一种激光点云数据实时处理系统和方法与流程

1.本技术涉及计算机技术领域，尤其涉及一种激光点云数据实时处理系统和方法。


背景技术：

2.移动测量是近年来发展起来的一项高新测量技术，其依靠激光雷达、惯导等传感器快速采集道路周边的高精度点云数据。原始采集数据记录了反射点到雷达中心的距离和方位信息，但不能直接用于浏览、分析、应用等，需数据处理后得到绝对坐标，形成点云成果数据，供相应业务应用使用。
3.现有的点云数据采集和处理，分为外业和内业工作。外业工作人员在现场采集数据后，内业工作人员对采集的数据进行处理，两环节独立进行，不能实时发现激光点云数据在获得绝对坐标过程中产生的问题，导致后期重新采集，费事费力。
4.申请内容
5.(一)申请目的
6.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种激光点云数据实时处理系统和方法，以解决现有技术中激光点云数据在采集过中不能同时使激光点云数据获得绝对坐标的问题。
7.(二)技术方案
8.本技术公开了一种激光点云数据实时处理系统，包括激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪和处理模块，所述处理模块分别与所述激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪连接；
9.所述激光雷达用于采集激光点云数据，并同时将激光点云数据发送到处理模块；
10.所述gnss接收机用于采集gnss数据，并同时将gnss数据发送到处理模块；
11.所述惯性导航仪用于采集ins数据，并同时将ins数据发送到处理模块；
12.所述处理模块用于对接收到的数据进行同步处理，所述处理模块对同一时刻接收到激光点云数据、gnss数据和ins数据进行处理，使该时刻的激光点云数据获得绝对坐标并将获得绝对坐标的所述激光点云数据同时输出显示。
13.在一种可能的实施方式中，还包括时间同步模块，所述时间同步模块分别与所述激光雷达、gnss接收机和惯性导航仪连接，所述时间同步模块用于使所述激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪和处理模块时间同步。
14.在一种可能的实施方式中，所述时间同步模块采集gnss接收机的时间作为时间同步的基准时间，所述时间同步模块将所述基准时间传入所述激光雷达、所述惯性导航仪和所述处理模块中。
15.在一种可能的实施方式中，还包括校正模块，所述校正模块与所述处理模块连接，所述校正模块通过校正误差得到校正参数，并将所述校正参数发送到所述处理模块中。
16.在一种可能的实施方式中，所述校正模块采集多个同一平面的点，通过利用最小二乘解算得到校正参数。
17.作为本技术的第二方面还公开了一种激光点云数据实时处理方法，包括如下步骤：
18.s2、激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪同时采集对应数据，并将采集到的数据同时传入处理模块中，所述激光雷达用于采集激光点云数据，所述gnss接收机用于采集gnss数据，所述惯性导航仪用于采集ins数据；
19.s3、所述处理模块用于对接收到的数据进行同步处理，所述处理模块对同一时刻接收到激光点云数据、gnss数据和ins数据进行处理，使该时刻的激光点云数据获得绝对坐标并将获得绝对坐标的所述激光点云数据同时输出显示。
20.在一种可能的实施方式中，执行步骤s2前还需执行步骤s1,所述步骤s1为时间同步步骤，通过时间同步模块使所述激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪和处理模块时间同步。
21.在一种可能的实施方式中，所述时间同步步骤具体为：采集gnss接收机的时间作为时间同步的基准时间，所述时间同步模块将所述基准时间传入所述激光雷达、所述惯性导航仪和处理模块中。
22.在一种可能的实施方式中，执行步骤s1前还需执行步骤s0，所述步骤s0为校正步骤，校正模块通过校正误差得到校正参数，并将所述校正参数发送到所述处理模块中。
23.在一种可能的实施方式中，所述校正模块通过校正误差得到校正参数具体步骤为：校正模块采集多个同一平面的点，通过利用最小二乘解算得到校正参数。
24.(三)有益效果
25.本技术通过处理模块分别与所述激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪连接，其中，激光雷达用于采集激光点云数据，并同时将激光点云数据发送到处理模块；gnss接收机用于采集gnss数据，并同时将gnss数据发送到处理模块；惯性导航仪用于采集ins数据，并同时将ins数据发送到处理模块；处理模块对接收到的数据进行实时处理，使激光点云数据获得绝对坐标，实现数据采集实时处理，得到成果数据，相比于传统的“外业采集，内业处理”方式，本发明提出的激光点云数据实时处理系统实时处理采集原数据，避免后期重新采集，提升了测绘作业效率，避免由于不能实时观察激光点云数据在获得绝对坐标的过程中产生的问题，导致后期重新采集，费事费力。
26.本技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本技术的实践中得到教导。本技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
27.以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本技术，而不能理解为对本技术的保护范围的限制。
28.图1是本技术的系统图；
29.图2是本技术的流程图。
具体实施方式
30.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.如图1，本实施例提供了一种激光点云数据实时处理系统的实施方式，包括激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪、校正模块、时间同步模块和处理模块，所述处理模块分别与所述激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪、时间同步模块和校正模块连接，所述时间同步模块分别与所述激光雷达、gnss接收机、处理模块和惯性导航仪连接；
34.所述激光雷达用于采集激光点云数据，并同时将激光点云数据发送到处理模块；
35.所述gnss接收机用于采集gnss数据，并同时将gnss数据发送到处理模块；
36.所述惯性导航仪用于采集ins数据，并同时将ins数据发送到处理模块；
37.所述处理模块用于对接收到的数据进行同步处理，所述处理模块对同一时刻接收到激光点云数据、gnss数据和ins数据进行处理，使该时刻的激光点云数据获得绝对坐标并将获得绝对坐标的所述激光点云数据同时输出显示，所述处理模块包括激光点云数据处理单元、gnss数据处理单元和ins数据处理单元，所述激光点云数据处理单元对所述激光点云数据进行处理、所述gnss数据处理单元用于对gnss数据进行处理，所述ins数据处理单元用于对ins数据进行处理，通过数据融合使所述激光点云数据获得绝对坐标。
38.通过处理模块分别与所述激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪连接，其中，激光雷达用于采集激光点云数据，并同时将激光点云数据发送到处理模块；gnss接收机用于采集gnss数据，并同时将gnss数据发送到处理模块；惯性导航仪用于采集ins数据，并同时将ins数据发送到处理模块；处理模块对接收到的数据进行实时处理，使激光点云数据获得绝对坐标，实现数据采集实时处理，得到成果数据，相比于传统的“外业采集，内业处理”方式，本发明提出的激光点云数据实时处理系统实时处理采集原数据，避免后期重新采集，提升了测绘作业效率，避免由于不能实时观察激光点云数据在获得绝对坐标的过程中产生的问题，导致后期重新采集，费事费力。
39.所述时间同步模块用于使所述激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪和处理模块时间同步，所述时间同步模块采集gnss接收机的时间作为时间同步的基准时间，所述时间同步模块将所述基准时间传入所述激光雷达、所述惯性导航仪和所述处理模块中。在本系统中，时间同步模块需要的数据主要是utc时间。将得到的gprmc格式数据，经过转换得到其中的utc时间，该时间是以时分秒毫秒格式记录的，而激光雷达需要unix时间戳格式，故需要将utc时间转换为unix时间格式，然后发送到激光雷达、惯性导航仪和处理模块以达到时间同步的目的；所述时间同步模块还可通过采集所述激光雷达、gnss接收机、处理模块和惯性导航仪中任一部件开始采集数据的信号，并将任一部件开始采集数据的信号作为同步信号传递给其他部件使其他部件同时工作；
40.所述校正模块通过校正误差得到校正参数，并将所述校正参数发送到所述处理模
块中，使所述处理模块在使激光点云数据获得准确的绝对坐标；
41.所述校正模块采集多个同一平面的点，通过利用最小二乘解算得到校正参数，具体为建立平面。利用通过激光雷达对平面内进行往返扫描获取到参考面的激光点云数据，建立校正模型，利用最小二乘解算，使得所有平面上的激光点云与参考面重合，得到校正参数，从而实现校正。当平面为建筑物墙体立面时，对墙体里面进行扫描得到激光点云数据的绝对坐标值，按照扫描墙体的高和宽进行分块，当分块内高程差低于校正预设值时，选取分块中心点作为校正点，当分块内高程差大于校正预设值时，舍弃分块内所有点，对选取的所有校正点进行最小乘解算得到拟合平面，建立视准轴校正参数的方程，所述视准轴校正参数包括：
42.x＝[α β γ δx δy δz]
[0043]
α、β、γ分别是视准轴校正角度；
[0044]
△
z、
△
y、
△
z分别是视准轴的校正偏移量；
[0045]
所述校正参数方程为：
[0046][0047]
其中，a
p
、b
p
、c
p
和d
p
分别为拟合平面的方程的系数；
[0048]
xi、yi、zi分别为任一校正点的绝对坐标；
[0049]
l为观测值；
[0050]
v为观测值改正值；
[0051]
x0为视准轴校正参数初始值；
[0052]
为视准轴校正参数初始值的改正数；
[0053]
通过迭代得到视准轴校正参数的平差值：
[0054][0055]
如图2，提供了本实施例的第二方面一种激光点云数据实时处理方法，包括如下步骤：
[0056]
s0、校正步骤，校正模块通过校正误差得到校正参数，并将所述校正参数发送到所述处理模块中，所述校正模块通过校正误差得到校正参数具体为校正模块采集多个同一平面的点，通过利用最小二乘解算得到校正参数，所述校正模块采集多个同一平面的点，通过利用最小二乘解算得到校正参数，具体为建立平面，利用通过激光雷达对平面内进行往返扫描获取到参考面的激光点云数据，建立校正模型，利用最小二乘解算，使得所有平面上的激光点云与参考面重合，得到校正参数，从而实现校正。当平面为建筑物墙体立面时，对墙体里面进行扫描得到点云数据，按照扫描墙体的高和宽进行分块，当分块内高程差低于校正预设值时，选取分块中心点作为校正点，当分块内高程差大于校正预设值时，舍弃分块内所有点，对选取的校正点进行最小乘解算得到拟合平面，建立所述校正参数的方程，所述视准轴校正参数包括：
[0057]
x＝[α β γ δx δy δz]
[0058]
α、β、γ分别是视准轴校正角度；
[0059]
△
z、
△
y、
△
z分别是视准轴的校正偏移量；
[0060]
所述校正参数方程为
[0061][0062]
其中，a
p
、b
p
、c
p
和d
p
分别为拟合平面的方程的系数；
[0063]
xi、yi、zi分别为任一校正点的绝对坐标；
[0064]
l为观测值；
[0065]
v为观测值改正值；
[0066]
x0为视准轴校正参数初始值；
[0067]
为视准轴校正参数初始值的改正数；
[0068]
通过迭代得到校正参数的平差值
[0069][0070]
s1、时间同步步骤，通过时间同步模块使所述激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪和处理模块时间同步，所述时间同步模块采集gnss接收机的时间作为时间同步的基准时间，所述时间同步模块将所述基准时间传入所述激光雷达、所述惯性导航仪和处理模块中，所述时间同步模块采集gnss接收机的时间作为时间同步的基准时间，所述时间同步模块将所述基准时间传入所述激光雷达、所述惯性导航仪和所述处理模块中。在本系统中，时间同步模块需要的数据主要是utc时间。将得到的gprmc格式数据，经过转换得到其中的utc时间，该时间是以时分秒毫秒格式记录的，而激光雷达需要unix时间戳格式，故需要将utc时间转换为unix时间格式，然后发送到激光雷达、惯性导航仪和处理模块以达到时间同步的目的；所述时间同步模块还可通过采集所述激光雷达、gnss接收机、处理模块和惯性导航仪中任一部件开始采集数据的信号，并将任一部件开始采集数据的信号作为同步信号传递给其他部件使其他部件同时工作。
[0071]
s2、激光雷达、gnss接收机、惯性导航仪同时采集对应数据，并将采集到的数据同时传入处理模块中，所述激光雷达用于采集激光点云数据，所述gnss接收机用于采集gnss数据，所述惯性导航仪用于采集ins数据；
[0072]
s3、所述处理模块对激光点云数据、gnss数据和ins数据进行同步处理，使激光点云数据获得绝对坐标，所述处理模块包括激光点云数据处理单元、gnss数据处理单元和ins数据处理单元，所述激光点云数据处理单元对所述激光点云数据进行处理、所述gnss数据处理单元用于对gnss数据进行处理，所述ins数据处理单元用于对ins数据进行处理。
[0073]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或者同替换，而不脱离本技术技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本技术的权利要求范围当中。