Метрологически значимое программное обеспечение для оценки точностных характеристик наземных лазерных координатно-измерительных систем: первичная оценка функциональных возможностей

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.

1. Сельдюшов А. А. Использование лазерного сканера для упрощения в создании BIM модели объекта. Colloquiumjournal, (9-1(96)), 59–61 (2021). https://elibrary.ru/tvbzqa

2. Сильвестров 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).

3. 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/ticeee

4. Мазуркевич 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/10.25960/7325-1191-85

5. Голуб 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/zezxqt

6. Лесниченко 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/qpczex

7. Денисенко 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/bmcjox

8. Донченко 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.2024-1-12-18

9. Muralikrishnan B. Performance evaluation of terrestrial laser scanners – a review. Measurement Science and Technology, 32(7), 072001 (2023). http://doi.org/10.1088/1361-6501/abdae3

10. Rachakonda 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.123.006

11. Букин 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/pncget

12. Boström 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