本发明属于测绘技术领域，涉及利用卫星定位、惯性导航与环境感知传感器集成的一体化室内外定位、移动测绘和三维模型重建，具体涉及一种多传感器集成室内外移动测绘装置及自动三维建模方法。
背景技术：
随着激光雷达扫描仪、相机、深度相机等设备的小型化和普及，越来越多的人都携带这种数据采集设备，影像数据和点云数据越来越广泛。设备之间标定技术的成熟，包括如imu与相机位置之间的标定、imu与lidar位置之间的标定、lidar与lidar位置之间的标定、lidar与相机位置之间的标定，能有效集成与融合多种数据，实现大规模场景的快速测绘。structurefrommotion(sfm)算法与simultaneouslocalizationandmapping(slam)算法的发展，视觉定位变得快速有效。立体匹配和三维重建的算法的发展，越来越多的应用到大规模场景的重建中。
现有技术中存在的技术问题是：当前的定位装置、激光扫描、测图以及其他专门的环境感知设备都是相对独立的，当前的室内外空间三维建模方法是非常耗时的，不论是重建模型还是纹理映射都需要大量的人工操作。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种多传感器室内外移动测绘装置及自动三维建模方法，将多种定位和环境传感器集成于一个统一的平台，形成一个室内外定位与移动测绘的硬件装置，利用该装置采集数据，自动化进行三维模型重建。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种多传感器集成室内外移动测绘装置，包括多种传感器和移动测绘硬件平台装置；所述多种传感器集成在所述移动测绘硬件平台装置上，所述移动测绘硬件平台装置能够自由移动，用于进行室内外导航定位和三维空间环境移动测绘；这些传感器的相对位置和姿态以及移动测绘硬件平台装置的绝对位置能够自主确定，不同传感器的数据能够进行融合处理；利用传感器的相对位置和姿态信息以及移动测绘硬件平台装置的绝对位置确定所有传感器及其数据在三维空间的几何信息，实现三维空间模型的自动重建。
作为一种优选，所述多种传感器包括gnss接收机、惯性测量单元imu、激光雷达扫描仪lidar、光学相机、rgb-d深度相机、视频摄像机、热成像相机、高光谱相机、多光谱相机；所述移动测绘装置包括上述一种或多种传感器的组合。
进一步地，所述移动测绘硬件平台位置的确定与空间构图任务同步进行，同时确定移动测绘硬件平台位置和三维空间环境构图；在进行移动测绘时，不需要外部定位源确定本平台的位置，也不需要外部定义坐标系或地图参考系用于描述定位位置。
进一步地，所述多种传感器的相对位置和姿态可以精确确定；利用移动测绘硬件平台位置和传感器间的相对位置和姿态，多种传感器的数据在空间位置上能够精确融合。
进一步地，利用集成的一种或多种传感器可以精确确定该装置移动测绘硬件平台的空间绝对位置，进而确定各传感器的空间绝对位置和姿态，各传感器的数据具有精确的空间参考位置。
进一步地，所述传感器的组合包括如下组合：gnss接收机；gnss接收机、惯性测量单元imu；gnss接收机、惯性测量单元imu、激光雷达扫描仪lidar；gnss接收机、惯性测量单元imu、光学相机；惯性测量单元imu、激光雷达扫描仪lidar；惯性测量单元imu、光学相机；惯性测量单元imu、rgb-d深度相机；惯性测量单元imu、视频摄像机。
进一步地，所述gnss接收机能够接收处理以下一种或多种卫星导航定位系统的信号确定接收机的空间位置，包括：美国全球定位系统(gps)、俄罗斯格洛纳斯导航卫星系统(glonass)、欧洲联盟伽利略导航卫星系统(galileo)、中国北斗导航卫星系统(beidou)、日本准天顶星导航卫星系统(qzss)、印度区域导航卫星系统(irnss)。
一种多传感器集成室内外移动测绘装置的自动三维建模方法，包括以下步骤：
步骤1、根据需要采集的三维空间和环境特征信息等数据内容确定需要集成的传感器种类和数量，将多种传感器集成于移动测绘硬件平台装置；
步骤2、标定多种传感器之间以及传感器与移动测绘硬件平台装置的相对位置和姿态信息；
步骤3、移动测绘硬件平台装置在室内外空间进行移动测绘操作，自动化移动采集多传感器数据；
步骤4、室内外定位数据处理，获得移动测绘硬件平台装置在移动测绘过程中任意时刻的精确位置，为移动测绘硬件平台装置提供精密参考位置；
步骤5、结合移动测绘硬件平台装置的精密参考位置和多种传感器之间以及传感器与平台装置的相对位置和姿态信息确定每个传感器及其数据的空间位置；
步骤6、将多种传感器的数据在空间上精密配准，得到融合的多源空间数据；
步骤7、利用空间数据对三维空间进行自动化建模，重构三维空间的几何属性；对自动化建模的结果进行质量控制，剔除错误或不合理的部分；
步骤8、将步骤7所建立的模型与移动测绘硬件平台装置采集的图像数据进行映射，建立模型与纹理的映射关系；
步骤9、完成空间三维模型重建的计算，输出三维模型。
进一步地，所述模型构建和纹理映射等三维模型重构的计算过程均由计算机自动完成，不需要人工计算操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)定位与环境感知同步进行，移动测绘效率高。在线的slam算法能实时计算出移动测绘硬件平台的位置实现定位，同时能生成室内场景的三维点云模型，实时了解扫描结果，方便将扫描不完整的地方重新扫描。
(2)多种传感器集成，一次采集多种数据，自动进行参考位置标定。移动测绘硬件平台装置上可以搭载不同传感器，如光学相机、rgbd相机、lidar等设备，通过对不同传感器之间的标定，获得不同传感器的相对位置参数。对相机进行标定，获得相机的内参数，减少计算复杂度，提高计算效率。通过对其中的一种数据进行定位后，通过相对位置的转换参数，能有效的把多种数据纳入到统一坐标框架中。
(3)自动化三维模型重建，高效率高，减少人工作业负担。人工的三维重建是非常耗时的，不论是重建模型还是纹理映射都需要大量的人工操作。通过自动三维重建生成纹理，根据纹理与影像的位置关系获得最佳的纹理影像，能大大减少人工操作。
附图说明
图1是本发明所提供的一种多传感器室内外移动测绘装置的结构示意图。
图2是本发明所提供的一种多传感器室内外移动测绘装置的自动三维建模方法的流程图。
图3是本发明所提供的移动测绘与自动三维建模数据采集、处理步骤的流程图。
图4是本发明所提供的一种多传感器室内外移动测绘装置获得的一个地铁站入口的结果图。
图5是本发明所提供的一种多传感器室内外移动测绘装置获得的一个室内场景的结果图。
附图标记说明：1、移动测绘硬件平台装置；2、传感器；2-1、传感器一；2-2、传感器二；2-3、传感器三；2-4、传感器四。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明提供了一种多传感器集成室内外移动测绘装置，包括多种传感器2和移动测绘硬件平台装置1；所述多种传感器2集成在所述移动测绘硬件平台装置1上，所述移动测绘硬件平台装置1能够自由移动，用于进行室内外导航定位和三维空间环境移动测绘；这些传感器2的相对位置和姿态以及移动测绘硬件平台装置1的绝对位置能够自主确定，不同传感器2的数据能够进行融合处理；利用传感器2的相对位置和姿态信息以及移动测绘硬件平台装置1的绝对位置确定所有传感器及其数据在三维空间的几何信息，实现三维空间模型的自动重建。
所述多种传感器2包括gnss接收机、惯性测量单元imu、激光雷达扫描仪lidar、光学相机、rgb-d深度相机、视频摄像机、热成像相机、高光谱相机、多光谱相机；所述移动测绘装置包括上述一种或多种传感器的组合。
所述移动测绘硬件平台1位置的确定与空间构图任务同步进行，同时确定移动测绘硬件平台1位置和三维空间环境构图；在进行移动测绘时，不需要外部定位源确定本平台的位置，也不需要外部定义坐标系或地图参考系用于描述定位位置。
所述多种传感器2的相对位置和姿态可以精确确定；利用移动测绘硬件平台1位置和传感器间的相对位置和姿态，多种传感器2的数据在空间位置上能够精确融合。
利用集成的一种或多种传感器2可以精确确定该装置移动测绘硬件平台1的空间绝对位置，进而确定各传感器2的空间绝对位置和姿态，各传感器2的数据具有精确的空间参考位置。
所述传感器2的组合包括如下组合：gnss接收机；gnss接收机、惯性测量单元imu；gnss接收机、惯性测量单元imu、激光雷达扫描仪lidar；gnss接收机、惯性测量单元imu、光学相机；惯性测量单元imu、激光雷达扫描仪lidar；惯性测量单元imu、光学相机；惯性测量单元imu、rgb-d深度相机；惯性测量单元imu、视频摄像机。
所述gnss接收机能够接收处理以下一种或多种卫星导航定位系统的信号确定接收机的空间位置，包括：美国全球定位系统(gps)、俄罗斯格洛纳斯导航卫星系统(glonass)、欧洲联盟伽利略导航卫星系统(galileo)、中国北斗导航卫星系统(beidou)、日本准天顶星导航卫星系统(qzss)、印度区域导航卫星系统(irnss)。
如图2和图3所示，本发明还提供了一种多传感器集成室内外移动测绘装置的自动三维建模方法，包括以下步骤：
步骤1、根据需要采集的三维空间和环境特征信息等数据内容确定需要集成的传感器种类和数量，将多种传感器2集成于移动测绘硬件平台装置1；
步骤2、标定多种传感器2之间以及传感器2与移动测绘硬件平台装置1的相对位置和姿态信息；
步骤3、移动测绘硬件平台装置1在室内外空间进行移动测绘操作，自动化移动采集多传感器数据；
步骤4、室内外定位数据处理，获得移动测绘硬件平台装置1在移动测绘过程中任意时刻的精确位置，为移动测绘硬件平台装置1提供精密参考位置；
步骤5、结合移动测绘硬件平台装置1的精密参考位置和多种传感器2之间以及传感器2与平台装置1的相对位置和姿态信息确定每个传感器及其数据的空间位置；
步骤6、将多种传感器2的数据在空间上精密配准，得到融合的多源空间数据；
步骤7、利用空间数据对三维空间进行自动化建模，重构三维空间的几何属性；对自动化建模的结果进行质量控制，剔除错误或不合理的部分；
步骤8、将步骤7所建立的模型与移动测绘硬件平台装置1采集的图像数据进行映射，建立模型与纹理的映射关系；
步骤9、完成空间三维模型重建的计算，输出三维模型。
所述模型构建和纹理映射等三维模型重构的计算过程均由计算机自动完成，不需要人工计算操作。
实施例
本发明所提供的一种多传感器室内外移动测绘装置，通过扫描车获取的数据，主要利用水平单线的lidar进行定位，获得扫描车的位置，通过融合多个单线的lidar传感器可以获得场景的点云。融合扫描车获取的影像，通过重建、纹理映射，可以获得最后的模型与纹理。图4和图5分别是本发明所提供的一种多传感器室内外移动测绘装置获得的一个地铁站入口的结果以及一个室内场景的结果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。