izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-12-14-21izmertech-2239Research ArticleЛИНЕЙНЫЕ И УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯLINEAR AND ANGULAR MEASUREMENTSМетрологически значимое программное обеспечение для оценки точностных характеристик наземных лазерных координатно-измерительных систем: первичная оценка функциональных возможностейMetrologically significant software for evaluating the accuracy characteristics of ground-based laser coordinate measuring systems: initial assessment of functionalityhttps://orcid.org/0009-0001-9288-3749ДонченкоС. И.DonchenkoS. I.

Сергей Иванович Донченко

г. п. Менделеево, Московская обл.

Sergey I. Donchenko

Mendeleevo, Moscow region

director@vniiftri.ruМазуркевичА. В.MazurkevichA. V.

Андрей Владимирович Мазуркевич

г. п. Менделеево, Московская обл.

Andrey V. Mazurkevich

Mendeleevo, Moscow region

avm@vniiftri.ruЛесниченкоВ. И.LesnichenkoV. I.

Вадим Игоревич Лесниченко

г. п. Менделеево, Московская обл.

Vadim I. Lesnichenko

Mendeleevo, Moscow region

lesnichenko_vi@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio EngineeringRussian Federation2024130120257312Юбилей ВНИИФТРИ - 70 лет1421Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20252025ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2239

Проведён экспериментальный анализ программного обеспечения, применяемого для вычисления координат центров эталонных сфер с помощью лазерных координатно-измерительных систем. Выявлено, что проанализированное программное обеспечение производителей лазерных координатно-измерительных систем избыточно по функционалу и предназначено для реализации комплекса крупных научных и образовательных проектов, но не предназначено для решения задач метрологического обеспечения лазерных координатно- измерительных систем. Рассмотренные примеры программного обеспечения не являются метрологическими программами и требуют оптимизации для использования их в целях метрологии. Решена задача высокоточной обработки измерительных данных (трёхмерных облаков точек) при оценке метрологических характеристик наземных лазерных координатно-измерительных систем. Разработано программное обеспечение (алгоритм обработки результатов измерений), позволяющее определять координаты центра эталонной сферы с запасом метрологической точности, достаточным для калибровки по основной характеристике средств измерений типа абсолютные трекеры и сканеры. Предложен алгоритм, реализованный в программной среде MATLAB, позволяющий из набора измерительных пространственных данных распознать сферу и вычислить координаты местоположения её центра, тем самым качественно оценить основную метрологическую характеристику лазерных координатно-измерительных систем. Приведены результаты эксперимента с использованием предложенного алгоритма вычисления координат центров эталонных сфер, входящих в состав эталонного комплекса трёхмерных измерений (измерений координат, приращений координат) в диапазоне 0–60 м из состава Государственного первичного специального эталона единицы длины ГЭТ 199-2024. Эффективность предложенного алгоритма подтверждена результатами реальных измерений. В перспективе разработанный алгоритм будет включён в состав специального программно-математического обеспечения, которое найдёт применение в работе центров стандартизации и метрологии, а также аккредитованных метрологических лабораторий, и позволит прийти к унифицированному способу обработки результатов измерений абсолютных трекеров, наземных лазерных сканеров и их аналогов.

An experimental analysis of the software used to calculate the coordinates of the centers of reference spheres using laser coordinate measuring systems was performed. It was found that the analyzed software of the manufacturers of laser coordinate measuring systems is redundant in functionality and is intended for the implementation of a complex of large scientific and educational projects, but is not intended to solve the problems of metrological support of laser coordinate measuring systems. The considered software examples are not metrological programs and require optimization for their use for metrology purposes. The problem of high-precision processing of measurement data (three- dimensional point clouds) when assessing the metrological characteristics of ground-based laser coordinate measuring systems was solved. Software (an algorithm for processing measurement results) was developed that allows determining the coordinates of the center of the reference sphere with a reserve of metrological accuracy sufficient for calibration by the main characteristic of measuring instruments such as absolute trackers and scanners. An algorithm implemented in the MATLAB software environment is proposed, which allows one to recognize a sphere from a set of measured spatial data and calculate the coordinates of its center location, thereby qualitatively assessing the main metrological characteristic of laser coordinate measuring systems. The results of an experiment using the proposed algorithm for calculating the coordinates of the centers of reference spheres included in the reference complex of three-dimensional measurements (coordinate measurements, coordinate increments) in the range of 0–60 m from the State primary special standard of a unit of length GET 199-2024 are presented. The effectiveness of the proposed algorithm is confirmed by the results of real measurements. In the future, the developed algorithm will be included in the special software, which will find application in the work of standardization and metrology centers, as well as accredited metrology laboratories, and will allow us to come to a unified method for processing the results of measurements of absolute trackers, terrestrial laser scanners and their analogues.

трёхмерные измерениякоординатные измерениясканированиепрограммное обеспечениеопределение центров сферлазерная координатно-измерительная системаединица длиныприращение координатабсолютный трекерпромышленный сканерпромышленная метрологиякалибровка сканеров и трекеровthree-dimensional measurementscoordinate measurementsscanningsoftwarealgorithm for determining the centers of metrological sphereslaser coordinate measuring systemunit of lengthcoordinate incrementabsolute trackerindustrial scannerindustrial metrologycalibration of scanners and trackersReferencesСельдюшов А. А. Использование лазерного сканера для упрощения в создании BIM модели объекта. Colloquiumjournal, (9-1(96)), 59–61 (2021). https://elibrary.ru/tvbzqaSeldyushov A. A. Using a laser scanner to simplify object BIM creation. Colloquium-journal, (9-1(96)), 59–61 (2021). (In Russ.) https://elibrary.ru/tvbzqaСильвестров И. С., Печерица Д. С., Мазуркевич А. В., Карауш Е. А., Лесниченко В. И. Метрологическое обеспечение координатных и координатно-временных средств измерений в РФ. Геопрофи, (6), 8–14 (2023).Silvestrov I. S., Pecheritsa D. S., Mazurkevich A. V., Karaush E. A., Lesnichenko V. I. Metrological support of coordinate and coordinate-time measuring instruments in the Russian Federation. Geoprofi, (6), 8–14 (2023). (In Russ.)Мазуркевич А. В. Совершенствование Государственного первичного специального эталона единицы длины ГЭТ 199-2018 с целью обеспечения единства измерений для высокоточных тахеометров в режиме трехмерных измерений. Материалы X Международного симпозиума «Метрология времени и пространства». Менделеево, 6–8 октября 2021 года. С. 131–134. ВНИИФТРИ, Менделеево (2021). https://elibrary.ru/ticeeeMazurkevich A. V. Improvement of the State primary special standard of the unit of length GET 199-2018 in order to ensure the uniformity of measurements for high-precision total stations in the mode of three-dimensional measurements. Proc. X International Symposium “Metrology of Time and Space”, Mendeleevo, October 6–8, 2021, 131–134. VNIIFTRI, Mendeleevo (2021). (In Russ.) https://elibrary.ru/ticeeeМазуркевич А. В. Метрологическое обеспечение лазерных координатно-измерительных систем. Геодезия, картография, геоинформатика и кадастры. Производство и образование. Сборник материалов IV Всероссийской научно-практической конференции 2021 г., Санкт-Петербург, 2–3 ноября 2021. С. 148–153. Политехника, СанктПетербург (2021). https://doi.org/10.25960/7325-1191-85Mazurkevich A. V. Metrological support of laser coordinate measuring systems. Geodesy, cartography, geoinformatics and cadastres. Production and education. Collection of materials of the IV All-Russian Scientifi c and Practical Conference 2021, St. Petersburg, November 2–3, 2021, pp. 148–153. Polytechnic, St. Petersburg (2021). (In Russ.) https://doi.org/10.25960/7325-1191-8Голуб Д. А., Мазуркевич А. В. Комплекс для метрологического обеспечения лазерных координатно-измерительных систем. Материалы VI научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и специалистов «Метрология в XXI веке». Менделеево, 22 марта 2018 года. С. 67–72. ВНИИФТРИ, Менделеево (2019). https://elibrary.ru/zezxqtGolub D. A., Mazurkevich A. V. A complex for metrological support of laser coordinate measuring systems. Materials of the VI Scientifi c and Practical conference of young scientists, postgraduates and specialists “Metrology in the XXI century”. Mendeleevo, March 22, 2018, pp. 67–72. VNIIFTRI, Mendeleevo (2019). (In Russ.) https://elibrary.ru/zezxqtЛесниченко В. И. Совершенствование методов определения точностных характеристик абсолютных трекеров. Материалы IX научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и специалистов «Метрология в XXI веке». Менделеево, 25 марта 2021 года. С. 82–87. ВНИИФТРИ, Менделеево (2022). https://elibrary.ru/qpczexLesnichenko V. I. Improvement of methods for determining the accuracy characteristics of absolute trackers. Materials of the IX Scientifi c and Practical conference of young scientists, postgraduates and specialists “Metrology in the XXI century”. Mendeleevo, March 25, 2021, pp. 82–87. VNIIFTRI, Mendeleevo (2022). (In Russ.) https://elibrary.ru/qpczexДенисенко О. В., Сильвестров И. С., Мазуркевич А. В., Голуб Д. А., Печерица Д. С., Фролов А. А. Изменения в обновленной государственной поверочной схеме для координатно-временных средств измерений. Альманах современной метрологии, (3(19)), 25–30 (2019). https://www.elibrary.ru/bmcjoxDenisenko O. V., Silvestrov I. S., Mazurkevich A. V., Golub D. A., Pecheritsa D. S., Frolov A. A. Сhanges in the updated state verifi cation schedule for coordinate-temporal measurement instruments. Al’manac of Modern Metrology, (3(19)), 25–30 (2019). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/bmcjoxДонченко С. И., Денисенко О. В., Сильвестров И. С., Мазуркевич А. В., Лесниченко В. И. Государственный первичный специальный эталон единицы длины ГЭТ 199-2018: обеспечение единства измерений высокоточных тахеометров и их аналогов в режиме трёхмерных измерений. Измерительная техника, 73(1), 12–18 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-1-12-18Donchenko S. I., Denisenko O. V., Silvestrov I. S., Mazurkevich A. V., Lesnichenko V. I. GET 199-2024 State primary special standard of the unit of length: assurance of measurement uniformity in high-precision total stations and their counterparts in threedimensional measurement mode. Measurement Techniques, 67(1), 11–19 (2024). https://doi.org/10.1007/s11018-024-02315-zMuralikrishnan B. Performance evaluation of terrestrial laser scanners – a review. Measurement Science and Technology, 32(7), 072001 (2023). http://doi.org/10.1088/1361-6501/abdae3Muralikrishnan B. Performance evaluation of terrestrial laser scanners – a review. Measurement Science and Technology, 32(7), 072001 (2023). http://doi.org/10.1088/1361-6501/abdae3Rachakonda P., Muralikrishnan B., Cournoyer L., Sawyer D. Software to determine sphere center from terrestrial laser scanner data per ASTM standard E3125-17. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 123, 123006 (2018). https://doi.org/10.6028/jres.123.006Rachakonda P., Muralikrishnan B., Cournoyer L., Sawyer D. Software to determine sphere center from terrestrial laser scanner data per ASTM standard E3125-17. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 123, 123006 (2018). https://doi.org/10.6028/jres.123.006Букин А. Г., Садеков Р. Н., Махаев А. Ю. Применение метода RANSAC в задаче стерео-визуальной одометрии. Известия Института инженерной физики, (4(26)), 67–69 (2012). https://elibrary.ru/pncgetBukin A. G., Sadekov R. N., Makhaev A. Yu. Application of the RANSAC method in the problem of stereo-visual odometry. Izvestiya Instituta inzhenernoy phiziki, (4(26)), 67–69 (2012). (In Russ.) https://elibrary.ru/pncgetBoström G., João G. M. Gonçalves, Sequeira V. Controlled 3D data fusion using error-bounds. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 63(1), 55–67 (2008). https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2007.07.011Boström G., João G. M. Gonçalves, Sequeira V. Controlled 3D data fusion using error-bounds. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 63(1), 55–67 (2008). https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2007.07.011

The authors declare that there are no conflicts of interest present.