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加权整体最小二乘坐标匹配算法在机场道面测量中的应用.docx
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加权整体最小二乘坐标匹配算法在机场道面测量中的应用.docx
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摘要
针对机场道面高程测量范围大、精度要求高,三维激光扫描仪常规流程方法难以达到道面测量要求
的问题。本文首先分析并使用加权整体最小二乘坐标匹配算法,不仅解决平面和高程精度要求不一
致的问题,而且有效减少扫描仪不能整平带来的误差。其次,设计了仪器架设、靶标点布设和放置
的整体外业测量方案。最后,通过实例数据分析和比较,得出结论:采用本文方法,可以有效提高
成果精度和外业采集效率,满足高精度道面高程测量的要求。
Abstract
The large range and the high precision demand of airport pavement elevation
measurement makes it difficult for the conventional flow method of 3D Laser
Scanner to meet the requirements of pavement measurement. Firstly, the
weighted global least squares coordinate matching algorithm is analyzed and used,
which not only solves the problem of different plane and elevation precision
requirements, but also effectively reduces the errors caused by the scanner not
leveling. Secondly, an overall field measurement scheme is designed for
instrument erection, target arrangement and placement. Finally, through the
analysis and comparison of case data, it concludes that this method can not only
effectively improve the precision of results and the efficiency of field measurement,
but also meet the requirements of high‐precision pavement elevation
measurement.
译
关键词
地面三维激光扫描仪; 板角高程测量; 三维坐标转换; 加权整体最小二乘; 非线性最小化算法
Keywords
terrestrial 3D laser scanner, elevation measurement of pavement plate
corner; three‐dimensional coordinate transformation; global weighted total least
squares; non‐linear minimization algorithm
译
机场道面高程图(也称为板角高程图)测量一般在机场改扩建设计前或者机场建设竣工后进行。板
角高程测量精度至毫米
[ 1]
,一般尾数为估读,且板角点相对临近水准点高程中误差不大于 5 mm,
极限误差不大于 1 cm,因此可 认为,板角高程测量的精度要求优于 1 cm。传统 的测量方 法将平
面数据和高程数据分开进行采集,然后一一对应合并(一个机场大概 3 万个数据),过程繁琐,工
作效率低下,且很容易出现错误。地面三维激光扫描仪(terrestrial laser scanner, TLS)发展
已经 30 多年,特别是近 10 年来,精度高、测速快的扫描仪已经逐渐走进各个应用领域
[ 2]
,比如
工程测量
[ 3]
、文物保护
[ 4]
、工业测量
[ 5]
、交通道路测量
[ 6-8 ]
等,极大提高了工作效率。
但根据机场道面高程测量中的精度要求,采用常规扫描仪流程,主要存在以下 3 个主要问题:一是
靶标控制点的高程精度要足够高,且测量过程中需要尽量减少“量高误差”;二是由于道面测量对平
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