一种多波束数据的处理方法、设备及其存储介质与流程

本发明涉及智能测绘技术领域，尤其涉及一种多波束数据的处理方法、设备及其存储介质。

背景技术：

水下地形测量是测量水底起伏形态和地物的工作，是陆地地形测量在水下的延伸。按照水域不同，又可划分为内水地测量和海洋地形测量。同时在测量技术方面，水深测量经历了测绳重锤测量、单波束回声测深、多波束回声测深以及机载激光测深等发展阶段。

多波束测深系统是从单波束探测系统发展起来的，能一次给出航线相垂直的平面内的几十个甚至上百个深度，能够精确快速的预定航线一定宽度内水下目标的大小、形状，从而比较可靠地描绘出水下地形的精细特征。与单波束回声测深相比，多波束测深系统具有测量范围大、速度快、精度和效率高等优点。

目前在水下地形测量领域所应用最为广泛的技术仍然是单波束回声测深和多波束测深。单波束回声测深仪器操作简单、设备成本相对较低，被广泛应用。但由于水下三维地形或目标的勘察、测量领域的迫切需求，单波束测深仪已不能满足测量精确要求。而多波束测深系统的构成、处理方法较为复杂，如何处理测量后的数据，将数据转化成可以实时展示的文件或图像是目前需要解决的问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多波束数据的处理方法、设备及其存储介质，通过对测量设备的原始数据进行计算、渲染，生成完整的波束点云文件，可供用户后续直接进行回放、处理、分析图像数据等操作处理。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种多波束数据的处理方法，包括以下步骤：

步骤1、处理器获取测量设备的原始数据，进行预处理，计算波束点位于船体坐标系的船体坐标、探头所在位置平面坐标系的平面坐标；所述测量设备包括多波束设备、姿态传感器、罗经与声速仪；

步骤2、根据所述探头的平面坐标与所述波束点的船体坐标，计算所述波束点位于探头所在位置平面坐标系的平面坐标；将所述波束点的平面坐标转换成波束点的enu坐标系的enu坐标，得波束点云数据；

步骤3、将所述波束点云数据进行渲染展示并按照预设格式保存，生成波束点云文件。

进一步的，步骤2中所述波束点的平面坐标转换成enu坐标包括以下步骤：

将所述波束点的平面坐标转换成波束点的当地水平坐标；

将所述波束点的当地水平坐标转换成波束点的大地坐标；

将所述波束点的大地坐标转换成波束点的地心地固坐标；

将所述波束点的地心地固坐标转换成波束点的enu坐标。

进一步的，所述步骤1还包括以下步骤：新建工程，设置工程的测量设备与工程参数并进行测量设备调试，调整所述工程参数；所述工程参数包括各坐标系参数与设备偏移参数。

进一步的，所述多波束设备包括发声装置与探头，所述发声装置发出声脉冲，所述声脉冲经反射物体反射后由所述探头接收；所述姿态传感器用于测量船的横摇、纵摇、艏向和上下起伏；所述罗经用于测量船的位置、速度、航向以及进行时间同步；所述声速仪用于测量所述波束点的位置与水深。

进一步的，步骤1中所述预处理包括以下步骤：

实时保存所述测量设备的原始数据至对应的数据结构，计算所述探头位于船体坐标系的船体坐标；待获取到姿态传感器的姿态信息与声速仪的定位信息，结合所述探头的船体坐标，计算所述探头位于平面坐标系的平面坐标。

进一步的，所述测量设备通过串口或局域网tcp、udp与所述处理器建立连接。

进一步的，步骤3中所述渲染为通过vtk进行渲染。

进一步的，所述波束点云文件包括dtm文件、southmultibeam文件、southgriddata文件的一种或多种。

本发明的目的之二采用以下技术方案实现：

一种设备，其包括处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种多波束数据的处理方法。

本发明的目的之三采用以下技术方案实现：

一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上任一所述一种多波束数据的处理方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种多波束数据的处理方法、设备、存储介质，通过获取多个测量设备的原始数据，将原始测量数据进行数据揉合处理，计算出波束点云数据，对该波束点云数据进行渲染并按照预设格式保存，生成完整的波束点云文件，得到水下地形三维图，可供用户后续直接进行回放、处理、分析图像数据等操作处理。

附图说明

图1为本发明所提供实施例一的流程示意图；

图2为本发明所提供实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种多波束数据的处理方法，包括以下步骤：

步骤1、获取测量设备的原始数据，进行预处理，计算波束点位于船体坐标系的船体坐标、所述探头所在位置平面坐标系的平面坐标；所述测量设备包括多波束设备、姿态传感器、罗经与声速仪；

步骤2、根据所述探头的平面坐标与所述波束点的船体坐标，计算所述波束点位于探头所在位置平面坐标系的平面坐标；将所述波束点的平面坐标转换成波束点的enu坐标系的enu坐标，得波束点云数据；其中，enu坐标系是以站心(如gps接收天线中心)为坐标系原点o，z轴与椭球法线重合，向上为正(天向)，y与椭球短半轴重合(北向)，x轴与地球椭球的长半轴重合(东向)所构成的直角坐标系。

步骤3、将所述波束点云数据进行渲染展示并按照预设格式保存，生成波束点云文件。

本发明所提供的一种多波束数据的处理方法，通过获取多个测量设备的原始数据，将原始测量数据进行数据揉合处理，计算出波束点云数据，对该波束点云数据进行渲染并按照预设格式保存，生成完整的波束点云文件，得到水下地形三维图，可供用户后续直接进行回放、处理、分析图像数据等操作处理。

具体的，在开始进行测量之前，需要新建工程，设置工程的测量设备与工程参数，并进行所述测量设备调试，调整所述工程参数，完成工程的向导工作。工程参数是指坐标系统参数与测量设备偏移参数。测量设备调试是指检查测量设备的ip与端口是否设置正确、各个坐标系统参数是否正确、测量设备偏移参数是否正确，保证数据交互的正常。

步骤1、处理器获取测量设备的原始数据，进行预处理，计算波束点位于船体坐标系的船体坐标、所述探头所在位置平面坐标系的平面坐标；所述测量设备包括多波束设备、姿态传感器、罗经与声速仪，且测量设备通过串口或局域网tcp(transmissioncontrolprotocol，传输控制协议)、udp(userdatagramprotocol，用户数据报协议)与所述处理器建立连接。

多波束设备分为发声设备与接收设备，发声设备的位置即为波束点的位置，接收设备即为探头。发声设备发出声脉冲，在水底传播并被海底或进行中遇到的其他物体所反射，反射信号同时被多个探头接收。而姿态传感器用于精确测量船的横摇、纵摇、艏向和上下起伏。罗经用于精确测量船的位置(dgps，differentialglobalpositionsystem，差分全球定位系统)、速度和航向以及进行时间同步。声速仪的表面声速用于波束的行程，决定超声波入射的方向，声速剖面用于声线追踪以获得波束点的位置与水深。

对通过上述测量设备的获取到的原始数据进行预处理，具体为实时保存上述测量设备的原始数据于对应的数据结构，在只有其中一部分数据时，则计算该部分数据，待得到其余的测量设备的测量数据，则进行数据揉合，进行计算，从而得到具有定位信息的波束点数据或探头数据。如只有探头的数据时，只能计算探头位于船体坐标系的船体坐标；待获取到姿态传感器的姿态信息、声速仪或罗经的定位信息后，与原探头的船体坐标重新进行计算，得到探头位于平面坐标系的平面坐标、波束点数据。

波束点的船体坐标根据以下公式计算，

其中，θ为波束波束角，c为声速，t为脉冲长度。

步骤2、根据所述探头的平面坐标与所述波束点的船体坐标，计算所述波束点位于探头所在位置平面坐标系的平面坐标；将所述波束点的平面坐标成波束点的enu坐标系的enu坐标，得波束点云数据。

由步骤1所得到的探头的平面坐标与波束点的船体坐标、姿态传感器测量船的横摇、纵摇、上下起伏等姿态信息，计算波束点位于探头所在平面坐标系的平面坐标。在得到波束点的船体坐标后，通过发声装置与惯导中心的标定，获取船体坐标系与惯导坐标系的旋转参数与平移参数。惯导坐标系是以“当地水平面”为基准平面，以惯导三轴中心为原点所建立的坐标系，是相对于测量系统主体的三维空间。利用旋转参数与平移参数将波束点的船体坐标转换成波束点的惯导坐标。从船体坐标系转换成惯导坐标系的可分解成绕传感器的x轴、y轴、z轴旋转的三个基本旋转矩阵，旋转之后根据两个坐标系间进行平移，实现波束点由船体坐标系转换至惯导坐标系。

在获得波束点的惯导坐标后，根据惯导坐标系到当地水平坐标系的旋转角度，具体为横滚角、俯仰角、和偏航角，将惯导坐标系转换成当地坐标系，获得波束点的当地水平坐标。将波束点的当地水平坐标转换成波束点的大地坐标，再所述波束点的大地坐标转换成波束点的地心地固坐标；再所述波束点的地心地固坐标转换成波束点的enu坐标，从而得到波束点云数据。具体转换过程在本申请中不赘述。

步骤3、将所述波束点云数据进行渲染展示并按照预设格式保存，生成波束点云文件。

在二维、三维的展示窗口加载所述波束点云数据，并进行渲染展示。其中三维渲染是通过vtk库(visualizationtoolkit)进行渲染，从而得到水下地形三维图。另外，将波束点云数据按照预设格式保存生成波束点云文件，预设格式包括dtm文件、southmultibeam文件、southgriddata文件的一种或多种。其中，southmultibeam前部分为工程配置信息，包括坐标系统参数，偏移参数，单位参数等等，后部分为原始数据格式，目前是7k数据格式。southgriddata文件为x,y,z逗号隔开的点云数据文件。

另外，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述一种基于多波束点的处理方法的步骤。

本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程的消费电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等，如实施例二。

实施例二

如图2所示的一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中的程序，所述程序被配置成由处理器执行，处理器执行所述程序时实现上述一种基于多波束点的处理方法的步骤。

本实施例中的设备与前述实施例中的方法是基于同一发明构思下的两个方面，在前面已经对方法实施过程作了详细的描述，所以本领域技术人员可根据前述描述清楚地了解本实施中的系统的结构及实施过程，为了说明书的简洁，在此就不再赘述。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。