Способ определения координат контрольной точки объекта с применением наземного лазерного сканера

Авторы патента:

Середович Александр Владимирович (RU)

G01C3/00 - Приборы для измерения расстояний по линии визирования; оптические дальномеры (измерение расстояний с помощью рулеток, мерных цепей и дисков G01B; дальномеры, комбинированные с фотоаппаратами, G03B)

Владельцы патента RU 2540939:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУ ВПО "СГГА") (RU)

Изобретение относится к области геодезического контроля и может быть использовано для определения координат контрольной точки любых сложных конструкций, используя в качестве геодезической марки любой участок, принадлежащий этим конструкциям. Поставленная задача достигается за счет того, что в способе определения координат контрольной точки объекта с применением наземного лазерного сканера, согласно изобретению, предлагается основанный на использовании пересечения трех аппроксимированных в данные наземного лазерного сканирования геометрических примитивов «плоскость». Для этого при помощи НЛС выполняют сканирование заранее визуально определенного контролируемого элемента конструкции объекта с наличием физического пересечения трех плоскостей, с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 1 до 10 мм и средней квадратической погрешностью аппроксимации геометрических примитивов «плоскость» в соответствии с эксплуатационной документацией (ЭД). Далее на основе пересечения трех геометрических примитивов «плоскость» определяют трехмерные координаты точки геометрического центра образованной фигуры, после чего производят построение цифровой векторной трехмерной (3D) модели точки, в пространстве, далее называемой трехмерной виртуальной маркой. Технический результат - повышение точности измерения координат контрольных точек объекта. 1 ил.

Данный способ относится к области геодезического контроля.

Известен способ, который заключается в определении координат контролируемых точек объекта с использованием специальной светоотражающей марки [В.А. Середович, Наземное лазерное сканирование, Новосибирск, СГГА, 2009 г.], взятый в качестве прототипа.

Данный способ предполагает определение координат контрольной точки объекта с использованием специальных светоотражающих марок, которые закрепляются на поверхности контрольного элемента объекта и координируются при помощи встроенной в наземный лазерный сканер (НЛС) функции автоматического распознавания специальных марок.

Недостатком этого способа является то, что он основан на использовании ручного способа закрепления марок, в результате чего снижается точность измерений за счет увеличения влияния человеческого фактора и недостатков алгоритма автоматического определения координат, а также увеличение трудозатрат и снижение уровня безопасности проведения работ.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерения координат контрольных точек объекта и снижение влияния человеческого фактора, а также общее повышение уровня безопасности проведения измерительных работ.

Поставленная задача достигается за счет того, что в предлагаемом изобретении для определения координат контрольной точки объекта с применением наземного лазерного сканера определяют элемент конструкции объекта, который характеризует собой пересечение не менее трех физических плоскостей, устанавливают наземный лазерный сканер на станции, выполняют сканирование контролируемого элемента конструкции объекта при помощи наземного лазерного сканера с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 1 до 10 мм, в результате чего определяют координаты точек отражения лазерного луча от поверхности контролируемого элемента конструкции объекта, передают результаты сканирования (скан) в ПЭВМ, с помощью специальной компьютерной программы регистрируют в ней скан и получают цифровую точечную трехмерную (3D) модель поверхности контролируемого элемента конструкции объекта, производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования с помощью специального программного обеспечения, позволяющего выполнить привязку скана к заданной системе координат, фильтрацию скана для удаления «шумовых» измерений, полученных при отражении от посторонних предметов, в этой же программе моделируют трехмерную виртуальную марку, автоматически апроксимируя векторный геометрический примитив «плоскость» в данные НЛС для каждой из физических плоскостей, виртуально находят точку их пересечения и определяют трехмерные координаты данной точки, при этом средняя квадратическая погрешность аппроксимации векторного геометрического примитива «плоскость» должна быть в соответствии с эксплуатационной документацией (ЭД).

Способ поясняется чертежом. На Фиг.1 представлена схема создания цифровой векторной трехмерной (3D) модели виртуальной марки, образованной за счет пересечения трех аппроксимированных в данные НЛС векторных геометрических примитивов «плоскость».

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

НЛС устанавливается на расстоянии от 10 до 150 м от контролируемого объекта, визуально определяют область с наличием физического пересечения не менее трех плоскостей конструкции контролируемого объекта и в соответствии с эксплуатационной документацией на прибор (ЭД), производят сканирование этой области и определяют координаты трехмерной виртуальной марки. Выполняют измерение расстояний при помощи встроенного лазерного дальномера, при этом для каждого измерения фиксируют вертикальные и горизонтальные углы. Шаг сканирования или разрешение (расстояние между смежными точками) должен быть в пределах от 1 до 10 мм на поверхности контролируемого объекта. После чего передают результаты сканирования (скан) в ПЭВМ и с помощью специальной компьютерной программы получают цифровую точечную трехмерную (3D) модель поверхности объекта. Результатом работ является «облако точек» лазерных отражений или «скан» поверхности объекта, производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования с помощью специального программного обеспечения, позволяющего выполнить привязку скана к заданной системе координат, фильтрацию скана для удаления «шумовых» измерений, полученных при отражении от посторонних предметов, в этой же программе моделируют трехмерную виртуальную марку, автоматически аппроксимируя векторный геометрический примитив «плоскость» в данные НЛС для каждой из физических плоскостей, являющихся элементами конструкции объекта, виртуально находят точку их пересечения и определяют трехмерные координаты данной точки, при этом средняя квадратическая погрешность аппроксимации векторного геометрического примитива «плоскость» должна быть в соответствии с эксплуатационной документацией (ЭД).

Предлагаемый инновационный способ позволяет определять координаты контрольной точки любых сложных конструкций, используя в качестве геодезической марки любой участок, принадлежащий этим конструкциям. Данный способ, основанный на бесконтактном дистанционном методе наземного лазерного сканирования, позволяет производить геодезический контроль инженерных объектов с высокой точностью, а также повысить безопасность проводимых измерительных работ.

Способ определения координат контрольной точки объекта с применением наземного лазерного сканера, при котором используют специальные геодезические марки, отличающийся тем, что определяют элемент конструкции объекта, который характеризует собой пересечение не менее трех физических плоскостей, устанавливают наземный лазерный сканер на станции, выполняют сканирование контролируемого элемента конструкции объекта при помощи наземного лазерного сканера с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 1 до 10 мм, в результате чего определяют координаты точек отражения лазерного луча от поверхности контролируемого элемента конструкции объекта, передают результаты сканирования (скан) в ПЭВМ, с помощью компьютерной программы регистрируют в ней скан и получают цифровую точечную трехмерную (3D) модель поверхности контролируемого элемента конструкции объекта, производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования, выполняют привязку скана к заданной системе координат, определяют параметры фильтрации для удаления из облака точек лазерных отражений не подлежащих измерению посторонних объектов, производят их фильтрацию в автоматическом режиме, в этой же программе моделируют трехмерную виртуальную марку, автоматически аппроксимируя векторный примитив «плоскость» в данные наземного лазерного сканирования для каждой из физических плоскостей, являющихся элементами конструкции объекта, виртуально находят точку их пересечения и определяют трехмерные координаты данной контрольной точки.

Изобретение относится к методике измерения расстояния до предмета с использованием стереоскопических изображений. Стереоскопическая камера включает в себя две камеры и блок вычисления, который вычисляет расстояние до предмета на основе изображений, полученных двумя камерами.

Лазерный целеуказатель-дальномер // 2539773

Изобретение относится к аппаратуре лазерного целеуказания и дальнометрии. Лазерный целеуказатель-дальномер содержит источник первичного питания, лазерный излучатель с лампой накачки, блок управления, блок питания лазерного излучателя, включающий источник заряда емкостного накопителя энергии и источник дежурной дуги для лампы накачки, которые содержат схемы управления, и обратноходовые импульсные преобразователи напряжения, включающие силовые ключи с датчиками тока индуктора, контроллеры преобразователей напряжения с узлами управления амплитудой тока силовых ключей, силовые трансформаторы и высоковольтные выпрямители.

Лазерный целеуказатель-дальномер // 2535240

Изобретение относится к военной технике, а именно к аппаратуре лазерного целеуказания и дальнометрии. Лазерный целеуказатель-дальномер содержит приемопередатчик с выходным зрачком излучающего канала, разъемом питания внешних абонентов, блоком накачки излучающего канала и элементом регулировки энергии накачки, датчиком стартового сигнала, устройством фотоприемным с фотодиодом и формирователем стопового сигнала в виде светодиода, блоком управления с измерителем временных интервалов, формирователем контрольного времени задержки, импульсным генератором питания формирователя стопового сигнала, строб-генератором, узлом опорной частоты, тестер энергии лазерного излучения, включающий фотоприемный блок с входным объективом, оптически сопрягаемым с выходным зрачком излучающего канала, и пульт управления и индикации, тестер частоты, включающий тактовый генератор, блок частотомера с индикаторами соответствия или несоответствия частоты повторения или кодовой последовательности импульсов лазерного излучения нормированным значениям с фотоприемником, оптически сопрягаемым с выходным зрачком излучающего канала.

Оптический способ измерения размеров и положения объекта и дальномер-пеленгатор // 2533348

Изобретение относится к области определения взаимного положения объектов, один из которых служит источником электромагнитного излучения в оптическом диапазоне, а второй - ее измерителем, и может использоваться для создания оптических дальномеров, пеленгаторов и другой оптической аппаратуры аналогичного назначения.

Способ определения состояния поверхности покрытия автомобильной дороги по ее геометрическим параметрам // 2526793

Изобретение относится к области геодезического контроля в дорожно-строительной отрасли. Техническим результатом изобретения является определение достоверных и точных значений геометрических параметров поверхности покрытия автомобильной дороги с помощью наземного лазерного сканера.

Способ функционирования рельсового транспортного средства // 2524410

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам. Способ функционирования рельсового транспортного средства, при котором на участке пути установлена точка движения по инерции, при достижении которой отключают тягу транспортного средства и оно движется по инерции до конца участка пути.

Лазерный целеуказатель-дальномер // 2522784

Изобретение относится к области лазерного целеуказания и дальнометрии и касается лазерного целеуказателя-дальномера. Лазерный целеуказатель-дальномер включает в себя приемопередатчик, систему наведения с измерителями горизонтального угла и угла места, треногу, источник питания, блок синхронизации со встроенной спутниковой навигационной системой и электронным измерителем барометрического давления, устройство для ориентирования на местности в виде лазерного гирокомпаса с опорным элементом для установки и фиксации на поворотной платформе системы наведения, оптический визир, а также радиостанцию для взаимодействия с внешними абонентами.

Измеритель линейных перемещений // 2522742

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться в геодезии, строительстве, системах контроля состояния сложных инженерных сооружений для выполнения высокоточных бесконтактных измерений и представляет собой измеритель линейных перемещений, включающий два источника радиосигналов, два приемника радиосигналов, два средства измерения временных интервалов и средство анализа и индикации.

Способ дистанционного определения экспозиции склона в контрольных точках лавинного очага с использованием лазерного дальномера // 2515098

Изобретение относится к способу определения экспозиции склона и может быть использовано для определения экспозиции склона лавинного очага. Сущность: с помощью лазерного дальномера, размещенного в долине, определяют расстояние (L1) до контрольной точки А на склоне, азимут и угол зондирования (β).

Способ юстировки направления визирной оси двухкамерной телевизионной системы и устройство для его осуществления // 2504915

Изобретение относится к телевизионной технике. Техническим результатом является повышение точности регулировки направления визирной оси телевизионной системы при сохранении различия в эксплуатационных значениях угловых полей зрения каждой из телекамер путем организации второго лазерного зондирования и формирования совмещенного изображения.

Установка для бестрассовой проверки лазерного дальномера // 2541677

Изобретение относиться к устройствам контроля дальности действия и чувствительности лазерных дальномеров без полевых испытаний и оценки предельных отклонений этих характеристик. Установка может быть испытана с любым лазерным дальномером, в котором дальность определяется по времени прохождения светового импульса от дальномера к наблюдаемому объекту и от объекта к прибору. Установка для бестрассовой проверки лазерного дальномера, содержащая ослабитель мощности лазерных импульсов проверяемого дальномера, устройство формирования стартового импульса, устройство сопряжения, персональный компьютер, источник питания лазерного излучателя, лазерный излучатель, оптическую систему формирования лазерного пучка, систему, обеспечивающую требуемую мощность импульса, приходящего в приемный канал дальномера, оптическую систему сопряжения с приемным каналом дальномера, через которую заводится с помощью оптической системы сетки и куб-призмы прицельная сетка в дальномер, питающаяся от отдельного источника питания. Технический результат - обеспечение измерения дальности действия дальномера, точности измерения дальности и чувствительности. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Система управления степенью производимого монтажа в судовом плавучем доке // 2581103

Изобретение относится к области судостроения и касается, в частности, монтажа блоков остова корабля в судовом плавучем доке. Предложена система управления степенью проведения монтажа в судовом плавучем доке, которая включает в себя: узел наблюдения, включающий в себя датчик осадки, расположенный в доке и измеряющий степень изгибания днища дока, и узел фотографирования, расположенный снаружи дока и измеряющий состояние боковых стенок дока; узел измерения, который размещается в доке и измеряет состояние блоков остова корабля, смонтированных в доке, в реальном времени; узел управления степенью монтажа, который размещается в доке и управляет степенью проведения монтажа в доке, которая изменяется согласно воздействию блоков остова корабля, смонтированных в доке; и контроллер, который анализирует текущую ситуацию дока и текущую ситуацию степени монтажа на основе информации, измеренной посредством узла наблюдения и узла измерения, и управляет узлом управления степенью монтажа, чтобы управлять степенью проведения монтажа в доке согласно результату анализа. Технический результат заключается в повышении эффективности проведения монтажных работ в судовом плавучем доке. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ определения и восстановления положения горизонтальной оси линейного инженерного объекта // 2591585

Изобретение относится к области геодезического контроля и может быть использовано для определения и восстановления положения горизонтальной оси любого сложного инженерного линейного объекта. В заявленном способе определения и восстановления положения горизонтальной оси линейного инженерного объекта по реперам планово-высотного обоснования производят геодезические измерения, в результате чего определяют вышеупомянутую горизонтальную ось и каждый раз, а после ее утраты, восстанавливают от этих же реперов. В данном способе на одном из реперов планово-высотного обоснования устанавливают наземный лазерный сканер (далее - НЛС), создают дополнительную местную сеть планово-высотного обоснования, в которой в качестве реперов используют твердые элементы конструкций линейного инженерного объекта, выполняют сканирование всех конструкций линейного инженерного объекта при помощи НЛС с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 2 до 10 мм и средней квадратической погрешностью 2 мм, в результате чего определяют координаты X, Y, Z точек отражения лазерного луча от поверхности всех конструкций линейного инженерного объекта, передают результаты сканирования (скан) в ПЭВМ, с помощью компьютерной программы регистрируют в ней скан и получают цифровую точечную метрическую трехмерную (3D) модель поверхности всех конструкций линейного инженерного объекта. Далее производят обработку данных результатов лазерного сканирования, определяют параметры фильтрации для удаления из облака точек лазерных отражений не подлежащих измерению посторонних объектов, производят их фильтрацию, выполняют привязку скана к заданной системе координат. В этой же программе виртуально моделируют вышеупомянутую горизонтальную ось, автоматически аппроксимируя векторный объект «горизонтальная ось» в данные НЛС и находя точки его соприкосновения с полученными данными НЛС, определяют трехмерные координаты X, Y, Z полученной виртуальной горизонтальной оси, принадлежащей линейному инженерному объекту. Технический результат - повышение точности определения и восстановления положения горизонтальной оси линейного инженерного объекта с применением наземного лазерного сканера. 3 ил.

Способ автоматического прицеливания по подвижной наземной цели // 2629130

Изобретение относится к информационно измерительным комплексам и системам управления боевыми летательными аппаратами (ЛА). Технический результат - расширение функциональных возможностей прицельных систем путем синтеза автоматической процедуры прицеливания по подвижной наземной цели для обеспечения эффективного применения неуправляемых авиационных средств поражения (АСП). Для этого в режиме оптимальной привязки к цели по измерениям обзорно-прицельной и инерциально-доплеровской систем определяют относительные координаты и параметры ее движения в осях географического сопровождающего трехгранника (ГСТ) ONHE. По ее окончании оптимальный фильтр переводят в режим прогноза параметров цели. Параллельно с процедурой привязки и прогноза рассчитывают компоненты скорости ветра и воздушной скорости объекта и цели в проекциях на оси связанной системы координат. По ним определяют угловые поправки на стрельбу и потребные для прицельной сопроводительной стрельбы углы ориентации объекта, используя которые формируют входные сигналы оптимального фильтра-идентификатора, оценивающего необходимые для управления текущие значения углов ориентации объекта относительно постоянно изменяющегося направления прицельной стрельбы и ошибки расчета угловой скорости вращения объекта. Оценки последних используют для коррекции составляющих угловой скорости объекта, а оценки углов отклонения объекта относительно направления прицельной стрельбы - для формирования сигналов управления объектом. За летчиком остается выполнение функции контроля качества управления объектом и нажатие боевой кнопки (БК). 4 ил.