[发明专利]基于无人机航空摄影和无人船水上水下一体化扫描方法

权利要求书

1.一种基于无人机航空摄影和无人船水上水下一体化扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：

将无人机和无人船搭载的所有传感器通过船载刚性稳定平台固联；

量取各个传感器在水上水下一体化系统物方坐标系下的坐标值；

将量取的杆臂值输入实时采集软件中进行水上水下数据采集，获取多源数据；

将组合定位定姿解算后的数据导入水上水下一体化系统，将获取的多源数据转换至统一的当地工程坐标系；

将转换至同一坐标系下的多源数据融合，建立防波堤整体面貌的三维模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机航空摄影和无人船水上水下一体化扫描方法，其特征在于，传感器包括：激光扫描仪、360°全景相机、多波束测深仪、GNSS-IMU组合导航设备；

激光扫描仪搭载在无人机、无人船上，用于获取防波堤两侧斜坡水上部分的空间信息数据；

多波束测深仪搭载在无人船上，用于获取防波堤两侧斜坡水下部分的空间信息数据；

360°全景相机搭载在无人机上，用于获取防波堤顶部结构的图像数据；

GNSS-IMU组合导航设备搭载在无人机上，用于为激光扫描仪、多波束测深仪和360°全景相机提供定位信息、时间信息、姿态信息和航向信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机航空摄影和无人船水上水下一体化扫描方法，其特征在于，将通过360°全景相机获取的防波堤顶部结构的图像数据转换至物方坐标系下，具体包括以下步骤：

获取360°全景相机拍摄图像数据时对应的拍摄参数信息，其中拍摄参数信息包括天线相位中心三维坐标和传感器姿态角；

将天线相位中心三维坐标记为(X_C、Y_C、Z_C)，传感器姿态角包括滚动角俯仰角θ、航偏角ψ；将拍摄参数信息转换至物方坐标系下的公式为：

式中：表示从物方坐标系到影像坐标系的旋转矩阵；表示影像坐标系到传感器坐标系的旋转矩阵；表示传感器坐标系到载体坐标系的旋转矩阵；表示地心地固坐标系到导航坐标系的旋转矩阵；表示载体坐标系到导航坐标系的旋转矩阵；为固定矩阵，用于导航坐标系和物方坐标系之间的转换。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机航空摄影和无人船水上水下一体化扫描方法，其特征在于，杆臂值的获取方法包括以下步骤：

采集多个采样时刻的IMU数据和GNSS数据，获得先验状态信息和各个相邻GNSS采样时刻之间的IMU状态增量残差；

结合待优化的杆臂值构建目标函数，当目标函数收敛时，求解杆臂值。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机摄影和无人船水上水下一体化扫描方法，其特征在于，在获取多源数据之后，所述方法还包括：

利用硬件同步控制器为各个传感器提供相应的同步信号，并记录相应的时间，建立一个时间同步标准；

利用IE进行基准站和流动站数据结算，输出POS数据；

对POS数据进行点云数据预处理，得到标准LAS数据文件。

6.根据权利要求5所述的一种基于无人机摄影和无人船水上水下一体化扫描方法，其特征在于，对POS数据进行点云数据预处理，包括点云滤波和点云抽稀；

点云滤波包括回波信号去噪、距离去噪和时间去噪；

点云抽稀是对密集的点云数据进行缩减。