CN104776833A - 滑坡面影像获取方法及装置、空三数据获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了滑坡面的影像获取方法及装置、空三数据获取方法，涉及空中摄影领域。本发明提供的滑坡面影像获取方法，采用爬高摄影方式进行影像获取，其通过先获取了目标滑坡面的滑坡角度和航摄信息，进而根据滑坡角度和航摄信息确定了两条航带之间的爬升高度，进而使得每条航带相对于滑坡面的高度是一定的，再根据预先获取的首条航带和所述爬升高度确定多条优化航带，从而使得飞行器沿着多条优化航带进行飞行和摄影，来获取滑坡面影像，由于每条航带相对于滑坡面的高度是一定的，从而保证了滑坡面的不同位置在影像中的分辨率均是相同的。

Description

滑坡面影像获取方法及装置、空三数据获取方法

技术领域

本发明涉及空中摄影领域，具体而言，涉及滑坡面的影像获取方法及装置、空三数据获取方法。

背景技术

近年来，中国地震灾害频发，震区地壳断裂、地面山体破碎、地质环境十分脆弱。而潜在的滑坡地质灾害对新的安置点的人民生命财产构成了巨大的威胁，同时滑坡也是山区公路、铁路的主要病害之一。其中，滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。滑坡引起的山体垮塌以及暴雨后形成的泥石流常给国家建设和人民生命财产造成严重损失。因此有必要对滑坡进行量测和监控,以确保人民生命财产、公路、铁路的长期安全,并做出及时预测(主要是指定期对滑坡面进行测量，再将两次或多次的测量结果进行对比，以完成对滑坡面的监测)。高效的测量技术为滑坡的量测、监测和治理提供了重要的基础空间数据。

目前，对滑坡进行测量的主要方法有GPS大地形变测量法和近景摄影测量法。这两个方法的优缺点分析如下：(1)GPS大地形变测量法，该种测量方法的点位精度高，但是由于滑坡体人员难以靠近直接接触滑坡体观测，人力成本较高；(2)近景摄影测量方法，该方法测图时由于滑坡坡面有倾斜，坡度较大，导致测图时分辨率不一致，从而影响后续分析精度。

摄影测量方法中有一种优化近景摄影测量技术，其主要是利用量测相机或非量测相机，采用旋转摄影或平行摄影的方式对被监测区域进行摄影，用摄影测量软件***LensPhoto获取被监测区域的三维表面点云模型，通过自动匹配两期影像控制点，将监测区域二期的相对三维模型转换到一期的绝对三维模型中，然后分别生成DEM模型，并对两期DEM模型进行叠加，计算滑坡体的绝对位移量和局部变化区域的位置以及面积大小，从而实现后期监测过程中无需量测控制点就可以完成山体的滑坡监测。

但在使用相机进行拍摄的时候，由于相机通常是从山脚下(滑坡面的底部)或者是某一固定点对滑坡面进行拍摄的，因而，滑坡面上距离相机较远位置的成像分辨率和距离相机较近位置的成像分辨率有很大差别，也就是相片的精度不稳定，从而在后期使用拍摄影像的时候造成错误。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供滑坡面的影像获取方法及装置、空三数据获取方法，以提高拍摄到的相片的稳定性。

第一方面，本发明实施例提供了一种滑坡面影像获取方法，包括：

获取目标滑坡面的滑坡角度；

根据所述滑坡角度和预先获取的航摄信息确定相邻两条航带间的爬升高度；

根据预先获取的首条航带和所述爬升高度确定多条优化航带；

控制飞行器沿多条所述优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述根据所述滑坡角度和预先获取的航摄信息确定相邻两条航带间的爬升高度包括：

根据如下公式计算爬升高度：爬升高度＝(1-旁向重叠度)×影像宽边长×航高/焦距×sin(滑坡角度)。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，在步骤所述控制飞行器沿预先获取的多条优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像前还包括：

根据所述滑坡角度，计算相机主光轴垂直于所述滑坡面时，飞行器上相机的倾斜度；

根据所述相机的倾斜度调整所述飞行器上的相机。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括：

根据预先获取的所述目标滑坡面多个位置点的三维数据，确定所述首条航带，所述首条航带与所述滑坡面平行，且所述首条航带上任意两个采样点与所述滑坡面垂直距离的差值小于预设阈值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括：根据如下公式计算基线距离，基线距离＝(1-航向重叠度)×影像窄边长×航高/焦距；

所述控制飞行器沿预先获取的多条优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像包括：

根据所述基线距离和所述优化航带，确定飞行器上相机的曝光点；

控制飞行器上相机在飞行至所述曝光点的位置进行拍摄，以获取所述滑坡面影像。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述飞行器为无人旋翼机。

第二方面，本发明实施例还提供了一种滑坡面影像获取装置，包括：

获取模块，用于获取目标滑坡面的滑坡角度；

爬升高度计算模块，用于根据所述滑坡角度和预先获取的航摄信息确定相邻两条航带间的爬升高度；

优化航带确定模块，用于根据预先获取的首条航带和所述爬升高度确定多条优化航带；

控制模块，用于控制飞行器沿预先获取的多条优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述爬升高度计算模块包括：

计算单元，用于根据如下公式计算爬升高度：爬升高度＝(1-旁向重叠度)×影像宽边长×航高/焦距×sin(滑坡角度)。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括：

基线距离计算模块，用于根据如下公式计算基线距离，基线距离＝(1-航向重叠度)×影像窄边长×航高/焦距；

控制模块包括：

曝光点计算单元，用于根据所述基线距离和所述优化航带，确定飞行器上相机的曝光点；

拍摄单元，用于控制飞行器上相机在飞行至所述曝光点的位置进行拍摄，以获取所述滑坡面影像。

第三方面，本发明实施例提供了一种空三数据获取方法，基于权利要求1所述的一种滑坡面影像获取方法，还包括：

在所述目标滑坡面上设置多个标志点；

使用全站仪坐标测量法测定每个所述标志点的三维坐标；

使用多个标志点的三维坐标、多个滑坡面影像和预先获取的相机内方位元素进行空三计算以确定空三数据。

本发明实施例提供的一种滑坡面影像获取方法，采用爬高摄影方式进行影像获取，与现有技术中的在获取滑坡面影像的时候，均是采用在固定的测量点对滑坡面进行摄影，导致与摄影点距离不同的位置在影像上的分辨率不同，进而在后期使用影像的时候，造成错误相比，其通过先获取了目标滑坡面的滑坡角度和航摄信息，进而根据滑坡角度和航摄信息确定了两条航带之间的爬升高度，进而使得每条航带相对于滑坡面的高度是一定的，再根据预先获取的首条航带和所述爬升高度确定多条优化航带，从而使得飞行器沿着多条优化航带进行飞行和摄影，来获取滑坡面影像，由于每条航带相对于滑坡面的高度是一定的，从而保证了滑坡面的不同位置在影像中的分辨率均是相同的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对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发明的某些实施例，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示出了本发明实施例所提供的一种滑坡面影像获取方法基本流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种滑坡面影像获取方法的滑坡面示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种滑坡面影像获取装置的模块连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相关技术中，对滑坡面进行摄影的主要目的是获取充足的滑坡面图像信息，进而在后续的滑坡面监控中起到一定的作用。具体如监测滑坡面的距离，或者说计算滑坡面的移动距离，进而判断危险程度。

在监测滑坡面是否移动的时候，主要参照便是滑坡面的影像，因此，当滑坡面影像的精度不够时，则难以进行后续的步骤(指计算滑坡移动距离和进行相应的监控)。

相关技术中，关于滑坡面摄影的方法，通常有两种，一种是采用地面摄影的方式，主要是在地面进行滑坡面的摄影。另一种是使用航摄技术中的旋转摄影或平行摄影对滑坡面进行摄影。但这两种技术均没有考虑滑坡面的坡度问题，也就是滑坡面并不是一个水平面，滑坡面上不同坐标的位置通常是处于不同地理高度的，因此在同一点拍摄出的影像的分辨率不同，这在后期使用这些影像的时候会产生错误。

有鉴于此，本申请提供了一种滑坡面影像获取方法，如图1所示，包括如下步骤：

S101，获取目标滑坡面的滑坡角度；

S102，根据滑坡角度和预先获取的航摄信息确定相邻两条航带间的爬升高度；

S103，根据预先获取的首条航带和爬升高度确定多条优化航带；

S104，控制飞行器沿多条优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像。

步骤S101中，目标滑坡面是即将进行航摄的滑坡面。当然，通常滑坡面不会是一个规则的平面，必然存在局部的坡度变化，但应以滑坡面的整体走势为主，而不需要估计过多的局部细微变化。具体的，在确定目标滑坡面的滑坡角度时，可以通过三维测算等方式获取滑坡面上多个采样点的坐标，通过对多个采样点进行拟合的方式得到一个近似的滑坡面曲线，再根据滑坡面曲线不同位置的曲率来确定滑坡角度。

步骤S102中，需要根据滑坡角度和航摄信息来确定相邻两条航带间的爬升高度。滑坡面上，与滑坡面下部边沿距离不同的位置的水平高度是不同的，因此，为了保证拍摄照片的分辨率相同，也就是要保证飞行器距离滑坡面的高度是相等的(具体也就是指每条航线距离滑坡面的高度均是相等的，此处的距离可以是竖直方向的距离，也可以是航线与滑坡面的垂直距离)，则需要调整航带的高度，不能按照传统方式中，只保证每条航带与水平面之间的距离均是相等的方式来设置(有可能会导致航带上不同位置点与滑坡面的垂直距离发生变化)，而是通过设置爬升高度这一机制，来使得每条航带相对于滑坡面的垂直高度(指任意一条航带沿垂直方向与滑坡面的距离)均是相等的。其中，航摄信息是指如相机参数(如焦距、主光轴与地面夹角等)、影像参数(影像窄边长、宽边长等)和飞行参数(航高、航向重叠度等)等相关参数。

当然，如图2所示，每条航带均应与滑坡面的底线(滑坡面最下面的线)平行，且每条航带的水平高度始终是相等的，具体指航带上任一点(如曝光点)相对于水平面的高度均相等的。滑坡面与地平面的夹角便是滑坡角度。虽然滑坡角度是变化的，但只要能够保证航带上任一点与滑坡面的垂直距离(可以理解为曝光点沿主光轴的方向至滑坡面的距离)是相等的即可，就能够保证每张影像的分辨率均是相同的。

进而，步骤S103中，即可以根据预先获取的首条航带和爬升高度依次确定多条航带。需要说明的是首条航带也应与滑坡面平行，且首条航带的水平高度始终是相等(指航带上任一点相对于水平面的高度均相等)的。由此，在得到了多条航带之后，便可以执行步骤S104通过控制飞行器沿多条优化航带进行航摄，进而获取滑坡面影像，最终完成了滑坡面影像的获取。

步骤S104中，飞行器沿多条优化航带进行航摄的时候，优选为飞行器沿水平高度(相对于水平面的高度)最低的航带飞行，在飞行完一个完整的航带之后，再爬升至下一个高度，沿下一个优化航带飞行，进而完成沿全部优化航带进行航摄，以获取足够的滑坡面影像。

其中，步骤S102，即根据滑坡角度和预先获取的航摄信息确定相邻两条航带间的爬升高度包括：

根据如下公式计算爬升高度：爬升高度＝(1-旁向重叠度)×影像宽边长×航高÷焦距×sin(滑坡角度)。

具体的，在步骤S104，即步骤控制飞行器沿预先获取的多条优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像前还包括：

根据滑坡角度，计算相机主光轴垂直于滑坡面时，飞行器上相机的倾斜度；

根据相机的倾斜度调整飞行器上的相机。

相机主光轴垂直于滑坡面时，相机进行拍照动作，则会获取滑坡面的垂直影像，这样，则能够避免由于滑坡面上有障碍物，而导致其他的细小物体(主要是参照物)被遮挡到。

具体的，本申请所提供的一种滑坡面影像获取方法，还包括：

根据预先获取的所述目标滑坡面多个位置点的三维数据，确定所述首条航带，所述首条航带与所述滑坡面平行，且所述首条航带上任意两个采样点与所述滑坡面垂直距离的差值小于预设阈值。

根据目标滑坡面上多个位置点的三维数据，能够绘制出目标滑坡面的三维模型，或者是说得出目标滑坡面上不同位置点的高度。进而在知悉不同位置的高度后，便能够确定首条航带。当滑坡面为平面时，则可以认为是飞行器距离滑坡面的垂直距离始终是一个定值(或者是在一个小范围内浮动)。首条航带上任意两个采样点与所述滑坡面垂直距离的差值小于预设阈值，保证了飞行器沿首条航带进行拍摄的时候，所获得的影像的分辨率均是相同的。

进一步，本申请所提供的一种滑坡面影像获取方法，还包括：根据如下公式计算基线距离，基线距离＝(1-航向重叠度)×影像窄边长×航高÷焦距；

进而，步骤S104，即控制飞行器沿预先获取的多条优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像可以包括：

根据基线距离和优化航带，确定飞行器上相机的曝光点；

控制飞行器上相机在飞行至曝光点的位置进行拍摄，以获取滑坡面影像。

基线是指相邻两张像片所对应的曝光点之间的连线。基线距离也就是相邻两个曝光点之间的距离。这影响到了影像是否能够用来进行后期使用。

具体的，飞行器为无人旋翼机。无人旋翼机能够进行悬停摄影，在爬升或移动了一定距离之后，能够对目标(滑坡面)进行准确的拍摄。

整体来看本申请所提供的一种滑坡面影像获取方法，具有如下优点：(1)机动灵活，使用无人旋翼机进行拍摄，无需专门起降场地，能够使工作人员实时的以任意姿态角接近滑坡体开展滑坡监测作业；

(2)旋翼机可以直接悬停在作业上空，无需作业人员靠近即可作业；

(3)航摄时，对滑坡摄影时，采用分层次变高度(每条航带的高度不同，航摄完一条航带之后再航摄另一条航带)摄影方法，该方法能够使不同航线的影像几何分辨率一致；

(4)航摄时，针对滑坡摄影对相机采用一定的倾角(相机主光轴与滑坡面垂直)，能够使同一副影像分辨率一致。

本申请实施例还提供了一种滑坡面影像获取装置，如图3所示，包括：

获取模块301，用于获取目标滑坡面的滑坡角度；

爬升高度计算模块302，用于根据滑坡角度和预先获取的航摄信息确定相邻两条航带间的爬升高度；

优化航带确定模块303，用于根据预先获取的首条航带和爬升高度确定多条优化航带；

控制模块304，用于控制飞行器沿预先获取的多条优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像。

具体的，爬升高度计算模块302包括：

计算单元，用于根据如下公式计算爬升高度：爬升高度＝(1-旁向重叠度)×影像宽边长×航高÷焦距×sin(滑坡角度)。

本申请所提供的一种滑坡面影像获取装置，还包括：

基线距离计算模块，用于根据如下公式计算基线距离，基线距离＝(1-航向重叠度)×影像窄边长×航高÷焦距；

并且，控制模块304包括：

曝光点计算单元，用于根据基线距离和优化航带，确定飞行器上相机的曝光点；

拍摄单元，用于控制飞行器上相机在飞行至曝光点的位置进行拍摄，以获取滑坡面影像。

需要说明的是，本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种空三数据获取方法，基于本发明实施例所提供的一种滑坡面影像获取方法，还包括：

在目标滑坡面上设置多个标志点；

使用全站仪坐标测量法测定每个标志点的三维坐标；

使用多个标志点的三维坐标、多个滑坡面影像和预先获取的相机内方位元素进行空三计算以确定空三数据。

进行空三计算的前提是获取原始影像(滑坡面影像获取方法中所获得的滑坡面影像)、获取控制点坐标和相机内方位元素。因此，需要针对滑坡体撒标志点进行控制测量，具体为，在滑坡体不同位置上撒标志点，在远离摄影区域(滑坡体)的位置用GPS测量出两个标志点的坐标，而后采用全站仪坐标法测定标志点(控制点)的三维坐标。相机的内方位元素通过相关技术便能够直接获取，进而，在已知多个标志点的三维坐标、多个滑坡面影像和相机内方位元素后边能够进行空三计算，制作测区的数字高程模型、正射影像，根据获取的正射影像、数字高程模型以及滑坡前滑坡***置计算滑坡区域面积以及滑坡移动距离。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种滑坡面影像获取方法，其特征在于，包括：

获取目标滑坡面的滑坡角度；

根据所述滑坡角度和预先获取的航摄信息确定相邻两条航带间的爬升高度；

根据预先获取的首条航带和所述爬升高度确定多条优化航带；

控制飞行器沿多条所述优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像。

2.根据权利要求1所述的一种滑坡面影像获取方法，其特征在于，所述根据所述滑坡角度和预先获取的航摄信息确定相邻两条航带间的爬升高度包括：

根据如下公式计算爬升高度：爬升高度＝(1-旁向重叠度)×影像宽边长×航高/焦距×sin(滑坡角度)。

3.根据权利要求1所述的一种滑坡面影像获取方法，其特征在于，在步骤所述控制飞行器沿预先获取的多条优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像前还包括：

根据所述滑坡角度，计算相机主光轴垂直于所述滑坡面时，所述飞行器上相机的倾斜度；

根据所述相机的倾斜度调整所述飞行器上的相机。

4.根据权利要求3所述的一种滑坡面影像获取方法，其特征在于，还包括：

根据预先获取的所述目标滑坡面多个位置点的三维数据，确定所述首条航带，所述首条航带与所述滑坡面平行，且所述首条航带上任意两个采样点与所述滑坡面垂直距离的差值小于预设阈值。

5.根据权利要求1所述的一种滑坡面影像获取方法，其特征在于，还包括：根据如下公式计算基线距离，基线距离＝(1-航向重叠度)×影像窄边长×航高/焦距；

所述控制飞行器沿预先获取的多条优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像包括：

根据所述基线距离和所述优化航带，确定飞行器上相机的曝光点；

控制飞行器上相机在飞行至所述曝光点的位置进行拍摄，以获取所述滑坡面影像。

6.根据权利要求1所述的一种滑坡面影像获取方法，其特征在于，所述飞行器为无人旋翼机。

7.一种滑坡面影像获取装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取目标滑坡面的滑坡角度；

爬升高度计算模块，用于根据所述滑坡角度和预先获取的航摄信息确定相邻两条航带间的爬升高度；

优化航带确定模块，用于根据预先获取的首条航带和所述爬升高度确定多条优化航带；

控制模块，用于控制飞行器沿预先获取的多条优化航带进行航摄，以获取滑坡面影像。

8.根据权利要求7所述的一种滑坡面影像获取装置，其特征在于，所述爬升高度计算模块包括：

计算单元，用于根据如下公式计算爬升高度：爬升高度＝(1-旁向重叠度)×影像宽边长×航高/焦距×sin(滑坡角度)。

9.根据权利要求7所述的一种滑坡面影像获取装置，其特征在于，还包括：

基线距离计算模块，用于根据如下公式计算基线距离，基线距离＝(1-航向重叠度)×影像窄边长×航高/焦距；

控制模块包括：

曝光点计算单元，用于根据所述基线距离和所述优化航带，确定飞行器上相机的曝光点；

拍摄单元，用于控制飞行器上相机在飞行至所述曝光点的位置进行拍摄，以获取所述滑坡面影像。

10.一种空三数据获取方法，基于权利要求1所述的一种滑坡面影像获取方法，其特征在于，还包括：

在所述目标滑坡面上设置多个标志点；

使用全站仪坐标测量法测定每个所述标志点的三维坐标；

使用多个标志点的三维坐标、多个滑坡面影像和预先获取的相机内方位元素进行空三计算以确定空三数据。