CN103412568A - 同架次变航高无人机遥感影像获取方法 - Google Patents

Abstract

一种航摄无人机航空摄影中同架次变航高控制方法，包括无人机、无人机飞行高度控制模块、搭载在无人机上的航摄设备，其创新在于：在无人机飞行过程中，根据地形高度变化对无人机的飞行高度进行动态调节；本发明的有益技术效果是：在降低起降次数的条件下，有效保证图象的地面分辨率处于较好状态，同时，也使地不同图象的地面分辨率的一致性较好，降低后期影像处理的难度。

Description

同架次变航高无人机遥感影像获取方法

技术领域

本发明涉及一种采用无人机进行航空摄影的技术，尤其涉及一种同架次变航高无人机遥感影像获取方法。

背景技术

测绘事业作为社会发展与经济建设中的一项前期性、基础性工作，对山地地区的城乡统筹规划和新农村建设等都具有十分重要的现实意义；无人机技术是近年来兴起的新兴技术，相比于以前的航摄作业手段，采用无人机进行航摄具有低成本、操作方便的优势；

现有技术中，无人机技术已经被应用在测绘作业中，但目前的应用环境还仅限于对平原地区的遥感影像获取，这主要是因为平原地区地形较为平缓，在不考虑天气影响的条件下，无人机在对平原地区进行航摄时，无人机与地面的相对高度可以维持在相对稳定的高度，获取影像的地面分辨率可以得到较好的控制，内业处理相对容易；

对于山地区域，由于地形起伏较大，无人机与地面的相对高度呈动态变化状态，而相对高度是影响影像分辨率的重要因素，故，现有技术中，在将无人机用于山区航摄时，存在航摄影像的地面分辨率参次不齐，时好时坏的情况，这不仅增大了内业影像匹配的难度，而且为了保证地面分辨率的一致性，需要多驾次地频繁起降无人机对同一区域进行不同高度的重复拍摄作业，操作麻烦，设备损耗严重，而且随着起飞驾次的增加，出现事故的概率也相对增大。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种航摄无人机航空摄影中同架次变航高控制方法，包括无人机、无人机飞行高度控制模块、搭载在无人机上的航摄设备，其创新在于：设所述航摄设备的镜头焦距为f、像元尺寸为a，且f和a均为已知量；在某一无人机的单架次航飞过程中，按如下方式调节无人机的飞行高度：

1）无人机飞行高度控制模块内预设有理论地面分辨率GSD，刚起飞时，无人机飞行高度控制模块按下式求解出无人机与地面的理论相对高度H，并按H调节无人机的初始飞行高度：

$H=\frac{f\×\mathrm{GSD}}{a};$

达到初始飞行高度并到达预定航摄区域后，航摄设备开始工作；

2）无人机飞行过程中，根据地面的起伏程度来调节无人机的飞行高度；设变高之前，无人机的飞行高度为H0，当前地形的高度变化量为h；

3）无人机飞行高度控制模块实时读取高度变化量h，若h>0，即地面高程增大，则无人机飞行高度控制模块控制无人机增加飞行高度，若h<0，即地面高程减小，则无人机飞行高度控制模块控制无人机降低飞行高度，从而使无人机与地面的实际相对高度始终维持在理论相对高度H附近，进而保证获取的影像分辨率一致。

采用前述方案后，可在无人机飞行过程中，根据理论地面分辨率，动态地调节无人机的飞行高度，使无人机与地面的相对高度维持在相对稳定的状态，保证地面分辨率满足要求，避免对同一区域进行多次重复拍摄，同时还保证了不同图象的地面分辨率相对一致，降低内业影像处理的难度。对于无人机飞行高度的具体调节手段，采用现有的无人机飞行姿态控制技术实现，在此不再赘述。

为了进一步提高无人机与地面的相对高度的相对稳定性，本发明还作了如下改进：步骤3）中在调节无人机的飞行高度时，按如下方法调节无人机飞行高度ΔH：

ΔH＝h

若ΔH为负值，即地面高程值减少，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度降低|ΔH|，若ΔH为正值，即地面高程值增加，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度提高|ΔH|；飞行过程中，无人机的实际飞行高度H1如下：

H1＝H0+ΔH。

采用此改进后，无人机飞行高度控制模块可根据ΔH对无人机的飞行高度进行定量地调节，以保证无人机的飞行高度精确可控。

为了避免对飞行高度频繁调节而导致控制难度增大，本发明还作了如下改进：所述无人机飞行高度控制模块内还预设有地面变化基准高度h₀，若h≤h₀，则不对无人机的飞行高度进行调节，若h＞h₀，则按步骤3）中方式对无人机的飞行高度进行调节。

基于前述方案，本发明还提出了一种同架次变航高无人机遥感影像获取方法，其步骤为：

A、根据航摄项目需求设定理论地面分辨率；

B、根据对实际地形的初步勘测，规划出无人机飞行线路；

C、刚起飞时，按下式求解出无人机与地面的理论相对高度H，并按H调节无人机的初始飞行高度：

$H=\frac{f\&times;\mathrm{GSD}}{a};$

其中，f为搭载在无人机上的航摄设备的镜头焦距，a为搭载在无人机上的航摄设备的像元尺寸，GSD为理论地面分辨率；

达到初始飞行高度并到达预定航摄区域后，开始航摄作业；

D、在无人机飞行过程中，根据地面的起伏程度来调节无人机的飞行高度；设无人机变高之前，无人机的飞行高度为H0，当前地形的高度变化量为h，那么无人机飞行高度控制模块对其飞行高度的调节值ΔH如下所示：

ΔH＝h

如果地面高度减小，则h为负值，如果地面高度增大，则h为正值，此时可以得到无人机飞行高度调节值ΔH；

当ΔH为负值时，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度降低|ΔH|，当ΔH为正值时，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度提高|ΔH|。

优选地，所述无人机飞行高度控制模块内预设有地面变化基准高度h₀，若h≤h₀，则不对无人机的飞行高度进行调节，若h＞h₀，则按步骤D中方式对无人机的飞行高度进行调节。

本发明的有益技术效果是：在降低起降次数的条件下，有效保证图象的地面分辨率处于较好状态，同时，也使地不同图象的地面分辨率的一致性较好，降低后期影像处理的难度。

具体实施方式

一种航摄无人机航空摄影中同架次变航高控制方法，包括无人机、无人机飞行高度控制模块、搭载在无人机上的航摄设备，其创新在于：设所述航摄设备的镜头焦距为f、像元尺寸为a，且f和a均为已知量；在某一无人机的单架次航飞过程中，按如下方式调节无人机的飞行高度：

1）无人机飞行高度控制模块内预设有理论地面分辨率GSD，刚起飞时，无人机飞行高度控制模块按下式求解出无人机与地面的理论相对高度H，并按H调节无人机的初始飞行高度：

$H=\frac{f\&times;\mathrm{GSD}}{a};$

达到初始飞行高度并到达预定航摄区域后，航摄设备开始工作；

2）无人机飞行过程中，根据地面的起伏程度来调节无人机的飞行高度；设变高之前，无人机的飞行高度为H0，当前地形的高度变化量为h；

3）无人机飞行高度控制模块实时读取高度变化量h，若h>0，即地面高程增大，则无人机飞行高度控制模块控制无人机增加飞行高度，若h<0，即地面高程减小，则无人机飞行高度控制模块控制无人机降低飞行高度，从而使无人机与地面的实际相对高度始终维持在理论相对高度H附近，进而保证获取的影像分辨率一致。

进一步地，步骤3）中在调节无人机的飞行高度时，按如下方法调节无人机飞行高度ΔH：

ΔH＝h

若ΔH为负值，即地面高程值减少，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度降低|ΔH|，若ΔH为正值，即地面高程值增加，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度提高|ΔH|；飞行过程中，无人机的实际飞行高度H1如下：

H1＝H0+ΔH。

进一步地，所述无人机飞行高度控制模块内还预设有地面变化基准高度h₀，若h≤h₀，则不对无人机的飞行高度进行调节，若h＞h₀，则按步骤3）中方式对无人机的飞行高度进行调节。

一种同架次变航高无人机遥感影像获取方法，其步骤为：

A、根据航摄项目需求设定理论地面分辨率；

B、根据对实际地形的初步勘测，规划出无人机飞行线路；

C、刚起飞时，按下式求解出无人机与地面的理论相对高度H，并按H调节无人机的初始飞行高度：

$H=\frac{f\&times;\mathrm{GSD}}{a};$

其中，f为搭载在无人机上的航摄设备的镜头焦距，a为搭载在无人机上的航摄设备的像元尺寸，GSD为理论地面分辨率；

达到初始飞行高度并到达预定航摄区域后，开始航摄作业；

D、在无人机飞行过程中，根据地面的起伏程度来调节无人机的飞行高度；设无人机变高之前，无人机的飞行高度为H0，当前地形的高度变化量为h，那么无人机飞行高度控制模块对其飞行高度的调节值ΔH如下所示：

ΔH＝h

如果地面高度减小，则h为负值，如果地面高度增大，则h为正值，此时可以得到无人机飞行高度调节值ΔH；

当ΔH为负值时，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度降低|ΔH|，当ΔH为正值时，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度提高|ΔH|。

进一步地，所述无人机飞行高度控制模块内预设有地面变化基准高度h₀，若h≤h₀，则不对无人机的飞行高度进行调节，若h＞h₀，则按步骤D中方式对无人机的飞行高度进行调节。

Claims (5)

1.一种航摄无人机航空摄影中同架次变航高控制方法，包括无人机、无人机飞行高度控制模块、搭载在无人机上的航摄设备，其特征在于：设所述航摄设备的镜头焦距为f、像元尺寸为a，且f和a均为已知量；在某一无人机的单架次航飞过程中，按如下方式调节无人机的飞行高度：

1）无人机飞行高度控制模块内预设有理论地面分辨率GSD，刚起飞时，无人机飞行高度控制模块按下式求解出无人机与地面的理论相对高度H，并按H调节无人机的初始飞行高度：

$H=\frac{f\&times;\mathrm{GSD}}{a};$

达到初始飞行高度并到达预定航摄区域后，航摄设备开始工作；

2）无人机飞行过程中，根据地面的起伏程度来调节无人机的飞行高度；设变高之前，无人机的飞行高度为H0，当前地形的高度变化量为h；

3）无人机飞行高度控制模块实时读取高度变化量h，若h>0，即地面高程增大，则无人机飞行高度控制模块控制无人机增加飞行高度，若h<0，即地面高程减小，则无人机飞行高度控制模块控制无人机降低飞行高度，从而使无人机与地面的实际相对高度始终维持在理论相对高度H附近，进而保证获取的影像分辨率一致。

2.根据权利要求1所述的航摄用无人机同架次变航高控制方法，其特征在于：步骤3）中在调节无人机的飞行高度时，按如下方法调节无人机飞行高度ΔH：

ΔH＝h

若ΔH为负值，即地面高程值减少，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度降低|ΔH|，若ΔH为正值，即地面高程值增加，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度提高|ΔH|；飞行过程中，无人机的实际飞行高度H1如下：

H1＝H0+ΔH。

3.根据权利要求1所述的航摄用无人机同架次变航高控制方法，其特征在于：所述无人机飞行高度控制模块内还预设有地面变化基准高度h₀，若h≤h₀，则不对无人机的飞行高度进行调节，若h＞h₀，则按步骤3）中方式对无人机的飞行高度进行调节。

4.一种同架次变航高无人机遥感影像获取方法，其特征在于：

A、根据航摄项目需求设定理论地面分辨率；

B、根据对实际地形的初步勘测，规划出无人机飞行线路；

C、刚起飞时，按下式求解出无人机与地面的理论相对高度H，并按H调节无人机的初始飞行高度：

$H=\frac{f\&times;\mathrm{GSD}}{a};$

其中，f为搭载在无人机上的航摄设备的镜头焦距，a为搭载在无人机上的航摄设备的像元尺寸，GSD为理论地面分辨率；

达到初始飞行高度并到达预定航摄区域后，开始航摄作业；

D、在无人机飞行过程中，根据地面的起伏程度来调节无人机的飞行高度；设无人机变高之前，无人机的飞行高度为H0，当前地形的高度变化量为h，那么无人机飞行高度控制模块对飞行高度的调节值ΔH如下所示：

ΔH＝h

如果地面高度减小，则h为负值，如果地面高度增大，则h为正值，此时可以得到无人机飞行高度调节值ΔH；

当ΔH为负值时，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度降低|ΔH|，当ΔH为正值时，则无人机飞行高度控制模块控制无人机的飞行高度提高|ΔH|。

5.根据权利要求4所述的同架次变航高无人机遥感影像获取方法，其特征在于：所述无人机飞行高度控制模块内预设有地面变化基准高度h₀，若h≤h₀，则不对无人机的飞行高度进行调节，若h＞h₀，则按步骤D中方式对无人机的飞行高度进行调节。