寸目标物的组合式测量方法,包括以下操作,对待测构件布置激光跟踪仪和全站仪,激光跟踪仪至少一台,全站仪至少一台,所有的激光跟踪仪和全站仪形成针对待测构件的多站点测量系统；任选一台激光跟踪仪或者全站仪作为全局基准,将全局基准的局部坐标系作为全局坐标系,将全局基准以外的激光跟踪仪或者全站仪转换到全局坐标系下,获得任意两点在全局坐标系下的坐标值,即可获得待测目标的尺寸信息。本发明具有能够利用激光跟踪仪的测距精度,全站仪的测角精度,对大尺寸构建进行高精度测距和测角的优点。(A combined measuring method of a large-size target object comprises the following operations that a laser tracker and a total station are arranged on a member to be measured, at least one laser tracker and at least one total station are arranged on the member to be measured, and all the laser trackers and the total station form a multi-station measuring system for the member to be measured; and optionally selecting one laser tracker or total station as a global reference, using a local coordinate system of the global reference as a global coordinate system, converting the laser trackers or the total stations except the global reference into the global coordinate system, and obtaining coordinate values of any two points in the global coordinate system, namely obtaining the size information of the target to be measured. The invention has the advantages of high-precision distance measurement and angle measurement for large-size construction by utilizing the distance measurement precision of the laser tracker and the angle measurement precision of the total station.)

一种大尺寸目标物的组合式测量方法

技术领域

本发明涉及一种对建筑领域内的大尺寸目标物的组合式测量方法。

背景技术

建筑物一般是指相对于地面固定且有一定存在时间的人造物。建筑物的构成，按照系统工程分，主要有地基、基础和墙体；建筑物的基本构件由板、梁、柱、拱、桁架、墙和基础构成。

基础是建筑物地面以下的承重构件，它支撑着上部建筑物的全部在和，并将这些载荷及基础自重传给下面的地基。地基不是建筑物的组成部分，地基是承受由基础传下来的荷载的土体或岩体，建筑物必须建造在坚实可靠的地基上。墙体和柱均是竖向承重构件，它支撑着屋顶和楼板等，并将这些荷载及自重传递给基础。板是覆盖一个具有江大平面尺寸，但却具有相对较小厚度的平面型结构构件。梁一般是指跟地面平行的、承担纵轴方向载荷的线型构件。柱是承受平行于纵轴方向载荷的线型构件，它的截面尺寸小于它的高度，一般以受压和受弯为主。拱为曲线结构，由曲线构件(拱圈)或折线形构件及其支座组成，再荷载作用下主要承受轴向压力，有时也承受弯矩和剪力；较同快读梁的弯矩和剪力更小，从而能节省材料，提高刚度和跨越较大空间。桁架是由直杆组成的，一般是具有三角形单元的平面或空间结构。再荷载作用下，桁架杆件主要承受轴向拉力或者压力，从而能充分利用材料的强度，再跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。

通过测量施工场景中建筑构件的实际尺寸可以评估建筑建造的完成情况，也可以将建筑构件的实际尺寸和涉及尺寸相比，判断施工是否符合涉及要求。针对大尺寸测距或测量尺寸，常用激光跟踪仪和全站仪进行测量。而激光跟踪仪的距离测量精度高，但角度测量精度低，重复坐标测量精度达到5μm/m，绝对坐标测量精度可达10μm/m。全站仪的角度测量精度高，可达0.5”，但距离测量精度低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够利用激光跟踪仪的测距精度，全站仪的测角精度，对大尺寸构建进行高精度测距和测角的方法。

一种大尺寸目标物的组合式测量方法，包括以下操作，对待测构件布置激光跟踪仪和全站仪，激光跟踪仪至少一台，全站仪至少一台，所有的激光跟踪仪和全站仪形成针对待测构件的多站点测量系统；任选一台激光跟踪仪或者全站仪作为全局基准，将全局基准的局部坐标系作为全局坐标系，将全局基准以外的激光跟踪仪或者全站仪转换到全局坐标系下，获得任意两点在全局坐标系下的坐标值，即可获得待测目标的尺寸信息。测试之前，在待测构件上粘贴好目标点的标记。

多站点测量系统指的是每台激光跟踪仪或全站仪至少测量待测构件的局部，或者是激光跟踪仪或全站仪同时测量待测构件。

优选的，若全局基准为激光跟踪仪，则该激光跟踪仪的局部坐标系作为全局坐标系；若全局基准为全站仪，则先将该全站仪的极坐标转换为直角坐标系，再将全站仪的直角坐标系作为全局坐标系。

优选的，基于Bursa模型将全局基准以外的激光跟踪仪或者全站仪转换到全局坐标系下，转换关系为：

其中表示局部坐标系下的坐标，g_i＝(x_i，y_i，z_i)表示全局坐标系下的坐标，(Δx，Δy，Δz)^T表示平移向量，(ω_x，ω_y，ω_z)^T表示旋转向量，t表示尺寸参数，E表示坐标转换误差，

将各激光跟踪仪或者全站仪都能测到的目标点作为公共点，将所有公共点视为权值相等，根据误差最小二乘法原理获得

的最优解。

优选的，各目标点转换至全局坐标系下后，进行数据融合处理，具体融合方法如下：对于任意一个目标点，该目标点具有在全局坐标系下的全局直角坐标g_k，和该目标点在第k个站点测得的极坐标θ_k，将全局直角坐标和极坐标的对应关系记为g_k＝f(θ_k)；将全局直角坐标和极坐标的对应关系进行泰勒展开，略去二次项，获得其中，J(θ_k)为雅可比矩阵，

协方差矩阵：

其中，J_k表示J(θ_k)，

σ_kρ表示第k个站点的测距精度，σ_kα表示第k个站点对水平角的测角精度，σ_kβ表示第k个站点对垂直角的测角精度；

对全局直角坐标g_k进行加权无偏融合估计获得数据融合后的坐标值，

其中，W_k＝[∑(V_k)^-1]^-1(V_k)^-1。

本发明的优点在于：能够利用激光跟踪仪的测距精度，全站仪的测角精度，将激光跟踪仪通过测距获得的直角坐标和全站仪的测角获得的极坐标相融合，使所有目标点的坐标值同时具有高角度精度和高位置精度，提高大尺寸构件的测距和测角精度。

附图说明

图1为基于激光跟踪仪与全站仪的组合式大尺寸测量方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种大尺寸目标物的组合式测量方法，包括以下操作，对待测构件布置激光跟踪仪和全站仪，激光跟踪仪至少一台，全站仪至少一台，所有的激光跟踪仪和全站仪形成针对待测构件的多站点测量系统；任选一台激光跟踪仪或者全站仪作为全局基准，将全局基准的局部坐标系作为全局坐标系，将全局基准以外的激光跟踪仪或者全站仪转换到全局坐标系下，获得任意两点在全局坐标系下的坐标值，即可获得待测目标的尺寸信息。测试之前，在待测构件上粘贴好目标点的标记。

多站点测量系统指的是每台激光跟踪仪或全站仪至少测量待测构件的局部，或者是激光跟踪仪或全站仪同时测量待测构件。

优选的，若全局基准为激光跟踪仪，则该激光跟踪仪的局部坐标系作为全局坐标系；若全局基准为全站仪，则先将该全站仪的极坐标转换为直角坐标系，再将全站仪的直角坐标系作为全局坐标系。

优选的，基于Bursa模型将全局基准以外的激光跟踪仪或者全站仪转换到全局坐标系下，转换关系为：

其中

表示局部坐标系下的坐标，g_i＝(x_i，y_i，z_i)表示全局坐标系下的坐标，(Δx，Δy，Δz)^T表示平移向量，(ω_x，ω_y，ω_z)^T表示旋转向量，t表示尺寸参数，E表示坐标转换误差，

将各激光跟踪仪或者全站仪都能测到的目标点作为公共点，将所有公共点视为权值相等，根据误差最小二乘法原理

获得的最优解。

优选的，各目标点转换至全局坐标系下后，进行数据融合处理，具体融合方法如下：对于任意一个目标点，该目标点具有在全局坐标系下的全局直角坐标g_k，和该目标点在第k个站点测得的极坐标θ_k，将全局直角坐标和极坐标的对应关系记为g_k＝f(θ_k)；将全局直角坐标和极坐标的对应关系进行泰勒展开，略去二次项，获得

其中，J(θ_k)为雅可比矩阵，

协方差矩阵：

其中，J_k表示J(θ_k)，

σ_kρ表示第k个站点的测距精度，σ_kα表示第k个站点对水平角的测角精度，σ_kβ表示第k个站点对垂直角的测角精度；

对全局直角坐标g_k进行加权无偏融合估计

获得数据融合后的坐标值，其中，W_k＝[∑(V_k)^-1]^-1(V_k)^-1。

本发明的优点在于：能够利用激光跟踪仪的测距精度，全站仪的测角精度，将激光跟踪仪通过测距获得的直角坐标和全站仪的测角获得的极坐标相融合，使所有目标点的坐标值同时具有高角度精度和高位置精度，提高大尺寸构件的测距和测角精度。

用本发明的方法对大尺寸构件的目标点坐标重复测量精度达到5μm/m，绝对坐标测量精度可达10μm/m，并且，角度测量精度达到0.5”。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。