CN112595325A - 初始位置确定方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

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CN112595325A
CN112595325A CN202011517742.3A CN202011517742A CN112595325A CN 112595325 A CN112595325 A CN 112595325A CN 202011517742 A CN202011517742 A CN 202011517742A CN 112595325 A CN112595325 A CN 112595325A
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李清泉
董翠军
熊勇钢
毛庆洲
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Wuhan Hirail Profiling Technology Co ltd
Wuhan University WHU
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Wuhan Hirail Profiling Technology Co ltd
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Abstract

本申请提供一种初始位置确定方法、装置、电子设备和存储介质，该方法包括：获取控制点在当地工程坐标系下的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子，并根据控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标；根据第一初始坐标对移动激光扫描系统进行初始对准，得到初始姿态；根据移动激光扫描系统的第一初始坐标和初始姿态进行航位推算，得到控制点的测量坐标；根据控制点的当地工程坐标、控制点的测量坐标精度信息及距离表征因子确定坐标修正值；根据坐标修正值对第一初始坐标进行修正，得到修正后的移动激光扫描系统的第二初始坐标，将第二初始坐标作为移动激光扫描系统的初始位置。

Description

初始位置确定方法、装置、电子设备和存储介质
技术领域
本申请涉及惯性导航技术领域，具体而言，涉及一种初始位置确定方法、装置、电子设备和存储介质。
背景技术
移动激光扫描系统集成激光扫描仪、定位定姿设备等多种传感器，可动态、连续、快速地获取被扫描物体的激光扫描信息，结合定位定姿传感器获取的位置、姿态等信息可以计算出点云的精确三维坐标，进而重建被扫描物体的三维空间模型。位姿信息的获取是点云坐标计算的前提。当前移动激光扫描系统多采用惯性测量单元(InertialMeasurement Unit,IMU) 作为定位定姿核心传感器。
在进行导航定位时，需要获取移动激光扫描系统在大地坐标系中的初始位置，即纬度、经度和高程，进而根据该初始位置获取移动激光扫描系统相对于导航坐标系的初始姿态，以便进行后续的导航解算。
现有的移动激光扫描系统通过全球导航卫星系统(Global Navigation SateliteSystem,GNSS)定位技术获取移动激光扫描系统在大地坐标系中的初始位置。但是问题在于，当移动激光扫描系统应用于地下空间，如：地铁、隧道、矿井等无卫星导航信号的环境中，无法根据卫星导航信号确定初始位置，进而导致移动激光扫描系统无法正常工作。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种初始位置确定方法、装置、电子设备和存储介质，以实现移动激光扫描系统在无卫星导航信号的环境下正常工作。
第一方面，本发明提供一种初始位置确定方法，应用于移动激光扫描系统，包括：获取多个控制点在当地工程坐标系下的当地工程坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子，并根据所述多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定所述移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标，其中，所述距离表征因子用于表征多个所述控制点与所述移动激光扫描系统之间的位置关系；根据所述第一初始坐标对所述移动激光扫描系统进行初始对准，得到所述移动激光扫描系统的初始姿态；根据所述移动激光扫描系统的第一初始坐标和所述移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到所述多个控制点的测量坐标；根据所述多个控制点的当地工程坐标、所述多个控制点的测量坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子确定坐标修正值；根据所述坐标修正值对所述第一初始坐标进行修正，得到修正后的所述移动激光扫描系统的第二初始坐标，其中，所述第二初始坐标为所述移动激光扫描系统的初始位置。
本申请实施例中，首先通过多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标。然后根据该第一初始坐标对移动激光扫描系统进行初始对准，确定移动激光扫描系统的初始姿态，进而控制移动激光扫描系统根据第一初始坐标和初始姿态进行一段距离的航位推算，获得多个控制点的测量坐标。由于采用的第一初始坐标是根据移动激光扫描系统周围的控制点确定的，与实际的移动激光扫描系统的初始位置存在一定的误差。那么根据第一初始坐标和初始姿态获取的多个控制点的测量坐标与控制点的当地工程坐标之间的误差会带有与第一初始坐标和实际的移动激光扫描系统的初始位置之间的误差。因此，可以通过确定多个控制点的测量坐标与控制点的当地工程坐标确定坐标修正值，根据该坐标修正值对第一初始坐标进行修正，进而得到较精确的第二初始坐标，即移动激光扫描系统的初始位置。
通过上述方法，移动激光扫描系统在确定初始位置时，无需根据卫星导航信号进行初始位置定位，只需要知道根据移动激光扫描系统附近的控制点信息即可得到初始位置，使得移动激光扫描系统可以在无卫星导航信号的环境下正常工作。
在可选的实施方式中，所述多个控制点的当地工程坐标包括第一高程，所述第一初始坐标包括第一初始高程，所述根据所述多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定所述移动激光扫描系统的第一初始坐标，包括：获取所述移动激光扫描系统所在地的重力加速度，并根据所述重力加速度确定第二高程；根据所述第一高程和所述第二高程确定所述第一初始高程。
通过上述方式，在利用多个控制点的当地工程坐标确定第一高程后，根据惯性测量单元的比力确定激光扫描系统坐在地的重力观测量，根据重力观测量计算出第二高程，结合第一高程和第二高程确定第一初始高程，提高了第一初始高程的精确度。
在可选的实施方式中，所述多个控制点的当地工程坐标包括第一横坐标和第一纵坐标，所述第一初始坐标包括第一初始经度和第一初始纬度，所述根据所述多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定所述移动激光扫描系统的第一初始坐标，包括：利用所述多个控制点的第一横坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定所述第一初始经度；利用所述多个控制点的第一纵坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定所述第一初始纬度。
在可选的实施方式中，所述方法还包括：根据所述移动激光扫描系统的第二初始坐标和所述移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到所述多个控制点的第二测量坐标；根据所述多个控制点的当地工程坐标、所述多个控制点的第二测量坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子确定第二坐标修正值；判断所述第二坐标修正值是否大于预设阈值；若大于，根据所述第二坐标修正值对所述第二初始坐标进行修正，得到修正后的所述移动激光扫描系统的第三初始坐标，并将所述初始位置替换为所述第三初始坐标；若小于等于，将所述第二初始坐标作为所述移动激光扫描系统的初始位置。
在进行初始位置修正时，采用了阈值判断的方式，通过多次循环对初始位置进行修正，提高了确定初始位置的精度。
在可选的实施方式中，所述根据所述多个控制点的当地工程坐标、所述多个控制点的测量坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子确定坐标修正值，包括：对根据所述多个控制点的当地工程坐标和所述多个控制点的测量坐标求差，得到坐标差值；利用所述坐标差值和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定坐标修正值。
通过利用多个控制点确定多个坐标修正值，利用坐标差值和多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定坐标修正值，提高了坐标修正值精度。
第二方面，本发明提供一种初始位置确定装置，应用于移动激光扫描系统，包括：获取模块，用于获取多个控制点在当地工程坐标系下的当地工程坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子，并根据所述多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定所述移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标，其中，所述距离表征因子用于表征多个所述控制点与所述移动激光扫描系统之间的位置关系；对准模块，用于根据所述第一初始坐标对所述移动激光扫描系统进行初始对准，得到所述移动激光扫描系统的初始姿态；修正模块，用于根据所述移动激光扫描系统的第一初始坐标和所述移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到所述多个控制点的测量坐标；根据所述多个控制点的当地工程坐标、所述多个控制点的测量坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子确定坐标修正值；根据所述坐标修正值对所述第一初始坐标进行修正，得到修正后的所述移动激光扫描系统的第二初始坐标，其中，所述第二初始坐标为所述移动激光扫描系统的初始位置。
在可选的实施方式中，所述多个控制点的当地工程坐标包括第一高程，所述第一初始坐标包括第一初始高程，所述获取模块还用于获取所述移动激光扫描系统所在地的重力加速度，并根据所述重力加速度确定第二高程；根据所述第一高程和所述第二高程确定所述第一初始高程。
在可选的实施方式中，所述多个控制点的当地工程坐标包括第一横坐标和第一纵坐标，所述第一初始坐标包括第一初始经度和第一初始纬度，所述获取模块还用于利用所述多个控制点的第一横坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定所述第一初始经度；利用所述多个控制点的第一纵坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定所述第一初始纬度。
在可选的实施方式中，所述对准模块还用于根据所述移动激光扫描系统的第二初始坐标和所述移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到所述多个控制点的第二测量坐标；根据所述多个控制点的当地工程坐标、所述多个控制点的第二测量坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子确定第二坐标修正值；判断所述第二坐标修正值是否大于预设阈值；若大于，根据所述第二坐标修正值对所述第二初始坐标进行修正，得到修正后的所述移动激光扫描系统的第三初始坐标，并将所述初始位置替换为所述第三初始坐标；若小于等于，将所述第二初始坐标作为所述移动激光扫描系统的初始位置。
在可选的实施方式中，所述对准模块还用于对根据所述多个控制点的当地工程坐标和所述多个控制点的测量坐标求差，得到坐标差值；利用所述坐标差值和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定坐标修正值。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线；
所述处理器和所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如前述实施方式任一项所述的初始位置确定方法。
第四方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被计算机运行时，使所述计算机执行如前述实施方式任一项所述的初始位置确定方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种初始位置确定方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的一种初始位置确定装置的结构框图；
图3为本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图。
图标：200-初始位置确定装置；201-获取模块；202-对准模块；203-修正模块；300-电子设备；301-处理器；302-通信接口；303-存储器；304-总线。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
移动激光扫描系统集成激光扫描仪、定位定姿设备等多种传感器，可动态、连续、快速地获取被扫描物体的激光扫描信息，结合定位定姿传感器获取的位置、姿态等信息可以计算出点云的精确三维坐标，进而重建被扫描物体的三维空间模型。位姿信息的获取是点云坐标计算的前提。当前移动激光扫描系统多采用惯性测量单元(InertialMeasurement Unit,IMU) 作为定位定姿核心传感器。
在进行导航定位时，需要获取移动激光扫描系统在大地坐标系中的初始位置，即纬度、经度和高程，进而根据该初始位置获取移动激光扫描系统相对于导航坐标系的初始姿态，以便进行后续的导航解算。
现有的移动激光扫描系统通过全球导航卫星系统(Global Navigation SateliteSystem,GNSS)定位技术获取移动激光扫描系统在大地坐标系中的初始位置。但是问题在于，当移动激光扫描系统应用于地下空间，如：地铁、隧道、矿井等无卫星导航信号的环境中，无法根据卫星导航信号确定初始位置，进而导致移动激光扫描系统无法正常工作。
基于此，本申请实施例的目的在于提供一种初始位置确定方法、装置、电子设备和存储介质，以实现移动激光扫描系统在无卫星导航信号的环境下正常工作。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种初始位置确定方法的流程图，该初始位置确定方法以包括如下步骤：
步骤S101：获取多个控制点在当地工程坐标系下的当地工程坐标和多个控制点的精度信息及距离表征因子，并根据多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标。
步骤S102：根据第一初始坐标对移动激光扫描系统进行初始对准，得到移动激光扫描系统的初始姿态。
步骤S103：根据移动激光扫描系统的第一初始坐标和移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到多个控制点的测量坐标。
步骤S104：根据多个控制点的当地工程坐标、多个控制点的测量坐标和多个控制点的精度信息及距离表征因子确定坐标修正值。
步骤S105：根据坐标修正值对第一初始坐标进行修正，得到修正后的移动激光扫描系统的第二初始坐标。
本申请实施例提供的初始位置确定方法应用于移动激光扫描系统。示例性的，移动激光扫描系统可以包括：惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)、激光扫描仪、CCD相机等设备。其中，惯性测量单元一般由三组加速度计、陀螺仪、数字化线圈和一个CPU组成，三轴加速度计用于检测移动激光扫描系统在XYZ三个方向的瞬时加速度，陀螺仪用于检测移动激光扫描系统在XYZ三个方向移动载体相对于惯性坐标系的瞬时角速度，通过对角速度的计算，可以得到载体坐标系相当于计算坐标系的旋转矩阵，再通过此旋转矩阵即可将比力换算到计算坐标系中，然后在计算坐标系通过比力算得加速度，最后通过两次积分，即可算得移动激光扫描系统的位置、速度等导航信息。激光扫描仪用于在扫描设置于场景内的控制点，辅助移动激光扫描系统进行初始位置确定。
本申请实施例中，首先通过多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标。然后根据该第一初始坐标对移动激光扫描系统进行初始对准，确定移动激光扫描系统的初始姿态，进而控制移动激光扫描系统根据第一初始坐标和初始姿态进行一段距离的航位推算，获得多个控制点的测量坐标。由于采用的第一初始坐标是根据移动激光扫描系统周围的控制点确定的，与实际的移动激光扫描系统的初始位置存在一定的误差。那么根据第一初始坐标和初始姿态获取的多个控制点的测量坐标与控制点的当地工程坐标之间的误差会带有与第一初始坐标和实际的移动激光扫描系统的初始位置之间的误差。因此，可以通过确定多个控制点的测量坐标与控制点的当地工程坐标确定坐标修正值，根据该坐标修正值对第一初始坐标进行修正，进而得到较精确的第二初始坐标，即移动激光扫描系统的初始位置。
下面将结合示例对上述流程进行详细说明。
步骤S101：获取多个控制点在当地工程坐标系下的当地工程坐标和多个控制点的精度信息及距离表征因子，并根据多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标。
本申请实施例中，首先获取多个控制点在当地工程坐标系下的当地工程坐标和多个控制点的精度信息及距离表征因子。需要说明的是，在进行移动激光扫描系统进行工作时，周围会有多个控制点，且这些控制点的坐标为已知量。通常，这些控制点的坐标为当地工程坐标系下的当地工程坐标，这些当地工程坐标可以是由大地坐标系下的坐标通过高斯投影转换得来的。
获取多个控制点在当地工程坐标系下的当地工程坐标和多个控制点的精度信息及距离表征因子后，本申请实施例根据多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标。多个控制点的当地工程坐标包括第一横坐标和第一纵坐标，第一初始坐标可以包括第一初始经度和第一初始纬度。其中，步骤S101可以具体包括如下步骤：
第一步，利用多个控制点的第一横坐标和多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定第一初始经度；
第二步，利用多个控制点的第一纵坐标和多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定第一初始纬度。
多个控制点的当地工程坐标还可以包括第一高程，第一初始坐标还可以包括第一初始高程。其中，步骤S101还可以具体包括如下步骤：
利用多个控制点的第一高程和多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定第一初始高程。
具体的，控制点坐标可以表示为：
Figure RE-GDA0002951601200000111
其中，
Figure RE-GDA0002951601200000112
代表第一横坐标、第一纵坐标和第一高程的坐标值，控制点对应的精度信息为
Figure RE-GDA0002951601200000113
P代表对应坐标分量的方差倒数，其中下标ctrl 代表控制点，上标i代表测量区域的控制点序号，距离表征因子为|i-m|+1， m为距离激光扫描系统最近的控制点编号，并且1≤m≤n。
实际测量时，移动激光扫描系统都是置于这些控制点之间的，可以利用周围控制点坐标进行平差计算移动激光扫描系统的第一初始坐标，计算方法如公式(1)所示：
Figure RE-GDA0002951601200000121
公式(2)表示了公式(1)中部分参数的计算方法：
Figure RE-GDA0002951601200000122
公式(1)中
Figure RE-GDA0002951601200000123
代表第一初始经度、第一初始纬度和第一初始高程的坐标值。
公式(2)中，距离表征因子为|i-m|+1，m为距离激光扫描系统最近的控制点编号，并且1≤m≤n。
Figure RE-GDA0002951601200000124
代表了控制点在对应坐标轴上的权重，该权重与控制点的方差信息和控制点距离激光扫描系统初始位置的远近相关，其中，方差越大，分子越小，对第一初始坐标的贡献越小，反之越大。距离初始位置越远，i与m之间的差值越大，分母越大，对第一初始坐标的贡献越小，反之越大。由于多个控制点的坐标均为在当地工程坐标系下的当地工程坐标，因此，通过上述方法计算出的坐标同样为在当地工程坐标系下的激光扫描系统的坐标，需要通过高斯投影反算公式计算出激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标，即对应的第一初始经度、第一初始纬度和第一高程。其中。大地坐标系下的第一初始经度和第一初始纬度相当于该位置的大地经度和大地纬度。需要说明的是，在后续公式中，第一初始纬度用B表示，第一初始纬度用L表示，第一初始高程用H表示。
考虑到高程可以根据当地的重力观测值进行优化，本申请通过结合重力观测值对上述计算后的高程
Figure RE-GDA0002951601200000133
进一步优化，步骤S101可以包括如下步骤：
第一步，获取移动激光扫描系统所在地的重力加速度，并根据重力加速度确定第二高程；
第二步，根据第一高程和第二高程确定所述第一初始高程。
具体的，通过激光扫描系统的惯性测量单元可以测量激光扫描系统在静止状态下的重力矢量fb，测量值是基于IMU坐标系测得，矢量关系可通过公式(3)反映。
Figure RE-GDA0002951601200000131
静止状态下fb的标量值大小和重力的标量值大小相等，即公式(4)所示：
Figure RE-GDA0002951601200000132
计算重力值g，首先要用正常重力公式计算大地水准面上的重力值g0，g0计算方法如公式(5)所示：
g0＝9.780327[1+0.0053025sin2B-0.0000058sin2(2B)] (5)
其中，B为激光扫描系统的所在地的纬度，即上述第一初始纬度。
然后采用公式(6)计算正常重力值g：
g＝g0(1+5.27094e-3sin2B+2.32718e-5sin4B)-3.086e-6H (6)
公式(3)中的e为地球偏心率。联合公式(4)和公式(6)，可以得到利用加速度计测量值计算高程的方法如公式(7)：
Figure RE-GDA0002951601200000141
再将公式(1)计算出的第一高程
Figure RE-GDA0002951601200000144
和公式(7)计算出的第二高程
Figure RE-GDA0002951601200000143
进行平均即可获得更精确的第一初始高程。
Figure RE-GDA0002951601200000142
其中，H为第一初始高程。
通过上述方式，在利用多个控制点的当地工程坐标确定第一高程后，根据惯性测量单元的比力确定激光扫描系统坐在地的重力观测量，根据重力观测量计算出第二高程，结合第一高程和第二高程确定第一初始高程，提高了第一初始高程的精确度。
步骤S102：根据第一初始坐标对移动激光扫描系统进行初始对准，得到移动激光扫描系统的初始姿态。
本申请实施例中，在确定第一初始坐标后，根据第一初始坐标对移动激光扫描系统进行初始对准，得到移动激光扫描系统的初始姿态，以便后续将第一初始坐标和初始姿态作为输入，进行航位推算。
本申请实施例中，初始对准过程分为粗对准和精对准两个阶段。粗对准阶段以重力矢量和地球角速度矢量为信息，利用解析方法进行，确定姿态转换矩阵估计值。
精对准是在粗对准的基础上进行的，通过处理惯性器件的输出信息，精确校正真实导航坐标系与计算的导航坐标系之间的失准角，使之趋于零，从而得到精确的初始姿态矩阵。
具体的，粗对准是在运载体相对地面既没有明显的线运动也没有角运动，且对准地点处的地理位置准确已知，也就是说重力矢量g和地球自转角速度矢量ωie在地理坐标系(初始对准参考坐标系)的分量准确已知，分别如下：
Figure RE-GDA0002951601200000151
其中，L、g和ωie分别表示第一初始纬度、重力加速度大小和地球自转角速率大小，重力加速度大小和地球自转角速率大小由惯性测量单元获取。
Figure RE-GDA0002951601200000152
和gn与对应的IMU测量值
Figure RE-GDA0002951601200000153
和fb之间的关系如公式(10～11)：
Figure RE-GDA0002951601200000154
Figure RE-GDA0002951601200000155
可得姿态阵估计值为：
Figure RE-GDA0002951601200000156
本申请实施例中，精对准使用卡尔曼(Kalman)滤波进行状态估计，系统模型应视为随机模型，建立随机系统模型如下：
Figure RE-GDA0002951601200000157
其中
X＝[φE φN φU δvE δvN εN εU]T
Figure RE-GDA0002951601200000161
Figure RE-GDA0002951601200000162
Figure RE-GDA0002951601200000163
为陀螺角速率白噪声；
Figure RE-GDA0002951601200000164
为加速度计比力白噪声。VE和VN分别为等效东向和北向速度量测噪声。
将式(13)离散化之后再进行估计，便可获得失准角的最优估计，进而可以计算得到移动扫描系统的精确初始姿态。
为了便于说明，下面对步骤S103至步骤S105一并进行说明。
步骤S103：根据移动激光扫描系统的第一初始坐标和移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到多个控制点的测量坐标。
本申请实施例中，通过步骤S101和步骤S102确定第一初始坐标和初始姿态后，控制移动激光扫描系统根据第一初始坐标和初始姿态进行一段距离的航位推算，可以得到一段相对于大地坐标系的位置和姿态信息。利用上述信息进行激光数据融合解算得到多个控制点的测量坐标。需要说明的是，控制移动激光扫描系统根据第一初始坐标和初始姿态进行一段距离的航位推算，可以得到一段相对于大地坐标系的位置和姿态信息。利用上述信息进行激光数据融合解算得到多个控制点的测量坐标的方式为现有技术，为使说明书简洁，在此不做展开说明。
步骤S104：根据多个控制点的当地工程坐标、多个控制点的测量坐标和多个控制点的精度信息及距离表征因子确定坐标修正值。
本申请实施例中，确定多个控制点的测量坐标后，根据多个控制点的当地工程坐标、多个控制点的测量坐标和多个控制点的精度信息及距离表征因子确定坐标修正值。需要说明的是，由于控制点的测量坐标是在大地坐标系下的，需要先将大地坐标系下的控制点的测量坐标转化为当地工程坐标系下的坐标，进而根据多个控制点的当地工程坐标和多个控制点的精度信息及距离表征因子确定坐标修正值。本申请实施例中，可以将测量坐标经过高斯投影正算公式计算得到控制点测量坐标在投影坐标系下的坐标。
进一步的，步骤S104可以具体包括如下步骤：
第一步，对根据多个控制点的当地工程坐标和多个控制点的测量坐标求差，得到坐标差值；
第二步，利用坐标差值和多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定坐标修正值。
具体的，求取控制点大地坐标后和控制点原来的当地工程坐标进行求差值，由于控制点都是左右成对出现，所以在进行航位推算时，若推算到达第一个控制点停止，也会有两个控制点用以计算。若推行距离更远，则会出现更多控制点，这样每个控制点都可解算出一个坐标差值。求取坐标差值的公式为：
Figure RE-GDA0002951601200000171
其中，XL为控制点的当地工程坐标，Xg为控制点的测量坐标经过高斯投影正算公式计算之后得到控制点在当地工程坐标系下的坐标。
将坐标差值按照控制点精度信息及距离表征因子进行加权平差，即可计算出初始位置的坐标修正值，加权平差方法如公式(15)所示：
Figure RE-GDA0002951601200000181
其中，公式(15)中变量的含义与公式(1)中的变量含义一致，在此不做赘述。
通过利用多个控制点确定多个坐标修正值，利用坐标差值和多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定坐标修正值，提高了坐标修正值精度。
步骤S105：根据坐标修正值对第一初始坐标进行修正，得到修正后的移动激光扫描系统的第二初始坐标。
本申请实施例中，确定坐标修正值后，第一初始坐标与坐标修正值对应相加，即得到第二初始坐标。通过确定多个控制点的测量坐标与控制点的当地工程坐标确定坐标修正值，根据该坐标修正值对第一初始坐标进行修正，进而得到较精确的第二初始坐标，即移动激光扫描系统的初始位置。
可选的，在步骤S105之后，本申请实施例提供的初始位置确定方法还可以包括如下步骤：
第一步，根据移动激光扫描系统的第二初始坐标和移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到多个控制点的第二测量坐标；
第二步。根据多个控制点的当地工程坐标、多个控制点的第二测量坐标和多个控制点的精度信息及距离表征因子确定第二坐标修正值；
第三步，判断第二坐标修正值是否大于预设阈值；
第四步，若大于，根据第二坐标修正值对第二初始坐标进行修正，得到修正后的移动激光扫描系统的第三初始坐标，并将所述初始位置替换为第三初始坐标；
第五步，若小于等于，将第二初始坐标作为移动激光扫描系统的初始位置。
本申请实施例中，上述第一步和第二步与步骤S103和步骤S104相对应，唯一不同之处为步骤S103是根据第一初始坐标进行航位推算，而上述第一步是根据第二初始坐标进行航位推算。
在确定第二坐标修正值后，判断第二坐标修正值是否大于预设阈值。若第二坐标修正值大于预设阈值，则认为经过坐标修正值修正后的第二初始坐标的精度还不满足预设条件。因此，通过根据第二坐标修正值对第二初始坐标进行修正，得到修正后的移动激光扫描系统的第三初始坐标，将第三初始坐标作为移动激光扫描系统的初始位置。可以理解，第四步与步骤S105相对应。
若第二坐标修正值小于等于预设阈值，则认为经过坐标修正值修正后的第二初始坐标的精度已经满足预设条件，无需再进行修正，则将第二初始坐标作为移动激光扫描系统的初始位置。
可选的，预设阈值可以为坐标修正值的两倍。
在进行初始位置修正时，采用了阈值判断的方式，通过多次循环对初始位置进行修正，提高了确定初始位置的精度。
综上所述，本申请实施例提供一种初始位置确定方法，应用于移动激光扫描系统，首先通过多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标。然后根据该第一初始坐标对移动激光扫描系统进行初始对准，确定移动激光扫描系统的初始姿态，进而控制移动激光扫描系统根据第一初始坐标和初始姿态进行一段距离的航位推算，获得多个控制点的测量坐标。由于采用的第一初始坐标是根据移动激光扫描系统周围的控制点确定的，与实际的移动激光扫描系统的初始位置存在一定的误差。那么根据第一初始坐标和初始姿态获取的多个控制点的测量坐标与控制点的当地工程坐标之间的误差会带有与第一初始坐标和实际的移动激光扫描系统的初始位置之间的误差。因此，可以通过确定多个控制点的测量坐标与控制点的当地工程坐标确定坐标修正值，根据该坐标修正值对第一初始坐标进行修正，进而得到较精确的第二初始坐标，即移动激光扫描系统的初始位置。
通过上述方法，移动激光扫描系统在确定初始位置时，无需根据卫星导航信号进行初始位置定位，只需要知道根据移动激光扫描系统附近的控制点信息即可得到初始位置，使得移动激光扫描系统可以在无卫星导航信号的环境下正常工作。
基于同一发明构思，本申请实施例提供一种初始位置确定装置。请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种初始位置确定装置的结构框图，该初始位置确定装置200包括：
获取模块201，用于获取多个控制点在当地工程坐标系下的当地工程坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子，并根据所述多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定所述移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标，其中，所述距离表征因子用于表征多个所述控制点与所述移动激光扫描系统之间的位置关系；
对准模块202，用于根据所述第一初始坐标对所述移动激光扫描系统进行初始对准，得到所述移动激光扫描系统的初始姿态；
修正模块203，用于根据所述移动激光扫描系统的第一初始坐标和所述移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到所述多个控制点的测量坐标；根据所述多个控制点的当地工程坐标、所述多个控制点的测量坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子确定坐标修正值；根据所述坐标修正值对所述第一初始坐标进行修正，得到修正后的所述移动激光扫描系统的第二初始坐标，其中，所述第二初始坐标为所述移动激光扫描系统的初始位置。
在可选的实施方式中，所述多个控制点的当地工程坐标包括第一高程，所述第一初始坐标包括第一初始高程，所述获取模块201还用于获取所述移动激光扫描系统所在地的重力加速度，并根据所述重力加速度确定第二高程；根据所述第一高程和所述第二高程确定所述第一初始高程。
在可选的实施方式中，所述多个控制点的当地工程坐标包括第一横坐标和第一纵坐标，所述第一初始坐标包括第一初始经度和第一初始纬度，所述获取模块201还用于利用所述多个控制点的第一横坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定所述第一初始经度；利用所述多个控制点的第一纵坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定所述第一初始纬度。
在可选的实施方式中，所述对准模块202还用于根据所述移动激光扫描系统的第二初始坐标和所述移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到所述多个控制点的第二测量坐标；根据所述多个控制点的当地工程坐标、所述多个控制点的第二测量坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子确定第二坐标修正值；判断所述第二坐标修正值是否大于预设阈值；若大于，根据所述第二坐标修正值对所述第二初始坐标进行修正，得到修正后的所述移动激光扫描系统的第三初始坐标，并将所述初始位置替换为所述第三初始坐标；若小于等于，将所述第二初始坐标作为所述移动激光扫描系统的初始位置。
在可选的实施方式中，所述对准模块202还用于对根据所述多个控制点的当地工程坐标和所述多个控制点的测量坐标求差，得到坐标差值；利用所述坐标差值和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定坐标修正值。
请参照图3，图3为本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图，该电子设备300包括：至少一个处理器301，至少一个通信接口302，至少一个存储器303和至少一个总线304。其中，总线304用于实现这些组件直接的连接通信，通信接口302用于与其他节点设备进行信令或数据的通信，存储器303存储有处理器301可执行的机器可读指令。当电子设备300运行时，处理器301与存储器303之间通过总线304通信，机器可读指令被处理器301调用时执行上述初始位置确定方法。
处理器301可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述处理器301可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。其可以实现或者执行本申请实施例中公开的各种方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器303可以包括但不限于随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。
可以理解，图3所示的结构仅为示意，电子设备300还可包括比图3 中所示更多或者更少的组件，或者具有与图3所示不同的配置。图3中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。于本申请实施例中，电子设备300可以是，但不限于台式机、笔记本电脑、智能手机、智能穿戴设备、车载设备等实体设备，还可以是虚拟机等虚拟设备。另外，电子设备300也不一定是单台设备，还可以是多台设备的组合，例如服务器集群，等等。
本申请实施例还提供一种计算机程序产品，包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述实施例中初始位置确定方法的步骤。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
需要说明的是，功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器 (Read-Only Memory，ROM)随机存取存储器(Random Access Memory， RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种初始位置确定方法，其特征在于，应用于移动激光扫描系统，包括：
获取多个控制点在当地工程坐标系下的当地工程坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子，并根据所述多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定所述移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标，其中，所述距离表征因子用于表征多个所述控制点与所述移动激光扫描系统之间的位置关系；
根据所述第一初始坐标对所述移动激光扫描系统进行初始对准，得到所述移动激光扫描系统的初始姿态；
根据所述移动激光扫描系统的第一初始坐标和所述移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到所述多个控制点的测量坐标；
根据所述多个控制点的当地工程坐标、所述多个控制点的测量坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子确定坐标修正值；
根据所述坐标修正值对所述第一初始坐标进行修正，得到修正后的所述移动激光扫描系统的第二初始坐标，其中，所述第二初始坐标为所述移动激光扫描系统的初始位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个控制点的当地工程坐标包括第一高程，所述第一初始坐标包括第一初始高程，所述根据所述多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定所述移动激光扫描系统的第一初始坐标，包括：
获取所述移动激光扫描系统所在地的重力加速度，并根据所述重力加速度确定第二高程；
根据所述第一高程和所述第二高程确定所述第一初始高程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个控制点的当地工程坐标包括第一横坐标和第一纵坐标，所述第一初始坐标包括第一初始经度和第一初始纬度，所述根据所述多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定所述移动激光扫描系统的第一初始坐标，包括：
利用所述多个控制点的第一横坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定所述第一初始经度；
利用所述多个控制点的第一纵坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定所述第一初始纬度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述移动激光扫描系统的第二初始坐标和所述移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到所述多个控制点的第二测量坐标；
根据所述多个控制点的当地工程坐标、所述多个控制点的第二测量坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子确定第二坐标修正值；
判断所述第二坐标修正值是否大于预设阈值；
若大于，根据所述第二坐标修正值对所述第二初始坐标进行修正，得到修正后的所述移动激光扫描系统的第三初始坐标，并将所述初始位置替换为所述第三初始坐标；
若小于等于，将所述第二初始坐标作为所述移动激光扫描系统的初始位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个控制点的当地工程坐标、所述多个控制点的测量坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子确定坐标修正值，包括：
对根据所述多个控制点的当地工程坐标和所述多个控制点的测量坐标求差，得到坐标差值；
利用所述坐标差值和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定坐标修正值。
6.一种初始位置确定装置，其特征在于，应用于移动激光扫描系统，包括：
获取模块，用于获取多个控制点在当地工程坐标系下的当地工程坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子，并根据所述多个控制点的当地工程坐标和精度信息及距离表征因子确定所述移动激光扫描系统在大地坐标系下的第一初始坐标，其中，所述距离表征因子用于表征多个所述控制点与所述移动激光扫描系统之间的位置关系；
对准模块，用于根据所述第一初始坐标对所述移动激光扫描系统进行初始对准，得到所述移动激光扫描系统的初始姿态；
修正模块，用于根据所述移动激光扫描系统的第一初始坐标和所述移动激光扫描系统的初始姿态进行航位推算，得到所述多个控制点的测量坐标；根据所述多个控制点的当地工程坐标、所述多个控制点的测量坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子确定坐标修正值；根据所述坐标修正值对所述第一初始坐标进行修正，得到修正后的所述移动激光扫描系统的第二初始坐标，其中，所述第二初始坐标为所述移动激光扫描系统的初始位置。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多个控制点的当地工程坐标包括第一高程，所述第一初始坐标包括第一初始高程，所述获取模块还用于获取所述移动激光扫描系统所在地的重力加速度，并根据所述重力加速度确定第二高程；根据所述第一高程和所述第二高程确定所述第一初始高程。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多个控制点的当地工程坐标包括第一横坐标和第一纵坐标，所述第一初始坐标包括第一初始经度和第一初始纬度，所述获取模块还用于利用所述多个控制点的第一横坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定所述第一初始经度；利用所述多个控制点的第一纵坐标和所述多个控制点的精度信息及距离表征因子进行加权平差计算，确定所述第一初始纬度。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线；
所述处理器和所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1-5任一项所述的初始位置确定方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被计算机运行时，使所述计算机执行如权利要求1-5任一项所述的初始位置确定方法。
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