Criteria for choosing test objects type for terrestrial laser scanners calibration

Abstract

Калібрування наземних лазерних сканерів дозволяє підвищити точність отриманих даних з ціллю дотримання нормативних вимог для проведення інженерно-геодезичних робіт. При калібруванні використовують два типи тестових об’єктів: точкові та площинні. Метою цієї роботи є оцінка, узагальнення та класифікація критеріїв вибору типу та підтипу тестових об’єктів для проведення калібрування (ТОК) наземних лазерних сканерів. Влаштування калібрувального полігону виконується з урахуванням мінімізації можливих похибок, можливості захоплення максимального поля зору і діапазону відстаней тощо. Тому розглянуто критерії вибору, систематизовано їх, та на основі проведеного аналізу розроблено рекомендації по вибору типу ТОК для практичного використання. Визначено основні критерії, що впливають на метричну якість даних калібрування. Критерій наявності площинних елементів або можливості встановлення точкових прийнято як другорядний, що розглядається після оцінки всіх інших критеріїв і визначення необхідних умов. Основними критеріями визначено незалежність від геометричної рівності поверхонь; незалежність від кута падіння лазерного променю; влаштування перекриття сканів; можливість калібрування як кутомірного, так і віддалемірного блоку сканера; можливість прив’язки до зовнішньої системи координат. Розглянуто усі зазначені критерії та проаналізовано їх вплив на результати калібрування. Для більш коректної оцінки критеріїв рекомендовано використовувати t-критерій Стьюдента для визначення складових систематичної похибки, що найбільше впливають на дані калібрування. Визначено перспективний напрям досліджень – точне обчислення координат центроїду сферичного площинного ТОК, що дозволить в повній мірі скористатися перевагами як точкового, так і площинного об’єкта калібрування. Наукова новизна проведеного дослідження полягає у систематизації критеріїв вибору тестових об’єктів калібрування наземних лазерних сканерів та попередній оцінці їх впливу на результати калібрування. Отримані результати дозволяють попередньо врахувати вихідні дані та наявні умови при оцінці критеріїв вибору типу ТОК для калібрування з метою оптимізації процесу калібрування і наступним покращенням метричної якості отриманих данихCalibration of terrestrial laser scanners allows increasing the accuracy of the obtained data in order to comply with regulatory requirements for engineering geodesy works. Two types of test objects (TCO) are used for calibration: pointbased and plane-based. The aim of this work is to evaluate, summarize and classify the criteria for selecting the type and subtype of test objects for terrestrial laser scanners calibration. The arrangement of the calibration polygon is performed by taking into account the minimization of possible errors, the ability to capture the maximum field of view and range of distances, and so on. Therefore, the selection criteria are considered, systematized, and recommendations for choosing the type of TCO for practical use are developed being based on its analysis. The main criteria influencing the metric quality of calibration data are determined. The criterion of the presence of planar elements or the possibility of installing point elements is set as secondary, which is considered after evaluating all other criteria and determining the necessary conditions. The main criteria are independence from the geometric quality of surfaces; independence on the laser beam angle of incidence; arrangement of overlapping scans; the ability to calibrate both the angular and rangefinder scanner unit; the ability to link to an external coordinate system. All these criteria are considered and their impact on the calibration results are analyzed. For a more accurate assessment of the criteria, it is recommended to use Student's t-test to determine the components of systematic error that most affect the calibration data. A promising area of research has been identified - the exact spherical planar TCO centroid’s coordinates determination, which will allow one to take full advantage of both point-based and planar-based calibration objects. The scientific novelty of the study is to systematize the criteria for selecting test objects for calibration of terrestrial laser scanners and preliminary assessment of their impact on the calibration results. The obtained results allow taking into account the initial data and the existing conditions when evaluating the criteria for selecting the type of TCO for calibration in order to optimize the calibration process and further obtained data metric quality improvement.