一种无卫星导航环境下内部探测测线的定位校正方法与流程

本发明属于无损检测与测绘定位，具体涉及一种无卫星导航环境下，探测传感器沿测线采集被测结构内部数据时的测线定位校正方法。

背景技术：

1、对洞窟、隧道、古建筑等结构进行内部无损探测时，需使探测传感器沿规划测线移动，逐条扫描获取内部数据，并将各测线数据拼合为完整内部图像。测线数据须具有精确的空间坐标，才能与结构表面模型配准融合。现有方法依赖卫星导航系统与测距轮为测线定位，然而古建筑殿内、洞窟、隧道等场景卫星信号被遮挡，导航系统完全失效，测线无法定位，内部探测数据难以与表面模型建立对应关系。

2、室内定位领域已有基于超宽带、激光、惯导融合的定位方案，但此类方案存在累积漂移，且漂移量级超出测线配准所允许的误差范围；同时，此类方案仅定位载体自身，未与探测传感器的测量时刻建立同步关系，探测数据与定位结果之间缺乏对应，无法直接用于测线数据的空间校正。

3、对古建筑而言，内部结构（如墙内木柱、空洞、裂隙）的位置、尺寸均须以结构表面为参照才有意义。定位一旦漂移，融合模型整体失真，内部探测数据将失去工程价值。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有测线定位方法依赖卫星导航、在拒止环境失效，以及室内定位方案存在累积漂移、与探测测量时序脱节的不足，提供一种无卫星导航环境下内部探测测线的定位校正方法，以绝对坐标基准取代卫星导航为测线定位，通过基准识别反算定位误差并闭环修正，实现测线数据与表面模型的精确配准。

2、为解决上述技术问题，本发明采用一种无卫星导航环境下内部探测测线的定位校正方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、获取被测结构表面三维点云或既有表面模型，从中建立绝对坐标基准；

4、步骤s2、探测传感器沿规划测线移动，逐点采集被测结构内部数据，同步解算传感器位姿轨迹初值，所述位姿轨迹初值含有累积漂移误差，仅用于确定传感器的大致位置与姿态；

5、步骤s3、当传感器经过基准对应位置时，依据基准的已知坐标与当前位姿解算值之差，反算定位误差；

6、步骤s4、将定位误差反馈至位姿解算，实时校正当前及后续测线坐标；

7、步骤s5、输出校正后的测线数据，与表面模型配准融合，形成包含内部结构的完整模型，内部目标相对表面的位置与尺寸可量化提取。

8、进一步地，所述步骤s1中，所述基准以表面几何特征为主，所述表面几何特征包括墙角线、门洞边缘、柱础轮廓、地面砖缝交叉点中至少一种；所述基准还包括内外贯通结构特征，所述内外贯通结构特征包括门洞、窗洞、射孔中至少一种，其位置在表面模型中已知且同时存在于结构内侧；所述基准还包括人工布设标记，所述人工布设标记在表面模型建立时一并扫描并记录坐标。

9、进一步地，所述步骤s2中，所述探测传感器为探地雷达；所述位姿轨迹初值由惯性测量单元与里程计数据融合获得；所述测线按网格布设，每条测线经过至少两个基准；所述位姿轨迹初值还由传感器实时扫描配准获得，所述实时扫描配准与所述基准校正叠加使用。

10、进一步地，所述步骤s3中，设基准的已知坐标为，经过时刻传感器的位姿解算值为，则定位误差为：

11、

12、进一步地，所述步骤s3中，所述基准经过识别包括粗触发与精触发两级，所述粗触发为依据位姿轨迹初值推算传感器位置，当进入基准邻域范围时启动识别，所述精触发为依据探测信号在基准处的响应特征精确判定经过时刻。

13、进一步地，所述步骤s3中，所述基准对应位置包括墙体厚度约束位置，所述墙体厚度约束由探地雷达测量被测位置墙体厚度，并结合表面模型已知外轮廓确定。

14、进一步地，所述步骤s4中，校正后的测线坐标为：

15、

16、其中，为随机漂移的滤波估计值，滤波状态量包括位置、速度、姿态及漂移项，观测量为每次基准识别产生的定位误差。

17、进一步地，所述步骤s4中，所述定位误差分解为系统误差与随机漂移，所述系统误差直接补偿，所述随机漂移经滤波估计后反馈至位姿解算。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1、摆脱卫星导航依赖：以绝对坐标基准取代卫星导航为测线定位，适用于古建筑殿内、洞窟、隧道等卫星导航拒止环境；

20、2、消除累积漂移：以基准识别提供低频绝对校正，闭环修正位姿解算，将测线定位误差控制在配准允许范围内，且探测测量与定位同步进行，数据空间对应关系明确；

21、3、直接服务融合建模：校正后的测线数据与表面模型精确配准，内部结构的位置、尺寸可量化提取，结构表面模型升级为内外一体的完整模型。

1.一种无卫星导航环境下内部探测测线的定位校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述基准以表面几何特征为主，所述表面几何特征包括墙角线、门洞边缘、柱础轮廓、地面砖缝交叉点中至少一种；所述基准还包括内外贯通结构特征，所述内外贯通结构特征包括门洞、窗洞、射孔中至少一种；所述基准还包括人工布设标记，所述人工布设标记在表面模型建立时一并扫描记录坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述探测传感器为探地雷达；所述步骤s3中，所述基准对应位置包括墙体厚度约束位置，所述墙体厚度约束由探地雷达测量被测位置墙体厚度，并结合表面模型已知外轮廓确定。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述基准经过识别包括粗触发与精触发两级，所述粗触发为依据位姿轨迹初值推算传感器位置，当进入基准邻域范围时启动识别，所述精触发为依据探测信号在基准处的响应特征精确判定经过时刻。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述位姿轨迹初值由惯性测量单元与里程计数据融合获得；所述步骤s4中，所述定位误差分解为系统误差与随机漂移，所述系统误差直接补偿，所述随机漂移经滤波估计后反馈至位姿解算。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述测线按网格布设，每条测线经过至少两个基准。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述位姿轨迹初值还由传感器实时扫描配准获得，所述实时扫描配准与所述基准校正叠加使用。