模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法及所用的裝置的製作方法

2023-08-05 00:27:21 2

專利名稱：模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法及所用的裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於測繪學領域，具體涉及到一種用於地面機械模擬試驗內場地表面形貌的測量方法及裝置。
背景技術：
登月用的地面機械涉及到觸土部件與土壤的運動學及動力學關係，為了研究分析觸土部件的性能，優化其參數，需要在模擬試驗場內進行模擬試驗。模擬試驗場地由各種成分的土壤構成，根據需要將場地內的土壤整備成各種形貌。形貌整備過程中需要測量形貌特徵點的幾何參數，整備完成後需要檢驗形貌幾何參數的確定性，這些工作都需要精確快速的測量方法與裝置。試驗場地內的模擬土壤是易變形狀態，與其表面的任何接觸都會破壞其原有的力學性能。因此對模擬月壤表面形貌的測量，必須採用非接觸式測量技術。雷射測距儀是新型的非接觸式測量儀器，具有精度高、效率高、操作方便的特點。然而單臺雷射測距儀只能完成兩點間距離的測量，無法測量點的三維坐標。

發明內容
本發明的目的是提供一種可以快速準確地完成試驗場地表面特徵點的非接觸三維坐標測量的模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法。本發明的另一目的是提供一種擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法所用的裝置。本發明的原理是通過測量已知坐標的空間三點到被測量點的距離，計算出被測點的三維坐標。如圖1所示，圖中設PA = La ；PB = Lb ;PC = Lc分別為雷射測距儀測得的對應感光點至被測點長度，設A點為坐標原點，A、B、C高度相同(Z1 = & = & = H)。已知坐標 A (OOH)，B (XB Yb H)，C (Xc Yc H)，求被測 P (X、Y、Z)點坐標，X、Y、Z。根據空間距離計算公式可得空間點P的位置坐標為X = (Xb2+Yb2+La2_Lb2) / 2Xb- (XcYbLb2-XcYbLa2-Xb2XcYb-XcYb3+XbXc2Yb+XbYbYc2+XbYbLa2-XbYb Lc2) / (2XB2YC-2XBYBXC)Y = (XcLb2-XcLa2-XcXb2-XcYb2+XbXc2+XbYc2-XbLc2+XbLa2) / (2XbYc-2YbXc)Z根據被測點位置有兩個解Z = H+E (P高於雷射測距儀高度)或Z = H-E (P低於雷射測距儀高度)其中，E = [La2- (Xb4+Xb2Yb2+Yb4+2Xb2La2+2Yb2La2-2Xb2Lb2-2Yb2Lb2+La4-2La2Lb2+Lb4) /4Xb2+ [XcYb ( Lb2-La2-Xb2-Yb2) (Xb2+Yb2+La2_Lb2) +XbYb (Xc2+Yc2+La2_LC2) (Xb2+Yb2+LA2_Lb2) ] / (2XB3YC-2XB2YBXC)" (Xc Υβ「2_Χ。Υβ[α2_Χ。ΥβΧβ2_Χ。ΥβYb2+XbYbXc2+XbYbY。2+XbYbLa2-XbYbLc2) V4/ (Xb2Yc-XbYbXc) 2~ (XCLB2-XCLA2_X ￠: 2- Yb2+XbXc2+Xb Y。2+XbLa2_XbLc2) 2 / 4/ (XBYC_YBXC) 2]。■ 50本發明之模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法是利用三臺雷射測距儀分別測量三個已知點到被測點的距離，三個已知點到被測點的距離數據輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計算出被測點的三維坐標，通過測量各種幾何形貌的特徵點坐標，中央處理器CPU計算出被測表面形貌的幾何參數。如通過測量坡面上不在同一條直線的三個點的三維坐標，中央處理器CPU計算出坡面的角度；通過測量圓周上三個點的坐標，確定圓心坐標。本發明之模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法所用的裝置是由三臺雷射測距儀、三個電動雲臺、三個支架和中央處理器CPU組成，雷射測距儀通過電動雲臺設置在支架上，電動雲臺由中央處理器CPU控制運動，三臺雷射測距儀測量的三個已知點到被測點的距離數據輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計算出被測點的三維坐標，通過測量各種幾何形貌的特徵點坐標，中央處理器CPU計算出被測表面形貌的幾何參數。如通過測量坡面上不在同一條直線的三個點的三維坐標，中央處理器CPU計算出坡面的角度；通過測量圓周上三個點的坐標，確定圓心坐標，通過給定某點的三維坐標，輸入中央處理器計算後，由CPU控制雲臺運動，找到相應的點。本發明的有益效果是本發明運用三臺雷射測距儀的組合測量，實現了對模擬試驗場地表面特徵點三維坐標的測量，進而通過中央處理器CPU計算出場地表面形貌參數； 相比較拍照法表面形貌非接觸測量方法，本發明測量精度高，測量速度快，成本低。本發明還可應用在其他不宜或難於接觸物體的幾何特徵的測量，如橋梁繞度、高樓及鐵塔擺度等難於接觸物體幾何變動量的測量。


圖1是本發明之測量方法的原理示意圖。圖2是本發明之測量方法所用裝置的結構示意圖。圖3是本發明之測量方法的第一實施例示意圖。圖4是本發明之測量方法的第二實施例示意圖。圖5是本發明之測量方法的第三實施例示意圖。
具體實施例方式如圖2所示，在試驗場地設定位置處設置三臺雷射測距儀1，雷射測距儀1通過電動雲臺安裝在支架2上，電動雲臺由中央處理器CPU控制運動，旋轉支架2上的電動雲臺， 可以調整雷射測距儀1的測量角度，使三個測距儀1測量出被測點到雷射發射點的距離。配合圖1所示，由於三個雷射發射點的三維坐標是已知的，從而通過三點到被測點的距離，由中央處理器CPU計算出被測點P的坐標。三個雷射測距儀1的位置是按照測量方便任意設置的，雷射測距儀1的位置設定後，在中央處理器CPU中輸入三個雷射測距儀1發射點的三維坐標，中央處理器CPU可以根據輸入的坐標進行自動修正。中央處理器CPU中可以定義三個測量點的坐標，可以定義雷射測距儀類型。實施例1 如圖3所示，被測場地為直徑30m的圓形，選用最大測距為30m的雷射測距儀三臺，A、B、C三臺雷射測距儀平面坐標分別為(0，0，4.2 ;0，50，4.2 ;50，0，4.2 ；單位:m)，雷射發射點距離地面高度為4. an。實施例2
如圖4所示，被測場地為半徑35mX 35m的正方形，選用最大測距為50m的雷射測距儀三臺，三臺雷射測距儀的位置分別位於A、B、C三點，A、B、C三點的坐標分別為(0，0， 7 ；38,0,7 ；50,0,7 ；單位:m)。實施例3 如圖5所示，被測場地為長30m寬的長方形土槽，選用最大測距為40m的雷射測距儀三臺，三臺雷射測距儀坐標分別為(0，0，，1 ;33，0，1 ;0，5，1 ；單位:m)，雷射發射點距離地面高度為lm。
權利要求
1.一種模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法，該方法是利用三臺雷射測距儀分別測量三個已知點到被測點的距離，三個已知點到被測點的距離數據輸入給中央處理器CPU， 由中央處理器CPU計算出被測點的三維坐標，通過測量各種幾何形貌的特徵點坐標，中央處理器CPU計算出被測表面形貌的幾何參數。
2.一種模擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法所用的裝置，其特徵在於是由三臺雷射測距儀、三個電動雲臺、三個支架和中央處理器CPU組成，雷射測距儀通過電動雲臺設置在支架上，電動雲臺由中央處理器CPU控制運動，三臺雷射測距儀測量的三個已知點到被測點的距離數據輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計算出被測點的三維坐標，通過測量各種幾何形貌的特徵點坐標，中央處理器CPU計算出被測表面形貌的幾何參數。
全文摘要
本發明公開了一種擬試驗場地非接觸三維坐標測量方法及所用的裝置，該方法利用三臺雷射測距儀分別測量三個已知點到被測點的距離，測量數據輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計算出被測點的三維坐標，通過測量各種幾何形貌的特徵點坐標，中央處理器CPU計算出被測表面形貌的幾何參數；如通過測量坡面上不在同一條直線的三個點的三維坐標，中央處理器CPU計算出坡面的角度；通過測量圓周上三個點的坐標，確定圓心坐標；所用的裝置是由三臺雷射測距儀、三個電動雲臺、三個支架和中央處理器CPU組成，雷射測距儀通過電動雲臺設置在支架上，三臺雷射測距儀測量的三個已知點到被測點的距離數據輸入給中央處理器CPU；本發明測量精度高，測量速度快，成本低。
文檔編號G01C7/02GK102353329SQ20111024342
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月24日 優先權日2011年8月24日
發明者何玲, 劉慶平, 張銳, 李因武, 李建橋, 李豪, 楊豔靜, 樊世超, 王洋, 範文峰, 鄒猛 申請人:吉林大學