船載多傳感器一體化測量數(shù)據(jù)實時存儲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及海洋測繪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種船載多傳感器一體化測量數(shù)據(jù)實時 存儲方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 船載水岸線上下一體化測量系統(tǒng)集成了三維激光掃描儀、多波束測深儀、GNSS(全 球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）、MU(慣性測量單元）、傳感器穩(wěn)定平臺等傳感器，采用非接觸式的測量 方式同步獲取水上水下地形，在海岸帶和海島礁測繪中有巨大的應(yīng)用價值。但對于其測量 數(shù)據(jù)管理，目前缺乏有效的船載多傳感器一體化測量數(shù)據(jù)實時存儲方法，現(xiàn)階段都是采用 水上水下數(shù)據(jù)單獨保存的方法，數(shù)據(jù)集成度不夠高，存在著數(shù)據(jù)安全隱患。就目前情況來 說，水下數(shù)據(jù)存儲通常采用XTF、ALL、PS格式，水上數(shù)據(jù)存儲為rxp、las等格式。系統(tǒng)的高 集成需要配套的測量數(shù)據(jù)集成，以便于保證數(shù)據(jù)的組織管理。
[0003] 多源數(shù)據(jù)存儲是多傳感器集成方法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不同的傳感器一般具有不同的數(shù) 據(jù)存儲格式，這會對一體化測量系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)的讀取及使用造成不便。基于以上考慮，亟需 自主設(shè)計一套船載多傳感器一體化測量數(shù)據(jù)存儲格式，用以同時存儲水上水下地形數(shù)據(jù)。
[0004] 因此，有必要對船載多傳感器一體化測量數(shù)據(jù)實時存儲方法進(jìn)行研究與設(shè)計，以 實現(xiàn)船載水岸線上下一體化測量系統(tǒng)高度集成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種船載多傳感器一體化測 量數(shù)據(jù)實時存儲方法，設(shè)計合理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高了船載水岸線上下一體化測 量效率。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種船載多傳感器一體化測量數(shù)據(jù)實時存儲方法，采用船載水岸線上下一體化測 量系統(tǒng)，其水上部分包括三維激光掃描儀和組合導(dǎo)航系統(tǒng)，水下部分包括多波束測深儀，水 上部分與水下部分通過一個平臺支架固連；其中的三維激光掃描儀用于測量水上地形信 息，多波束測深儀用于測量水下地形信息，組合導(dǎo)航系統(tǒng)用于為激光掃描儀和多波束測深 儀提供定位信息、時間信息、姿態(tài)信息和航向信息；水岸線上下一體化測量系統(tǒng)還包括主控 計算機(jī)和時間同步控制模塊輔助設(shè)備；所述時間同步控制模塊，用于為后期數(shù)據(jù)處理提供 統(tǒng)一的時間同步基準(zhǔn)；
[0008] 所述主控計算機(jī)上建立有TCP客戶端和TCP服務(wù)器端的主從關(guān)系，TCP客戶端位于 監(jiān)控系統(tǒng)中，TCP服務(wù)器端位于采集系統(tǒng)中，TCP客戶端通過和TCP服務(wù)器端進(jìn)行通信連接， 發(fā)送控制命令至三維激光掃描儀、多波束測深儀以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)，三維激光掃描儀、多波 束測深儀以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)分別進(jìn)行信息的采集并將采集的信息通過網(wǎng)絡(luò)通信傳輸至TCP 服務(wù)器端，然后通過信號槽機(jī)制傳輸至采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲模塊，按照設(shè)計的一體化測 量數(shù)據(jù)存儲格式進(jìn)行多源數(shù)據(jù)的實時存儲；
[0009] 所述的船載多傳感器一體化測量數(shù)據(jù)實時存儲方法，按照如下步驟進(jìn)行：
[0010] 步驟1 :啟動采集通信線程，進(jìn)行采集前的初始化設(shè)置；
[0011] 步驟2 :通過三維激光掃描儀、多波束測深儀以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)分別采集水上數(shù) 據(jù)、水下數(shù)據(jù)以及位置姿態(tài)數(shù)據(jù)，并分別將采集的數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)絡(luò)通信傳輸至TCP服務(wù) 器端；
[0012] 步驟3:通過時間同步控制模塊將傳輸至TCP服務(wù)器端的數(shù)據(jù)打上相對應(yīng)的時間 戳，然后通過信號槽機(jī)制傳輸至采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲模塊；
[0013] 步驟4 :確定水上數(shù)據(jù)、水下數(shù)據(jù)與位置姿態(tài)數(shù)據(jù)的匹配關(guān)系；
[0014] 步驟5 :設(shè)計一體化測量數(shù)據(jù)存儲格式：包括公共文件頭和點數(shù)據(jù)記錄包；
[0015] 步驟6 :按照一體化測量數(shù)據(jù)存儲格式進(jìn)行數(shù)據(jù)實時存儲，當(dāng)進(jìn)行點數(shù)據(jù)記錄包 存儲時，需要根據(jù)PacketData Format id的特定值進(jìn)行特定存儲：當(dāng)PacketData Format id值為1時，記錄水下測深數(shù)據(jù)；當(dāng)PacketData Format id值為4時，記錄水上掃描儀必 選數(shù)據(jù)；水下測深數(shù)據(jù)和水上掃描儀必選數(shù)據(jù)是一體化測量數(shù)據(jù)存儲過程中必須保存的數(shù) 據(jù)信息，同時還可以根據(jù)測量需求選擇性保存水下側(cè)掃數(shù)據(jù)、水柱數(shù)據(jù)和水上掃描儀擴(kuò)展 數(shù)據(jù)、掃描儀波形數(shù)據(jù)。
[0016] 優(yōu)選地，所述時間同步控制模塊包括主控芯片、電源模塊、RTC模塊、存儲模塊、以 太網(wǎng)PHY接口模塊、主控時鐘模塊以及EEPR0M模塊，所述主控芯片分別與電源模塊、RTC模 塊、存儲模塊、以太網(wǎng)PHY接口模塊、主控時鐘模塊以及EEPR0M模塊通過線路連接；所述 主控芯片分別與三維激光掃描儀、多波束測深儀以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的接收機(jī)通過線路連 接。
[0017] 優(yōu)選地，在步驟6中，當(dāng)PacketData Format id值為2時，記錄水下側(cè)掃數(shù)據(jù)；當(dāng) PacketData Format id值為3時，記錄水柱數(shù)據(jù)；當(dāng)PacketData Format id值為5時，記 錄水上掃描儀擴(kuò)展數(shù)據(jù)；當(dāng)PacketData Format id值為6時，記錄水上掃描儀波形數(shù)據(jù)。
[0018] 船載多傳感器一體化測量數(shù)據(jù)實時存儲方法，其關(guān)鍵技術(shù)包括一體化測量數(shù)據(jù)存 儲格式以及一體化測量數(shù)據(jù)實時存儲方法。
[0019] -、一體化測量數(shù)據(jù)存儲格式
[0020] 遵循格式清晰、內(nèi)容完整、易于存儲、預(yù)留數(shù)據(jù)接口的原則，船載多傳感器一體化 測量數(shù)據(jù)存儲格式包括公共文件頭和點數(shù)據(jù)記錄包兩部分。公共文件頭對一體化測量數(shù)據(jù) 存儲文件整體信息進(jìn)行描述，點數(shù)據(jù)記錄包記錄了測量的點位等具體信息，其記錄內(nèi)容在 一體化測量數(shù)據(jù)存儲文件中是可選的。
[0021] (1)公共文件頭
[0022] 公共文件頭區(qū)用來記錄集成的船載水岸線上下一體化測量系統(tǒng)的基本信息，如版 本號、傳感器型號、文件創(chuàng)建日期等信息，同時記錄船載多傳感器之間的相對位置關(guān)系，這 些相對關(guān)系用于表達(dá)多波束測深儀、三維激光掃描儀、組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的GNSS相對于慣導(dǎo) 系統(tǒng)的位置，從而確定出各傳感器中心工作時在地理坐標(biāo)系下的位置和姿態(tài)信息，用于后 續(xù)的空間配準(zhǔn)。考慮到集成方法的優(yōu)化，在數(shù)據(jù)格式設(shè)計時添加擴(kuò)展項。
[0023] (2)點數(shù)據(jù)記錄包
[0024] 點數(shù)據(jù)記錄包記錄了水下多波束測深儀采集的測深數(shù)據(jù)、側(cè)掃數(shù)據(jù)、水柱數(shù)據(jù)和 激光掃描儀采集的原始點云數(shù)據(jù)，以及GNSS/1MU組合導(dǎo)航系統(tǒng)實時解算獲得的位置、姿態(tài) 等數(shù)據(jù)。為提高系統(tǒng)存儲效率，根據(jù)用戶的不同需求，將點數(shù)據(jù)記錄包分為基本數(shù)據(jù)區(qū)、擴(kuò) 展數(shù)據(jù)區(qū)。
[0025] 基本數(shù)據(jù)區(qū)是外業(yè)采集必保存區(qū)域，用以提供地形點常規(guī)測量信息，存儲了數(shù)據(jù) 包大小、時間、水深數(shù)據(jù)、三維坐標(biāo)、掃描距離、水平角度、垂直角度、反射強度和反射率；擴(kuò) 展數(shù)據(jù)區(qū)是可選區(qū)域，如水下多波束的側(cè)掃數(shù)據(jù)、水柱數(shù)據(jù)和水上掃描儀的波形數(shù)據(jù)。具體 格式設(shè)計包括水下多波束測深數(shù)據(jù)包、水下側(cè)掃數(shù)據(jù)包、水柱數(shù)據(jù)包、水上掃描儀必選數(shù)據(jù) 包、水上掃描儀擴(kuò)展數(shù)據(jù)包、水上掃描儀波形數(shù)據(jù)包。
[0026] 二、一體化測量數(shù)據(jù)實時存儲方法
[0027] -體化測量數(shù)據(jù)的實時存儲過程為：通過三維激光掃描儀及多波束測深儀進(jìn)行水 上、水下地形信息的采集及存儲，同時通過GNSS/1MU組合導(dǎo)航系統(tǒng)提供位置、姿態(tài)信息。為 保證多源數(shù)據(jù)的聯(lián)系，多傳感器之間的空間位置關(guān)系通過室內(nèi)標(biāo)定獲得，實時存儲時以配 置文件的形式將其寫入到一體化測量數(shù)據(jù)存儲文件中。其具體實施步驟如下：
[0028] (1)多線程網(wǎng)絡(luò)通信
[0029] 因存儲端程序既要接收傳感器發(fā)送來的數(shù)據(jù)，又要與監(jiān)控端進(jìn)行交互。為保證數(shù) 據(jù)采集的實時和準(zhǔn)確性，采集中采用多線程技術(shù)。將數(shù)據(jù)的采集存儲和狀態(tài)信息的發(fā)送、用 戶