船载多传感器一体化测量数据实时存储方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海洋测绘技术领域，具体涉及一种船载多传感器一体化测量数据实时 存储方法。
【背景技术】
[0002] 船载水岸线上下一体化测量系统集成了三维激光扫描仪、多波束测深仪、GNSS(全 球导航卫星系统）、MU(惯性测量单元）、传感器稳定平台等传感器，采用非接触式的测量 方式同步获取水上水下地形，在海岸带和海岛礁测绘中有巨大的应用价值。但对于其测量 数据管理，目前缺乏有效的船载多传感器一体化测量数据实时存储方法，现阶段都是采用 水上水下数据单独保存的方法，数据集成度不够高，存在着数据安全隐患。就目前情况来 说，水下数据存储通常采用XTF、ALL、PS格式，水上数据存储为rxp、las等格式。系统的高 集成需要配套的测量数据集成，以便于保证数据的组织管理。
[0003] 多源数据存储是多传感器集成方法的关键环节。不同的传感器一般具有不同的数 据存储格式，这会对一体化测量系统原始数据的读取及使用造成不便。基于以上考虑，亟需 自主设计一套船载多传感器一体化测量数据存储格式，用以同时存储水上水下地形数据。
[0004] 因此，有必要对船载多传感器一体化测量数据实时存储方法进行研究与设计，以 实现船载水岸线上下一体化测量系统高度集成。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种船载多传感器一体化测 量数据实时存储方法，设计合理，克服了现有技术的不足，提高了船载水岸线上下一体化测 量效率。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种船载多传感器一体化测量数据实时存储方法，采用船载水岸线上下一体化测 量系统，其水上部分包括三维激光扫描仪和组合导航系统，水下部分包括多波束测深仪，水 上部分与水下部分通过一个平台支架固连；其中的三维激光扫描仪用于测量水上地形信 息，多波束测深仪用于测量水下地形信息，组合导航系统用于为激光扫描仪和多波束测深 仪提供定位信息、时间信息、姿态信息和航向信息；水岸线上下一体化测量系统还包括主控 计算机和时间同步控制模块辅助设备；所述时间同步控制模块，用于为后期数据处理提供 统一的时间同步基准；
[0008] 所述主控计算机上建立有TCP客户端和TCP服务器端的主从关系，TCP客户端位于 监控系统中，TCP服务器端位于采集系统中，TCP客户端通过和TCP服务器端进行通信连接， 发送控制命令至三维激光扫描仪、多波束测深仪以及组合导航系统，三维激光扫描仪、多波 束测深仪以及组合导航系统分别进行信息的采集并将采集的信息通过网络通信传输至TCP 服务器端，然后通过信号槽机制传输至采集系统中的数据存储模块，按照设计的一体化测 量数据存储格式进行多源数据的实时存储；
[0009] 所述的船载多传感器一体化测量数据实时存储方法，按照如下步骤进行：
[0010] 步骤1 :启动采集通信线程，进行采集前的初始化设置；
[0011] 步骤2 :通过三维激光扫描仪、多波束测深仪以及组合导航系统分别采集水上数 据、水下数据以及位置姿态数据，并分别将采集的数据信息通过网络通信传输至TCP服务 器端；
[0012] 步骤3:通过时间同步控制模块将传输至TCP服务器端的数据打上相对应的时间 戳，然后通过信号槽机制传输至采集系统中的数据存储模块；
[0013] 步骤4 :确定水上数据、水下数据与位置姿态数据的匹配关系；
[0014] 步骤5 :设计一体化测量数据存储格式：包括公共文件头和点数据记录包；
[0015] 步骤6 :按照一体化测量数据存储格式进行数据实时存储，当进行点数据记录包 存储时，需要根据PacketData Format id的特定值进行特定存储：当PacketData Format id值为1时，记录水下测深数据；当PacketData Format id值为4时，记录水上扫描仪必 选数据；水下测深数据和水上扫描仪必选数据是一体化测量数据存储过程中必须保存的数 据信息，同时还可以根据测量需求选择性保存水下侧扫数据、水柱数据和水上扫描仪扩展 数据、扫描仪波形数据。
[0016] 优选地，所述时间同步控制模块包括主控芯片、电源模块、RTC模块、存储模块、以 太网PHY接口模块、主控时钟模块以及EEPR0M模块，所述主控芯片分别与电源模块、RTC模 块、存储模块、以太网PHY接口模块、主控时钟模块以及EEPR0M模块通过线路连接；所述 主控芯片分别与三维激光扫描仪、多波束测深仪以及组合导航系统中的接收机通过线路连 接。
[0017] 优选地，在步骤6中，当PacketData Format id值为2时，记录水下侧扫数据；当 PacketData Format id值为3时，记录水柱数据；当PacketData Format id值为5时，记 录水上扫描仪扩展数据；当PacketData Format id值为6时，记录水上扫描仪波形数据。
[0018] 船载多传感器一体化测量数据实时存储方法，其关键技术包括一体化测量数据存 储格式以及一体化测量数据实时存储方法。
[0019] -、一体化测量数据存储格式
[0020] 遵循格式清晰、内容完整、易于存储、预留数据接口的原则，船载多传感器一体化 测量数据存储格式包括公共文件头和点数据记录包两部分。公共文件头对一体化测量数据 存储文件整体信息进行描述，点数据记录包记录了测量的点位等具体信息，其记录内容在 一体化测量数据存储文件中是可选的。
[0021] (1)公共文件头
[0022] 公共文件头区用来记录集成的船载水岸线上下一体化测量系统的基本信息，如版 本号、传感器型号、文件创建日期等信息，同时记录船载多传感器之间的相对位置关系，这 些相对关系用于表达多波束测深仪、三维激光扫描仪、组合导航系统中的GNSS相对于惯导 系统的位置，从而确定出各传感器中心工作时在地理坐标系下的位置和姿态信息，用于后 续的空间配准。考虑到集成方法的优化，在数据格式设计时添加扩展项。
[0023] (2)点数据记录包
[0024] 点数据记录包记录了水下多波束测深仪采集的测深数据、侧扫数据、水柱数据和 激光扫描仪采集的原始点云数据，以及GNSS/1MU组合导航系统实时解算获得的位置、姿态 等数据。为提高系统存储效率，根据用户的不同需求，将点数据记录包分为基本数据区、扩 展数据区。
[0025] 基本数据区是外业采集必保存区域，用以提供地形点常规测量信息，存储了数据 包大小、时间、水深数据、三维坐标、扫描距离、水平角度、垂直角度、反射强度和反射率；扩 展数据区是可选区域，如水下多波束的侧扫数据、水柱数据和水上扫描仪的波形数据。具体 格式设计包括水下多波束测深数据包、水下侧扫数据包、水柱数据包、水上扫描仪必选数据 包、水上扫描仪扩展数据包、水上扫描仪波形数据包。
[0026] 二、一体化测量数据实时存储方法
[0027] -体化测量数据的实时存储过程为：通过三维激光扫描仪及多波束测深仪进行水 上、水下地形信息的采集及存储，同时通过GNSS/1MU组合导航系统提供位置、姿态信息。为 保证多源数据的联系，多传感器之间的空间位置关系通过室内标定获得，实时存储时以配 置文件的形式将其写入到一体化测量数据存储文件中。其具体实施步骤如下：
[0028] (1)多线程网络通信
[0029] 因存储端程序既要接收传感器发送来的数据，又要与监控端进行交互。为保证数 据采集的实时和准确性，采集中采用多线程技术。将数据的采集存储和状态信息的发送、用 户