本發明公開了一種三維激光掃描儀設站定向裝置，包括數碼廣角光學相機、三維激光掃描儀和四個黑白棋盤靶標；所述相機位于三維激光掃描儀中轉鏡的水平橫軸上；所述四個黑白棋盤靶標設置在三維激光掃描儀的四周，且三維激光掃描儀位于四個黑白棋盤靶標圍成的圖形的中心點上。本發明還提供了一種基于上述三維激光掃描儀設站定向裝置的定向方法。本發明能夠在確保三維激光掃描儀位置和方向傳遞精度的前提下，有效降低掃描儀掃描點云的密度，不僅節約掃描儀獲取點云的時間，同時也降低對掃描儀所能獲取點云的最高分辨率的要求，適合低成本的三維激光掃描儀進行設站定向使用。

技術領域

本發明屬于三維激光測量和工程測量技術領域，特別涉及一種三維激光掃描儀設站定向裝置及方法。

背景技術

三維激光掃描儀作為一種新型的快速、高精度、高密度測量技術裝備，因其可以快速獲取物體表面高精度、高密度空間位置點而很快成為一種三維測量和檢測的高技術裝備。該設備與傳統的全站儀相比，其應用上的優勢主要體現在對復雜物體表面幾何形態信息的快速、全面、準確的獲取。與傳統全站儀等測量手段一次獲取一個物體表面的離散抽樣特征點不同的是，掃描儀一次掃描作業，大約3～5分鐘，即可獲取物體表面數以千萬計的空間位置點，這些點在一些專業數據處理軟件的輔助下，很容易就提取出物體表面高精度的復雜幾何形態特征。

三維激光掃描儀與傳統的全站儀相比，測量原理相同之處是同樣采用光電激光測距原理測量設備與被測物體之間的高精度距離。全站儀通過光學度盤測量設備與被測物體之間的水平和垂直夾角，掃描儀則通過機械度盤控制水平和垂直夾角。但是全站儀可以很快通過直接測量控制點棱鏡來實現全站儀的設站和定向。而掃描儀因為無法單獨快速測量一個點或者一個標識實現掃描儀的快速絕對位置設站和定向而使得傳統的控制測量原理無法快速易行的在掃描儀上實現，因此導致三維激光掃描儀在做需要絕對定位坐標系統的傳統測量作業中，無法在不損耗精度和作業效率的情況下，快速實現絕對定位。

目前通常的掃描儀絕對定位方法是在一次掃描中采用3個以上球形標靶，掃描儀在掃描這些標靶點云數據的同時，采用全站儀或者GPS等傳統測量定位方法給這些標靶定位，然后在掃描數據的后處理軟件中，在按照標靶點號與掃描點云中的靶球中心人工一一對應后，再手工輸入這些靶球的三維坐標，最后點云后處理軟件才能根據這些靶球坐標確定的絕對定位坐標系，把整個掃描儀測站的數據轉換到這個絕對定位坐標系中。這種方法特點是外業數據采集時需要帶至少5個以上標靶或者靶球，每個掃描儀測站至少保持2個靶球不動，并同時布置3個新靶球供下一站進行掃描，外業需要至少2個人以上設置目標靶球。

常規的三維激光掃描儀在做絕對坐標系下測量時，一般先采用相鄰測站都必須掃描到的公共標靶或者靶球點進行測站相對坐標系下的點云拼接，然后再在拼接好的加載有所有測站點云數據中進行絕對坐標系的轉換。這種方法缺點一是把拼接和坐標轉換分成兩步走，這樣比較費時耗力。這種方法另外一個很大的缺點是整體點云拼接時需要具有很大內存和CPU處理能力的計算機，而且隨著掃描測站數量的增多，拼接時間會不斷增加，而且能夠拼接的掃描測站數量受處理計算機性能的絕對制約。

常規三維激光掃描儀作業最終提供的激光點云數據文件，是通過各站之間的公共目標靶球連接后，建立的一般以第一站掃描儀儀器中心為坐標原點，和掃描儀自身軸系建立的相對坐標系統。而用戶在具體測量項目中使用的坐標系統都是通過常規測繪方法 (全站儀、GPS、水準儀)建立的測量坐標系統，原點不在掃描儀的中心上，坐標軸方向也不是掃描儀的坐標軸方向。因此，用戶在直接使用掃描儀的點云數據獲取被測物體表面上在用戶工程坐標系下的三維空間坐標時，需要進行比較繁瑣的空間坐標傳遞和坐標系統轉換。

上述通過識別靶球三維點云擬合中心的方法，要求掃描儀掃描靶球的點云分辨率比較高，通常10米處的點云點間距要達到6mm以內，這對掃描儀性能要求很高，只有價格比較昂貴的進口三維激光掃描儀才能辦到。這樣無形中增加了測量的成本。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種使用方便、能夠省時省力，降低測量成本的三維激光掃描儀設站定向裝置。