CN106774431B - 一种测绘无人机航线规划方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测绘无人机航线规划方法，包括：S1、确定目标测绘区域；S2、确定无人机初始位置和航向角度；S3、确定航带间距和飞行高度；S4、根据S1获得的目标区域信息和S2获得的无人机初始位置数据，生成所有能完全覆盖目标测绘区域的航点经纬度坐标；S5、确定降落点与降落方向并生成返航航点经纬度坐标与降落航点经纬度坐标；S6、依次连接所有航点经纬度坐标并结合S3获得的飞行高度，生成航线。以及一种测绘无人机航线规划装置，包括输入端、感测模块、采集模块、计算模块、返航处理模块、航线生成模块。
Description
技术领域
本发明涉及无人机测绘技术，尤其涉及一种测绘无人机航线规划方法及装置。
背景技术
在传统的无人机测绘工作中，通常在无人机飞行前期需要对测绘目标区域进行分析，根据测绘要求对无人机的航线进行规划，并将规划信息上传到无人机中，供无人机执行测绘任务。一般情况下，需要事先计算测绘无人机的航点信息，现有技术多依靠人工实地考察并进行计算来完成，一方面，计算比较繁琐很浪费时间且容易出现失误，导致无人机测绘工作受到影响，另一方面，受目标区域的限制比较大，目标区域为不规则的形状时，计算工作难以实施。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种测绘无人机航线规划方法及装置，能够快速地生成高精度航点和航线，提高无人机的作业效率和灵活性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种测绘无人机航线规划方法，包括：
S1、输入获取待测绘的多边形目标区域各顶点的经纬度坐标信息，确定目标测绘区域；
S2、使用传感器采集无人机当前经纬度坐标信息、姿态数据、机头数据和坐标点气压高度，确定无人机初始位置和航向角度；
S3、获取相机的画幅大小、传感器尺寸、镜头焦距，设置旁向重叠率和地面分辨率，确定航带间距和飞行高度；
S4、根据S1获得的目标区域信息和S2获得的无人机初始位置数据，生成第一个航点经纬度坐标；根据第一个航点经纬度坐标、目标区域边界和航向角度生成第二个航点经纬度坐标；根据第二个航点经纬度坐标和S3获得的航带间距，生成第三个航点经纬度坐标，同理计算出所有能完全覆盖目标测绘区域的航点经纬度坐标；
S5、确定降落点与降落方向并生成返航航点经纬度坐标与降落航点经纬度坐标；
S6、依次连接所有航点经纬度坐标并结合S3获得的飞行高度，生成航线。
为解决上述问题，本发明还提供一种测绘无人机航线规划装置，包括：
输入端，用于获取待测绘的目标区域的坐标信息；
感测模块，用于感测无人机当前的状态参数和飞行环境；
采集模块，用于收集相机的拍摄参数；
计算模块，用于生成各个航点的位置信息；
返航处理模块，用于确定返航点和降落点的位置信息；
航线生成模块，用于生成最终的航线。
本发明的有益效果在于：本发明可以根据电子地图实时选择要测绘的目标区域，而不用实地测量目标区域的位置信息，可大大节省时间；目标区域可以是任意多边形，能够充分描述被测绘对象；可自动计算各个航点，快速生成精确的任务航点信息，缩短在航线规划前期的工作时间；计算模块可根据目标区域和无人机飞行参数的变化实时调整航线信息，提高无人机航线规划的灵活性。
附图说明
图1为本发明实施例一的测绘无人机航线规划方法流程示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：根据不同的目标区域和测绘要求，即可快速地自动生成相应的航点信息，节省时间，且减少误差。
请参照图1，一种测绘无人机航线规划方法，包括：
S1、输入获取待测绘的多边形目标区域各顶点的经纬度坐标信息，确定目标测绘区域；
S2、使用传感器采集无人机当前经纬度坐标信息、姿态数据、机头数据和坐标点气压高度，确定无人机初始位置和航向角度；
S3、获取相机的画幅大小、传感器尺寸、镜头焦距，设置旁向重叠率和地面分辨率，确定航带间距和飞行高度；
S4、根据S1获得的目标区域信息和S2获得的无人机初始位置数据，生成第一个航点经纬度坐标；根据第一个航点经纬度坐标、目标区域边界和航向角度生成第二个航点经纬度坐标；根据第二个航点经纬度坐标和S3获得的航带间距，生成第三个航点经纬度坐标，同理计算出所有能完全覆盖目标测绘区域的航点经纬度坐标；
S5、确定降落点与降落方向并生成返航航点经纬度坐标与降落航点经纬度坐标；
S6、依次连接所有航点经纬度坐标并结合S3获得的飞行高度，生成航线。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：区别于现有技术中需要到测绘区域实地收集各项参数和信息然后再进行人工计算航点，本发明可以实时在地图选择要测绘的区域，而且选择的区域可以是任意多边形；只需通过设置好各项参数即可快速生成精确的任务航点信息，大大缩短在规划前期工作时间，提高无人机任务规划灵活性。
进一步的，步骤S1在获取目标区域信息时，会根据原目标区域的边界向外延伸一定距离。
由上述描述可知，在原目标区域的***增加延伸区域，可以充分测绘出目标拍摄区域，保证拍摄区域完整性。
进一步的，步骤S5还包括：在无人机降落阶段使用传感器检测风向和风速，根据环境风向和风速重新确定降落点与降落方向，并更新降落航线。
进一步的，步骤S4还包括设置无人机的飞行速度，确定爬升点位置。
进一步的，步骤S3中的画幅大小包括画幅宽度和画幅长度；航带间距和飞行高度是根据以下约束条件确定：
飞行高度＝地面分辨率*镜头焦距*画幅宽度/传感器宽度；
航带间隔＝(1-旁向重叠率)*地面分辨率*画幅长度。
另外，还提供一种测绘无人机航线规划装置，其特征在于，包括：
输入端，用于获取待测绘的目标区域的坐标信息；
感测模块，用于感测无人机当前的状态参数和飞行环境；
采集模块，用于收集相机的拍摄参数；
计算模块，用于生成各个航点的位置信息；
返航处理模块，用于确定返航点和降落点的位置信息；
航线生成模块，用于生成最终的航线。
进一步的，还包括预处理模块，用于对输入的目标区域的坐标信息做一个外延处理。
由上述描述可知，适当地向外延伸目标区域，可以充分描述被测绘对象，并保证无人机执行任务的过程中目标区域能够被充分完整地拍摄到。
进一步的，还包括调整模块，若感测模块测出当前的飞行环境与初始飞行环境不同时，调整模块会根据变化情况对航点信息做实时调整。
由上述描述可知，该调整模块可帮助无人机根据实际风向实时调整无人机的航飞航向，尽量保证飞机正确的飞行姿态，从而保证拍摄影像的重叠率和后期成像质量。
实施例一
请参照图1，本发明的实施例一为：一种测绘无人机航线规划方法，具体包括以下步骤：
S1、输入获取待测绘的多边形目标区域各顶点的经纬度坐标信息，确定目标测绘区域。该目标区域可以在地图上实时选择，选择的区域可以是任意多边形，能够充分描述被测绘对象。确定目标测绘区域之前，需要根据原目标区域的边界向外延伸一定距离，延伸的距离可根据实际情况自行设定，保证测绘无人机在执行任务的过程中能够尽量拍摄到全面的目标区域信息。
S2、使用无人机上的传感器采集无人机当前经纬度坐标信息、姿态数据、机头数据和坐标点气压高度，确定无人机初始位置和航向角度，以供航点规划使用。
S3、获取相机的画幅大小、传感器尺寸、镜头焦距，设置旁向重叠率和地面分辨率，确定航带间距和飞行高度。其中，画幅大小包括画幅宽度和画幅长度。
拍摄时无人机的飞行高度由需要的图片分辨率和相机的拍摄参数决定。分辨率＝航飞高度*像元宽度/镜头焦距，其中像元宽度＝相机传感器尺寸宽度/画幅宽度。例如，某相机模型传感器尺寸为：4.64*6.16，画幅大小为：3456*4608，镜头焦距为：5.4，则像元宽度＝4.64/3456＝0.001343，如果拍摄分辨率为0.05m的航片，则对应的飞行高度大约为0.05*5.4/0.001343＝201m。
为便于拍摄图片的后期处理，无人机在拍摄时一般都要求等距拍照，所以需要提前规划好无人机的拍照间距和航带间距。其中航带间距是由旁向重叠率、分辨率、画幅长度决定，航带间距＝(1-旁向重叠率)*分辨率*画幅长度；拍照间距是由航向重叠率、分辨率和画幅宽度决定，拍照间隔＝(1-航向重叠率)*分辨率*画幅宽度。例如设定上述相机的航向重叠率为70％、旁向重叠率为60％，则航带间距＝(1-60/100)*0.05*4608＝92.16m，拍照间隔＝(1-70/100)*0.05*3456＝51.84。
S4、设置无人机的飞行速度和爬升结束高度，并设置爬升点位置。
S5、通过计算装置生成能完全覆盖测绘区域的航点集合。根据S1获得的目标区域信息和S2获得的无人机初始位置数据，生成第一个航点经纬度坐标；根据第一个航点经纬度坐标、目标区域边界和航向角度生成第二个航点经纬度坐标；根据第二个航点经纬度坐标和S3获得的航带间距，生成第三个航点经纬度坐标，同理计算出所有能完全覆盖目标测绘区域的航点经纬度坐标。本实施例中，在航带更换计算环节添加了规划范围超限判断，计算装置可根据已规划的航点的总航程和飞行速度，估算出无人机的飞行时间，若该飞行时间超出了无人机最大航时，则会出现规划范围超限提示。
S6、根据初始环境的情况，如风级、风向等，初步设定无人机的降落点和降落方向，并生成返航航点经纬度坐标与降落航点经纬度坐标。
S7、根据风向确定飞机飞行的方向，按照航向依次连接所有航点经纬度坐标并结合S3获得的飞行高度，生成航线。
在实际飞行中，计算装置可根据变化的飞行环境数据实时更新航点信息，例如在无人机降落阶段使用传感器检测风向和风速，根据环境风向和风速重新确定降落点与降落方向，并更新降落航线；也可根据实际风向调整无人机航飞航向，尽量保证无人机最佳的飞行姿态，从而保证影像的重叠率和后期成像质量。
实施例二
本发明的实施例涉及一种测绘无人机航线规划装置，与实施例一的方法相对应，包括：
输入端，用于获取待测绘的目标区域的坐标信息；
预处理模块，用于对输入的目标区域的坐标信息做一个外延处理；
感测模块，用于感测无人机当前的状态参数和飞行环境；
采集模块，用于收集相机的拍摄参数；
计算模块，用于生成各个航点的位置信息；
返航处理模块，用于确定返航点和降落点的位置信息；
航线生成模块，用于生成最终的航线。
调整模块，若感测模块测出当前的飞行环境与初始飞行环境不同时，调整模块会根据变化情况对航点信息做实时调整。
综上所述，本发明提供的测绘无人机航线规划方法及装置根据不同的目标区域和测绘要求，即可快速地自动生成相应的航点信息，节省时间，且能根据环境变化实时更新航点信息，减少拍摄误差，具有较好的灵活性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种测绘无人机航线规划方法，其特征在于，包括：
S1、获取待测绘的多边形目标区域各顶点的经纬度坐标信息，确定目标测绘区域；
S2、使用传感器采集无人机当前经纬度坐标信息、姿态数据、机头数据和坐标点气压高度，确定无人机初始位置和航向角度；
S3、获取相机的画幅大小、传感器尺寸、镜头焦距，设置旁向重叠率和地面分辨率，确定航带间距和飞行高度；
S4、根据S1获得的目标区域信息和S2获得的无人机初始位置数据，生成第一个航点经纬度坐标；根据第一个航点经纬度坐标、目标区域边界和航向角度生成第二个航点经纬度坐标；根据第二个航点经纬度坐标和S3获得的航带间距，生成第三个航点经纬度坐标，同理计算出所有能完全覆盖目标测绘区域的航点经纬度坐标；
S5、确定降落点与降落方向并生成返航航点经纬度坐标与降落航点经纬度坐标；
S6、依次连接所有航点经纬度坐标并结合S3获得的飞行高度，生成航线。
2.如权利要求1所述的测绘无人机航线规划方法，其特征在于，步骤S1在获取目标区域信息时，会根据原目标区域的边界向外延伸一定距离。
3.如权利要求1所述的测绘无人机航线规划方法，其特征在于，步骤S5还包括：在无人机降落阶段使用传感器检测风向和风速，根据环境风向和风速重新确定降落点与降落方向，并更新降落航线。
4.如权利要求1所述的测绘无人机航线规划方法，其特征在于，步骤S4还包括设置无人机的飞行速度，确定爬升点位置。
5.如权利要求1所述的测绘无人机航线规划方法，其特征在于，步骤S3中的画幅大小包括画幅宽度和画幅长度；航带间距和飞行高度是根据以下约束条件确定：
飞行高度＝地面分辨率*镜头焦距*画幅宽度/传感器宽度；
航带间隔＝(1-旁向重叠率)*地面分辨率*画幅长度。
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