Сосса Б. Р. Методи і моделі підвищення точності наземного лазерного сканування за даними калібрування

Виокремлено складові систематичної похибки визначення координат. Розроблено модель попереднього оцінювання впливу складових систематичної похибки в розрізі універсальної моделі похибок інструмента. Розглянуто вплив зазначених складових на отримані координати шляхом здійснення апріорного симуляційного моделювання отриманих результатів методом Монте-Карло з внесеною систематичною похибкою (дані до калібрування) та з її відсутністю (дані після калібрування). Визначено вплив кожної із зазначених складових та доведено значний вплив складової за виміряну відстань у точність визначення координат. Для отримання діапазону відстаней, на яких можливо проводити калібрування було проведено дослідження мінімального розміру площинного ТОК та було встановлено мінімально необхідні розміри ТОК для однозначного визначення плоскої, сферичної та циліндричної площини. Було проведено дослідження з внесенням похибки в одну з точок, що визначають сферу або циліндр та наступним розрахунком кількості точок, необхідних для визначення площини. Розглянуто критерії прийнятності в 5%, 10% і 20% зміщення координат центру відносно зміщення координат точки, в яку внесено похибку. Для задач калібрування НЛС запропоновано використовувати критерій прийнятності в розмірі 10%. Також визначено максимальні відстані до площинних ТОК з урахуванням їх стандартних розмірів та найпоширеніших режимів сканування. Розглянуто критерії вибору тестових об’єктів та запропоновано використовувати точкові ТОК для проведення калібрування як такі, що дозволяють проведення калібрування віддалемірного блока. Запропоновано систему статистичного оцінювання ручного і автоматичного режимів визначення координат з хмари точок шляхом порівняння СКП відстаней між точками та розроблено алгоритм оцінки доброякісності вимірювань з метою вибору оптимального режиму при калібруванні. Розроблено методичні основи проектування калібрувального полігону на основі досліджених типів ТОК та за визначеними максимальними відстанями. За основу проектування запропоновано взяти величини мінімальних вертикальних і горизонтальних кутів між тестовими об’єктами. За розробленими методичними основами було розраховано кількість ТОК і запропоновано їх конфігурацію для заданих мінімальних кутів. Запропоновано здійснити роздільний розрахунок трансформації і калібрування параметрів, для чого проведено модифікацію математичної моделі. Для пошуку параметрів трансформації між системами координат полігона та сканера пропонується використовувати алгоритм Кабша-Умеями. Було запропоновано спрощення чисельного розв’язку задачі калібрування методом найменших квадратів шляхом проведення оберненої трансформації координат з СК полігона в СК сканера і наступним розрахунком параметрів калібрування через визначену модель впливу систематичних похибок. Також було розглянуто нелінійний спосіб пошуку параметрів калібрування і створено програму в комплексі Mathcad для нелінійного розв’язання цієї задачі. Проведено практичну апробацію проведених досліджень та проаналізовано її результати. Для проведення калібрування було створено калібрувальний полігон. Координати тестових об’єктів калібрування визначено з кожної станції сканування і за допомогою високоточного електронного тахеометра За розробленою модифікацією математичної моделі було проведено розрахунки лінійним і нелінійним способом. За результатами оцінки точності даних до та після проведення калібрування було доведено: •збільшення повноти даних через поворот сканера дозволяє частково вирішити проблему неможливості закріплення запроектованих марок і покращує точність визначення параметрів калібрування; •використання алгоритму Кабша-Умеями дозволяє розрахувати оптимальну матрицю повороту і вектор зміщення при наявності грубих помилок у вимірах та просте для чисельного розв’язання; •розв’язання задачі пошуку параметрів калібрування лінійним та нелінійним способом дає практично, однакові результати; •запропонований спосіб визначення параметрів калібрування доступний для користувачів систем НЛС в звичайних умовах без використання високоточного обладнання та спеціалізованого програмного забезпечення. Також зроблено загальний висновок про те, що внесення параметрів калібрування у дані, отримані способом НЛС, дозволяє підвищити точність цих систем до рівня, що відповідає нормативним вимогам виконання інженерно-геодезичних робіт при супроводженні будівництва.