船载水岸线水上水下一体化测量系统集成方法

摘要

本发明提供船载水岸线水上水下一体化测量系统集成方法，通过一体化测图装置的多传感器升降平台设计实现测量系统的硬件集成，满足测量船在不同工况条件下改变传感器上下位置的要求。该系统设计了数据采集显控软件框架，以实现多传感器的协同数据采集、点云实时显示等。通过点云数据预处理、数据内插、空间配准等步骤，对多源数据进行融合解算，从而得到点云产品，用以解决不易不宜到达岛礁地形测量、涉海单位海岸带和滩涂地形测量问题。本发明实现了水岸线上下一体化测量，克服了传统的测量技术限制，大大提高了测量效率，为智慧航道、数字水利、码头、岸线及远海岛礁和众多工程建设所需的高精度三维测量问题提供了全新的测量技术手段。

主权项

船载水岸线水上水下一体化测量系统集成方法，该系统的传感器包括激光扫描仪、多波束测深仪和GNSS/INS组合导航设备，其特征在于，包括：步骤1：构建数据采集显控软件的总体框架，数据采集显控软件的总体框架由控制层、数据层和显示层三部分组成；步骤2：建立网络通信机制，数据采集显控软件包括监控端和采集端，监控端通过与采集端进行通信连接，发送控制命令，并接收采集端的反馈信息及传输的采集数据信息，采集端同时与监控端和传感器建立通信，各个传感器发送至显控软件监控端需要保存并实时显示的数据称之为上行数据，监控端发送至各传感器的控制命令、设置参数数据为下行数据；步骤3：优化多线程控制算法，数据传输采用多线程传输，在算法中设置有主线程、三个子线程和缓冲区，三个子线程分别对应多波束测深仪、激光扫描仪和GNSS/INS组合导航设备，主线程负责下行数据的通讯传输，三个子线程用于传输上行数据，在上行数据由采集端发送至监控端的过程中，上行数据先保存到缓冲区中，然后再以报文的形式发送到监控端；步骤4：规划点云实时显示模块，数据采集显控软件通过可视化技术来规划点云实时显示模块，将源、过滤器、映射器、角色和渲染器依次连接起来；步骤5：进行多源数据融合解算，多源数据融合解算包括点云数据预处理、数据内插和空间配准三步；步骤6：点云数据预处理，包括点云滤波和点云抽稀，点云滤波包括回波信号去噪、距离去噪和时间去噪，点云抽稀是对密集的点云数据进行缩减；步骤7：数据内插，数据内插采用线性内插，将低频率的数据按照高频率的数据进行内插，在进行数据内插时，首先，导入惯导姿态数据，根据检校参数得到各个时刻激光扫描仪和多波束测深仪中心点的坐标及姿态；然后，导入原始激光数据和测深数据，对其进行解析，从而得到测点在传感器坐标系下的坐标以及GPS时；根据各个点的时间对应查找此时刻传感器的位置与姿态，以得到坐标匹配模型中构成旋转矩阵的三个角度，以及三个平移参数；步骤8：空间配准，定义五个坐标系统，包括载体坐标系、激光扫描仪坐标系、多波束测深仪坐标系、站心坐标系和大地坐标系，激光扫描仪坐标系和多波束测深仪坐标系为传感器坐标系，载体坐标系的坐标原点位于惯性测量单元的质心，Y_i轴指向前进方向，X_i轴垂直于Y_i轴指向前进方向的右侧，Z_i轴垂直于X_i、Y_i轴指向上方，构成右手坐标系；激光扫描仪坐标系是一个以垂线和扫描平面为参考的右手坐标系，以激光发射参考点为原点，以垂直向上的方向为Z_s轴，以载体前进方向为Y_s轴，X_s轴垂直于Y_s轴指向前进方向的右侧；多波束测深仪坐标系以换能器接收端中心为坐标原点，以换能器前进方向为Y_m轴，沿接收端阵列平面垂直于Y_m轴向右为X_m轴，过该点垂直于接收端阵列向连接法兰方向为Z_m轴，建立右手坐标系；站心坐标系原点位于GNSS天线的相位中心，Y_l轴指向当地北子午线方向，X_l轴与Y_l轴垂直指向东方向，Z_l轴向上与X_lOY_l平面垂直构成右手坐标系；大地坐标系为地心地固坐标系；步骤9：根据坐标匹配模型得到测点在大地坐标系下的坐标，通过传感器坐标系到载体坐标系的转换、载体坐标系到站心坐标系的转换和站心坐标系到大地坐标系的转换，将传感器的点位坐标归算到大地坐标。