專利名稱：模擬試驗(yàn)場(chǎng)地非接觸三維坐標(biāo)測(cè)量方法及所用的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)繪學(xué)領(lǐng)域，具體涉及到一種用于地面機(jī)械模擬試驗(yàn)內(nèi)場(chǎng)地表面形貌的測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
登月用的地面機(jī)械涉及到觸土部件與土壤的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)關(guān)系，為了研究分析觸土部件的性能，優(yōu)化其參數(shù)，需要在模擬試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行模擬試驗(yàn)。模擬試驗(yàn)場(chǎng)地由各種成分的土壤構(gòu)成，根據(jù)需要將場(chǎng)地內(nèi)的土壤整備成各種形貌。形貌整備過(guò)程中需要測(cè)量形貌特征點(diǎn)的幾何參數(shù)，整備完成后需要檢驗(yàn)形貌幾何參數(shù)的確定性，這些工作都需要精確快速的測(cè)量方法與裝置。試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)的模擬土壤是易變形狀態(tài)，與其表面的任何接觸都會(huì)破壞其原有的力學(xué)性能。因此對(duì)模擬月壤表面形貌的測(cè)量，必須采用非接觸式測(cè)量技術(shù)。激光測(cè)距儀是新型的非接觸式測(cè)量?jī)x器，具有精度高、效率高、操作方便的特點(diǎn)。然而單臺(tái)激光測(cè)距儀只能完成兩點(diǎn)間距離的測(cè)量，無(wú)法測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以快速準(zhǔn)確地完成試驗(yàn)場(chǎng)地表面特征點(diǎn)的非接觸三維坐標(biāo)測(cè)量的模擬試驗(yàn)場(chǎng)地非接觸三維坐標(biāo)測(cè)量方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種擬試驗(yàn)場(chǎng)地非接觸三維坐標(biāo)測(cè)量方法所用的裝置。本發(fā)明的原理是通過(guò)測(cè)量已知坐標(biāo)的空間三點(diǎn)到被測(cè)量點(diǎn)的距離，計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。如圖1所示，圖中設(shè)PA = La ；PB = Lb ;PC = Lc分別為激光測(cè)距儀測(cè)得的對(duì)應(yīng)感光點(diǎn)至被測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)度，設(shè)A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，A、B、C高度相同(Z1 = & = & = H)。已知坐標(biāo) A (OOH)，B (XB Yb H)，C (Xc Yc H)，求被測(cè) P (X、Y、Z)點(diǎn)坐標(biāo)，X、Y、Z。根據(jù)空間距離計(jì)算公式可得空間點(diǎn)P的位置坐標(biāo)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(jù)被測(cè)點(diǎn)位置有兩個(gè)解Z = H+E (P高于激光測(cè)距儀高度)或Z = H-E (P低于激光測(cè)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(fā)明之模擬試驗(yàn)場(chǎng)地非接觸三維坐標(biāo)測(cè)量方法是利用三臺(tái)激光測(cè)距儀分別測(cè)量三個(gè)已知點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的距離，三個(gè)已知點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過(guò)測(cè)量各種幾何形貌的特征點(diǎn)坐標(biāo)，中央處理器CPU計(jì)算出被測(cè)表面形貌的幾何參數(shù)。如通過(guò)測(cè)量坡面上不在同一條直線的三個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，中央處理器CPU計(jì)算出坡面的角度；通過(guò)測(cè)量圓周上三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，確定圓心坐標(biāo)。本發(fā)明之模擬試驗(yàn)場(chǎng)地非接觸三維坐標(biāo)測(cè)量方法所用的裝置是由三臺(tái)激光測(cè)距儀、三個(gè)電動(dòng)云臺(tái)、三個(gè)支架和中央處理器CPU組成，激光測(cè)距儀通過(guò)電動(dòng)云臺(tái)設(shè)置在支架上，電動(dòng)云臺(tái)由中央處理器CPU控制運(yùn)動(dòng)，三臺(tái)激光測(cè)距儀測(cè)量的三個(gè)已知點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過(guò)測(cè)量各種幾何形貌的特征點(diǎn)坐標(biāo)，中央處理器CPU計(jì)算出被測(cè)表面形貌的幾何參數(shù)。如通過(guò)測(cè)量坡面上不在同一條直線的三個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，中央處理器CPU計(jì)算出坡面的角度；通過(guò)測(cè)量圓周上三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，確定圓心坐標(biāo)，通過(guò)給定某點(diǎn)的三維坐標(biāo)，輸入中央處理器計(jì)算后，由CPU控制云臺(tái)運(yùn)動(dòng)，找到相應(yīng)的點(diǎn)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明運(yùn)用三臺(tái)激光測(cè)距儀的組合測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)模擬試驗(yàn)場(chǎng)地表面特征點(diǎn)三維坐標(biāo)的測(cè)量，進(jìn)而通過(guò)中央處理器CPU計(jì)算出場(chǎng)地表面形貌參數(shù)； 相比較拍照法表面形貌非接觸測(cè)量方法，本發(fā)明測(cè)量精度高，測(cè)量速度快，成本低。本發(fā)明還可應(yīng)用在其他不宜或難于接觸物體的幾何特征的測(cè)量，如橋梁繞度、高樓及鐵塔擺度等難于接觸物體幾何變動(dòng)量的測(cè)量。


圖1是本發(fā)明之測(cè)量方法的原理示意圖。圖2是本發(fā)明之測(cè)量方法所用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明之測(cè)量方法的第一實(shí)施例示意圖。圖4是本發(fā)明之測(cè)量方法的第二實(shí)施例示意圖。圖5是本發(fā)明之測(cè)量方法的第三實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，在試驗(yàn)場(chǎng)地設(shè)定位置處設(shè)置三臺(tái)激光測(cè)距儀1，激光測(cè)距儀1通過(guò)電動(dòng)云臺(tái)安裝在支架2上，電動(dòng)云臺(tái)由中央處理器CPU控制運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)支架2上的電動(dòng)云臺(tái)， 可以調(diào)整激光測(cè)距儀1的測(cè)量角度，使三個(gè)測(cè)距儀1測(cè)量出被測(cè)點(diǎn)到激光發(fā)射點(diǎn)的距離。配合圖1所示，由于三個(gè)激光發(fā)射點(diǎn)的三維坐標(biāo)是已知的，從而通過(guò)三點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的距離，由中央處理器CPU計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)P的坐標(biāo)。三個(gè)激光測(cè)距儀1的位置是按照測(cè)量方便任意設(shè)置的，激光測(cè)距儀1的位置設(shè)定后，在中央處理器CPU中輸入三個(gè)激光測(cè)距儀1發(fā)射點(diǎn)的三維坐標(biāo)，中央處理器CPU可以根據(jù)輸入的坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)修正。中央處理器CPU中可以定義三個(gè)測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)，可以定義激光測(cè)距儀類型。實(shí)施例1 如圖3所示，被測(cè)場(chǎng)地為直徑30m的圓形，選用最大測(cè)距為30m的激光測(cè)距儀三臺(tái)，A、B、C三臺(tái)激光測(cè)距儀平面坐標(biāo)分別為(0，0，4.2 ;0，50，4.2 ;50，0，4.2 ；單位:m)，激光發(fā)射點(diǎn)距離地面高度為4. an。實(shí)施例2
如圖4所示，被測(cè)場(chǎng)地為半徑35mX 35m的正方形，選用最大測(cè)距為50m的激光測(cè)距儀三臺(tái)，三臺(tái)激光測(cè)距儀的位置分別位于A、B、C三點(diǎn)，A、B、C三點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(0，0， 7 ；38,0,7 ；50,0,7 ；單位:m)。實(shí)施例3 如圖5所示，被測(cè)場(chǎng)地為長(zhǎng)30m寬的長(zhǎng)方形土槽，選用最大測(cè)距為40m的激光測(cè)距儀三臺(tái)，三臺(tái)激光測(cè)距儀坐標(biāo)分別為(0，0，，1 ;33，0，1 ;0，5，1 ；單位:m)，激光發(fā)射點(diǎn)距離地面高度為lm。
權(quán)利要求
1.一種模擬試驗(yàn)場(chǎng)地非接觸三維坐標(biāo)測(cè)量方法，該方法是利用三臺(tái)激光測(cè)距儀分別測(cè)量三個(gè)已知點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的距離，三個(gè)已知點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)輸入給中央處理器CPU， 由中央處理器CPU計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過(guò)測(cè)量各種幾何形貌的特征點(diǎn)坐標(biāo)，中央處理器CPU計(jì)算出被測(cè)表面形貌的幾何參數(shù)。
2.一種模擬試驗(yàn)場(chǎng)地非接觸三維坐標(biāo)測(cè)量方法所用的裝置，其特征在于是由三臺(tái)激光測(cè)距儀、三個(gè)電動(dòng)云臺(tái)、三個(gè)支架和中央處理器CPU組成，激光測(cè)距儀通過(guò)電動(dòng)云臺(tái)設(shè)置在支架上，電動(dòng)云臺(tái)由中央處理器CPU控制運(yùn)動(dòng)，三臺(tái)激光測(cè)距儀測(cè)量的三個(gè)已知點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過(guò)測(cè)量各種幾何形貌的特征點(diǎn)坐標(biāo)，中央處理器CPU計(jì)算出被測(cè)表面形貌的幾何參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種擬試驗(yàn)場(chǎng)地非接觸三維坐標(biāo)測(cè)量方法及所用的裝置，該方法利用三臺(tái)激光測(cè)距儀分別測(cè)量三個(gè)已知點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的距離，測(cè)量數(shù)據(jù)輸入給中央處理器CPU，由中央處理器CPU計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過(guò)測(cè)量各種幾何形貌的特征點(diǎn)坐標(biāo)，中央處理器CPU計(jì)算出被測(cè)表面形貌的幾何參數(shù)；如通過(guò)測(cè)量坡面上不在同一條直線的三個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，中央處理器CPU計(jì)算出坡面的角度；通過(guò)測(cè)量圓周上三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，確定圓心坐標(biāo)；所用的裝置是由三臺(tái)激光測(cè)距儀、三個(gè)電動(dòng)云臺(tái)、三個(gè)支架和中央處理器CPU組成，激光測(cè)距儀通過(guò)電動(dòng)云臺(tái)設(shè)置在支架上，三臺(tái)激光測(cè)距儀測(cè)量的三個(gè)已知點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)輸入給中央處理器CPU；本發(fā)明測(cè)量精度高，測(cè)量速度快，成本低。
文檔編號(hào)G01C7/02GK102353329SQ20111024342
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者何玲, 劉慶平, 張銳, 李因武, 李建橋, 李豪, 楊艷靜, 樊世超, 王洋, 范文峰, 鄒猛 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)