JJF 1406-2013

1 空间相对距离示值误差2 5.2 一致性示值误差2 6 校准条件2 6.1 环境条件2 6.2 校准设备3 7 校准项目和校准方法3 7.1 校准项目3 7.2 校准前准备3 7.3 空间相对距离示值误差6 7.4 一致性示值误差6 8 校准结果表达7 9 复校时间间隔8 附录A 船载水陆一体化点云测距系统检校方法9 附录B 基于半径约束的球型靶标球心坐标拟合方法11 附录C 船载水陆一体化点云测距系统校准记录表格式13 附录D 船载水陆一体化点云测距系统校准证书内页格式14 附录E 船载水陆一体化点云测距系统校准评定示例16 引言 JJF 1071《国家计量校准规范编写规则》、JJF 1001《通用计量术语与定义》、JJF 1059.1《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。 本规范为首次发布。 船载水陆一体化点云测距系统校准规范范围本规范适用于船载水陆一体化点云测距系统的校准。 引用文件本规范引用了下列文件: JJF 1406—2013 地面激光扫描仪校准规范 JJG 100—2003 全站型电子速测仪 JJG 741—2022 标准钢卷尺 HY/T 0350—2023 船载海陆地形地貌一体化调查技术要求 CH/T 8023—2011 机载激光雷达数据处理技术规范凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。 术语 3.1 点云 point cloud 以离散、不规则方式分布在三维空间中的点的集合。 [CH/T 8023—2011,术语和定义3.3] 3.2 球型靶标 spherical target 具有几何中心并可用于校准的球型扫描目标。 [改写 JJF 1406—2013,术语和定义3.1] 3.3 空间相对距离 relative distance 在空间中,球型靶标球心之间的相对距离。 3.4 球棒 ball bar 通过刚性结构连接两个靶标构成的标准器。 [JJF 1406—2013,术语和定义3.5] 3.5 一致性 consistency 是指船载水陆一体化点云测距系统所测水上部分点云与水下部分点云在水平面内和垂直面内的符合程度。 概述船载水陆一体化点云测距系统是(简称点云测距系统)以水面船只(含无人船)为载体将多种传感器集成于一体,采用条带测量的方式,同步获取近岸水上及水下地形点云数据。水上部分通常采用三维激光扫描仪,水下部分通常采用多波束测深仪,利用定位仪和姿态仪获取三维激光扫描仪和多波束测深仪的位置和姿态信息,通过计算机对各传感器的数据进行融合计算,形成水上及水下地形的点云成果,点云测距系统构成见图1。 12341234 1 2 3 4 1 2 3 4 图1 点云测距系统构成 5 计量特性 5.1 空间相对距离示值误差水上部分空间相对距离示值误差不大于0.3 m,水下部分空间相对距离示值误差不大于0.5 m。 5.2 一致性示值误差水平面内的一致性示值误差不超过0.3 m,垂直面内的一致性示值误差不超过0.2 m。 注:示值误差要求不作为仪器设备合格判读的依据。 6 校准条件 6.1 环境条件 6.1.1 水上环境条件环境条件要求如下: 室温:-10°C ~ 40°C。 空气相对湿度:应不大于90%。 点云测距系统校准不应受到强磁场、电场、障碍物阻挡以及反光物反光和阳光直射等光的干扰。 6.1.2 水下环境条件环境条件要求如下: 水温:0°C ~ 40°C。 系统的校准不应受到强磁场、电场、声波干扰,水下障碍物的阻挡。 6.2 校准设备 6.2.1 计量标准器计量校准装置或标准器具校准标准要求如下: 球棒:应包含球型靶标和连接杆;球型靶标表面应漫反射,无投射型靶标(推荐选用表面喷砂处理的不锈钢制品),直径不小于0.5 m,直径变化量不大于3 mm;连接杆(推荐选用不锈钢制品)长度5 m,每隔0.3 m应设置定位点,各定位点距两球型靶标球心连线的距离不大于3 mm,见图2。 12341234 1 2 3 4 1 2 3 4 图2 球棒示意图 1——球型靶标1;2——定位点;3——连接杆;4——球型靶标2; 全站仪:测距I级,测角最大允许误差±0.5",免棱镜。 钢卷尺:测量范围0 m ~10 m,准确度等级II级。 6.2.2辅助设备室外试验平台:便于安装校准装置,水底平台,水深大于7 m,无水流,便于船舶航行。 7 校准项目和校准方法 7.1 校准项目校准项目见表1。 表1 校准项目序号项目名称校准方法 1 空间相对距离示值误差 7.3 2 一致性示值误差 7.4 7.2 校准前准备 7.2.1 校准装置安装球棒安装前,使用钢卷尺测量各定位点至连接杆一端的距离,测量3次取算术平均值作为最终结果。 将3组球棒安装至试验平台,保持球棒铅锤,各球棒的间距互不相等且不小于3m,水上球型靶标球心不共线且不在同一高度,距离水面高度不小于2 m,安装示意图,见图3。 12341234 1 2 3 4 1 2 3 4 图3 球棒安装侧视示意图 1——球棒1;2——球棒2;3——球棒3;4——水面; 任意设站架设全站仪,精确整平,测量过程中应保持全站仪稳定。 采用测站坐标系,使用全站仪分别测量各球棒定位点的三维坐标(见图4),测量不少于3次。 132132 1 3 2 1 3 2 图4 全站仪测量定位点示意图 1——球棒;2——全站仪;3——定位点; 根据定位点的测站坐标,按公式(1)确定球棒定位点连线的直线方程。 (1) 式中: —为直线的法向量,m; —为定位点的测站坐标,m; —为直线上任意一点的测站坐标,m; 按公式(2)、(3)、(4)计算球型靶标的球心坐标。 (2) (3) (4) 式中: —同一球棒定位点与水上或水下球型靶标球心的空间距离,m; —在测站坐标系下,水上或水下球型靶标球心的坐标,m; 按公式(5)和公式(6)计算水上和水下部分各球型靶标球心的空间相对距离的标准值,并取算术平均值作为最终结果。 (5) (6) 式中: —水上球型靶标球心的空间相对距离的标准值,m; —水下球型靶标球心的空间相对距离的标准值,m; —为球棒个数,取值范围1~2。 按照公式(7)和公式(8)计算水上与水下球型靶标球心在水平面内的投影距离和在垂直面内的投影距离的标准值,并取算术平均值作为最终结果。 (7) (8) 式中: —同一球棒水上与水下球型靶标球心在水平面内的投影距离标准值,m; —同一球棒水上与水下球型靶标球心在垂直面内的投影距离标准值,m; —为球棒个数,取值范围1~3。 —同一球棒水上球型靶标球心的测站坐标,m; —同一球棒水下球型靶标球心的测站坐标,m; 7.1.2 设备准备检查确认点云测距系统各传感器安装无松动,按键、开关均能正常工作。 接通各传感器,按使用说明书要求进行预热。 点云测距系统校准前宜对各传感器的安装偏差进行检校,检校方法见附录A。 完成点云测距系统检校后,将各传感器安装偏差输入采集软件,并检查各传感器设置参数。 在距校准装置4 m和8 m处布设计划线,并导入点云测距系统导航软件中。 7.3 空间相对距离示值误差按照计划线测量球棒水上和水下球型靶标,船速不超过2节; 数据采集及数据处理参照 HY/T 0350-2023中6和7规定执行,并形成水上部分及水下部分点云成果; 提取球型靶标点云,使用半径约束的球型拟合法(附录B),分别拟合水上和水下球型靶标的球心坐标; 按照公式(9)分别计算点云测距系统所测水上或水下球型靶标球心的空间相对距离示值。 (9) 式中: —点云测距系统所测水上或水下各球型靶标球心的空间相对距离示值,m; —点云测距系统所测水上或水下球型靶标球心的坐标,m; —为球棒个数,取值范围1~2。 按照公式(10)和公式(11)分别计算点云测距系统水上或水下部分的球型靶标球心的空间相对距离的示值误差; (10) (11) 式中: —点云测距系统水上部分球型靶标球心的空间距离示值误差,m; —点云测距系统水下部分球型靶标球心的空间距离示值误差,m; —点云测距系统所测水上或水下各球型靶标球心的空间相对距离的示值,m; —为球棒个数,取值范围1~2。 重复a)—e)步骤3次,分别计算系统水上部分或水下部分球型靶标的空间相对距离示值误差的算术平均值; 7.4 一致性示值误差按7.2 a)—c)步骤,获取点云测距系统所测球型靶标点云成果,根据公式(12)计算同一球棒水上和水下球型靶标球心在水平面内的投影距离,作为水平方向一致性校准的示值; (12) 式中: ——点云测距系统所测两球型靶标球心在水平面内的投影距离示值,m; ——点云测距系统所测水上球型靶标球心坐标,m; ——点云测距系统所测水下球型靶标球心坐标,m; ——为球棒个数,取值范围1~3。 按7.3节 a)—c)步骤,获取点云测距系统所测球型靶标点云成果,根据公式(13)计算同一球棒水上和水下球型靶标球心在垂直面内的投影距离,作为垂直方向一致性校准的示值; (13) 式中: —点云测距系统所测两球型靶标球心在垂直面内的投影距离示值,m; —点云测距系统测量的水上球型靶标球心高程,m; —点云测距系统测量的水下球型靶标球心高程,m; —为球棒个数,取值范围1~3。 按照公式(14)和公式(15)计算点云测距系统在水平方向和垂直方向的一致性示值误差; (14) (15) 式中: —点云测距系统在水平方向的一致性示值误差,m; —点云测距系统在垂直方向的一致性示值误差,m; —为球棒个数,取值范围1~3。