CN107818697B - 基于地形高程的非水平航线设计方法、终端及存储介质 - Google Patents

基于地形高程的非水平航线设计方法、终端及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了基于地形高程的非水平航线设计方法，包括：基于采样的地形高，自动拟合航线上的各个非水平航段；基于共线方程数学模型计算起算航线和初始邻近航线的地面覆盖范围，从而求出两者的重叠度，调整初始邻近航线的位置，使其自适应的达到设计重叠度的要求。基于上述基于地形高程的非水平航线设计方法，本发明还提供了一种终端及存储介质。利用本发明的技术方案，能够基于地形高自动计算非水平航线，以保证航线上各采样点的相对航高差值在规定的阈值内，从而能够获得更好的遥感飞行监测效果。

Description

基于地形高程的非水平航线设计方法、终端及存储介质
技术领域
本发明涉及航空遥感领域，特别涉及一种基于地形高程的非水平航线设计方法、终端及存储介质。
背景技术
传统航空遥感航线设计时，考虑到固定翼飞机飞行导航的便捷性和安全性，航线设计时，各个航线的航线起点和终点绝对航高是相同的，即保持飞机平飞；如今随着旋翼飞机用于航空遥感，其飞行时可以保持非水平飞行，且为获得分辨率一致的影像数据及激光点云数据，需要保持相对航高的一致性；同时对于航空物探遥感，为获得较好的遥感探测效果，也需要保持相对航高一致的起伏飞行，但是目前在地形起伏区域，传统的手工航线设计非常不便。
发明内容
为了适应地形起伏区域的航线设计要求，本发明提供了一种基于地形高程的非水平航线设计方法、终端及存储介质。
本发明提供的基于地形高程的非水平航线设计方法，包括以下步骤：确定待测区域内的起算航线，基于预设的采样间距在所述起算航线上采集若干个采样点；将每一个采样点对应的地面点加上预设的相对航高变换为空中点，所有空中点按顺序排列形成空中点集，将所述空中点集通过线性回归进行线段拟合，得到所述起算航线对应的非水平航线，其中所述非水平航线由多个连续的线段组成；以所述起算航线作为参考航线，根据预设的旁向间距得到邻近航线，将所述邻近航线对应的空中点集通过线性回归进行线段拟合得到所述邻近航线对应的非水平航线；计算参考航线对应的非水平航线与所述邻近航线对应的非水平航线的重叠度，当所述重叠度满足预设的条件时，所述邻近航线对应的非水平航线即为所述待测区域内的下一条非水平航线；以所述计算出的邻近航线作为参考航线，继续敷设非水平航线，直到敷设的当前非水平航线的旁向方向坐标值不位于所述待测区域旁向方向的最大坐标值和最小坐标值之间时，停止航敷设。
具体的，在本发明所述的基于地形高程的非水平航线设计方法中，确定待测区域内的起算航线，包括：基于航线设计方向，将起算航线的Y值设置为(Ymin+Ymax)/2，获取所述起算航线与所述待测区域的交点，以确定所述起算航线的起点坐标和终点坐标；其中Ymin为所述待测区域角点的最小Y值坐标，Ymax为所述待测区域角点的最大Y值坐标。
具体的，在本发明所述的基于地形高程的非水平航线设计方法中，将所述空中点集通过线性回归进行线段拟合，得到所述起算航线对应的非水平航线，包括：以所述空中点集的起点作为起点将所述空中点集进行线段拟合，当所述空中点集中参与拟合的点到拟合出的线段的高程差值大于预先设定的阈值时，停止拟合，得到第一航段；以所述第一航段作为当前航段，以所述当前航段的终点作为起点继续将剩余的空中点集进行线段拟合，当所述空中点集中参与拟合的点到拟合出的线段的高程差值大于预先设定的阈值时，停止拟合，得到下一航段；以所述下一航段作为当前航段继续进行线段拟合，直到所述空中点集中的空中点全部拟合完毕，得到所述起算航线对应的非水平航线。
具体的，在本发明所述的基于地形高程的非水平航线设计方法中，以所述起算航线作为参考航线，根据预设的旁向间距得到邻近航线，包括：以所述起算航线作为参考航线，利用所述参考航线的Y坐标加上或减去预设的旁向间距，得到邻近航线的Y坐标；基于航线设计方向和所述邻近航线的Y坐标，获取所述邻近航线与所述待测区域的交点，以确定所述邻近航线的起点坐标和终点坐标，得到邻近航线。
具体的，在本发明所述的基于地形高程的非水平航线设计方法中，计算参考航线对应的非水平航线与所述邻近航线对应的非水平航线的重叠度，当所述重叠度满足预设的条件时，所述邻近航线对应的非水平航线即为所述待测区域内的下一条非水平航线，包括：利用共线方程数学模型计算所述邻近航线对应的非水平航线的地面覆盖范围；利用共线方程数学模型计算所述参考航线对应的非水平航线的地面覆盖范围；获取上述两个地面覆盖范围的交集多边形在Y方向的最窄距离，所述最窄距离除以基准面旁向幅宽得到最小重叠度；计算所述最小重叠度与理论重叠度的差值，当所述差值满足预设的阈值时，所述邻近航线对应的非水平航线即为即为所述待测区域内的下一条非水平航线。
具体的，在本发明所述的基于地形高程的非水平航线设计方法中，还包括：当所述重叠度不满足预设的条件时，计算所述邻近航线Y坐标的调整量；根据所述邻近航线Y坐标的调整量调整所述邻近航线的Y坐标，并重新求得调整后的邻近航向的起点坐标和终点坐标，及进行非水平航线拟合和重叠度计算，直到当重新计算的重叠度满足预设的条件。
具体的，在本发明所述的基于地形高程的非水平航线设计方法中，在确定起算航线的位置之前，还包括：根据航线敷设方向进行坐标系旋转，以使得旋转后坐标系的X轴平行于敷设的航线；确定航线方向为坐标系的X轴，以及确定航线的旁向方向为坐标系的Y轴。
具体的，在本发明所述的基于地形高程的非水平航线设计方法中，在停止航线敷设之后，还包括：进行坐标系反变换，重新确定新的航线坐标，以将航线坐标变换为地图投影坐标系下的坐标。
本发明还提供了一种终端，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于地形高程的非水平航线设计方法的步骤。
本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有基于地形高程的非水平航线设计程序，所述基于地形高程的非水平航线设计程序被处理器执行时实现如上所述的基于地形高程的非水平航线设计方法的步骤。所述存储介质为计算机可读存储介质。
本发明的有益效果如下：
本发明实施例提供的基于地形高程的非水平航线设计方法、终端及存储介质，能够基于地形高自动计算非水平航线，从而保证航线上各采样点的相对航高差值在规定的阈值内，从而能够获得更好的遥感飞行监测效果。
附图说明
图1是本发明方法实施例的基于地形高程的非水平航线设计方法的流程图；
图2是本发明方法实施例中起算航线对应的非水平航线的设计效果示意图；
图3是本发明方法实施例中两邻近航线的地面覆盖范围的交集多边形在Y方向的最窄距离的示意图；
图4是实例1中基于地形高程的非水平航线设计方法的流程示意图；
图5是实例1中自适应计算航线上各个航段的流程示意图；
图6是实例1中自适应计算邻近待求航线对应的非水平航线的流程示意图；
图7是实例1中基于地形高程的非水平航线的航线设计结果的倾斜视图；
图8是实例1中基于地形高程的非水平航线的航线设计结果的俯视图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了适应地形起伏区域的航线设计要求，本发明提供了一种基于地形高程的非水平航线设计方法、终端及存储介质，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
根据本发明的方法实施例，提供了一种基于地形高程的非水平航线设计方法，图1是本发明方法实施例的基于地形高程的非水平航线设计方法的流程图，如图1所示，本发明方法实施例的基于地形高程的非水平航线设计方法，包括以下步骤：
S101：确定待测区域内的起算航线，基于预设的采样间距在所述起算航线上采集若干个采样点。
具体的，确定待测区域内的起算航线，包括：基于航线设计方向，将起算航线的Y值设置为(Ymin+Ymax)/2，获取所述起算航线与所述待测区域的交点，以确定所述起算航线的起点坐标和终点坐标；其中Ymin为所述待测区域角点的最小Y值坐标，Ymax为所述待测区域角点的最大Y值坐标。
S102：将每一个采样点对应的地面点加上预设的相对航高变换为空中点，所有空中点按顺序排列形成空中点集，将所述空中点集通过线性回归进行线段拟合，得到所述起算航线对应的非水平航线，其中所述非水平航线由多个连续的线段组成。
具体的，将所述空中点集通过线性回归进行线段拟合，得到所述起算航线对应的非水平航线，包括：以所述空中点集的起点作为起点将所述空中点集进行线段拟合，当所述空中点集中参与拟合的点到拟合出的线段的高程差值大于预先设定的阈值时，停止拟合，得到第一航段；以所述第一航段作为当前航段，以所述当前航段的终点作为起点继续将剩余的空中点集进行线段拟合，当所述空中点集中参与拟合的点到拟合出的线段的高程差值大于预先设定的阈值时，停止拟合，得到下一航段；以所述下一航段作为当前航段继续进行后续的线段拟合，直到所述空中点集中的空中点全部拟合完毕，得到所述起算航线对应的非水平航线。图2是本发明方法实施例中起算航线对应的非水平航线的设计效果示意图，在图2中，上面的一条折线为起算航线对应的非水平航线；下面一条弯曲曲线为起算航线对应的地形高程截面。
S103：以所述起算航线作为参考航线，根据预设的旁向间距得到邻近航线，将所述邻近航线对应的空中点集通过线性回归进行线段拟合得到所述邻近航线对应的非水平航线。
具体的，以所述起算航线作为参考航线，根据预设的旁向间距得到邻近航线，包括：以所述起算航线作为参考航线，利用所述参考航线的Y坐标加上或减去预设的旁向间距，得到邻近航线的Y坐标；基于航线设计方向和所述邻近航线的Y坐标，获取所述邻近航线与所述待测区域的交点，以确定所述邻近航线的起点坐标和终点坐标，得到邻近航线。
S104：计算参考航线对应的非水平航线与所述邻近航线对应的非水平航线的重叠度，当所述重叠度满足预设的条件时，所述邻近航线对应的非水平航线即为所述待测区域内的下一条非水平航线。
具体的，计算参考航线对应的非水平航线与所述邻近航线对应的非水平航线的重叠度，当所述重叠度满足预设的条件时，所述邻近航线对应的非水平航线即为所述待测区域内的下一条非水平航线，包括：利用共线方程数学模型计算所述邻近航线对应的非水平航线的地面覆盖范围；利用共线方程数学模型计算所述参考航线对应的非水平航线的地面覆盖范围；获取上述两个地面覆盖范围的交集多边形在Y方向的最窄距离，所述最窄距离除以基准面旁向幅宽得到最小重叠度；计算所述最小重叠度与理论重叠度的差值，当所述差值满足预设的阈值时，所述邻近航线对应的非水平航线即为即为所述待测区域内的下一条非水平航线。图3是本发明方法实施例中两邻近航线的地面覆盖范围的交集多边形在Y方向的最窄距离的示意图。具体的，获取所述参考航线对应的非水平航线的地面覆盖范围与所述邻近航线对应的非水平航线的地面覆盖范围的交集多边形在Y方向的最窄距离QY-MIN，所述最窄距离除以LY得到最小重叠度，其中LY为所述预设的相对航高下对应的地面旁向幅宽(基准面旁向幅宽)，LY＝2H*tan(θ/2)，H为相对航高，θ为航空遥感传感器的旁向视场角。
本发明提供的基于地形高程的非水平航线设计方法，还包括以下步骤：当所述重叠度不满足预设的条件时，计算所述邻近航线Y坐标的调整量；根据所述邻近航线Y坐标的调整量调整所述邻近航线的Y坐标，并重新求得调整后的邻近航向的起点坐标和终点坐标，及进行非水平航线拟合和重叠度计算，直到当重新计算的重叠度满足预设的条件。具体的，所述邻近航线Y坐标的调整量＝(QY-MIN-QY-PLAN)*LY，其中，QY-PLAN为理论重叠度。
S105：以所述邻近航线作为新的参考航线，继续敷设非水平航线，直到敷设的当前非水平航线的旁向方向坐标值不位于所述待测区域旁向方向的最大坐标值和最小坐标值之间时，停止航线敷设。
本发明提供的基于地形高程的非水平航线设计方法，在确定起算航线的位置之前，还包括以下步骤：根据航线敷设方向进行坐标系旋转，以使得旋转后坐标系的X轴平行于敷设的航线；确定航线方向为坐标系的X轴，以及确定航线的旁向方向为坐标系的Y轴。
本发明提供的基于地形高程的非水平航线设计方法，在停止航线敷设之后，还包括以下步骤：进行坐标系反变换，重新确定新的航线坐标，以将航线坐标变换为地图投影坐标系下的坐标。
为了更加详细的说明本发明方法实施例的基于地形高程的非水平航线设计方法，给出实例1。
实例1中基于地形高程的非水平航线设计方法包括以下步骤：首先根据待测区域的范围，确定起算航线的位置，而后计算该航线上按一定水平间距取样的点对应的地面点；将此所有的地面点加上相对航高，形成空中的点集，将此点集进行分段拟合，拟合为连续的折线线段；拟合折线的跳出条件为以点集中参与拟合的点到该拟合折线的高程差值大于阈值时则该线段为所求的拟合线段；以此拟合线段的终点为下一个拟合线段的起点，重新拟合下一个线段，同理判断点集中参与拟合的点，到该拟合线段的高程距离，当高程距离大于阈值时停止拟合；依次类推，确定该航线上所有其他的航线折线线段，从而完成本条航线的其他折线线段的自动设计；同理按照预设的旁向间距确定其邻近的待求航线的初始位置，依据上述步骤，拟合出此航线上的连续的折线航段，将待求航线折线航段和参考航线依据地面范围的覆盖关系求解最小重叠度，当最小重叠度小于预设重叠度时待求航线向远离参考航线方向移动，当最小重叠度大于预设重叠度时待求航线向靠近参考航线方向移动，反复进行此过程，直到重叠度在规定的阈值内时停止，即求解出待求航线；以上一个的待求航线为新的参考航线，按照上述步骤，求解下一个待求航线，根据待测区域的范围作为限制条件，依次即可完成所有航线的自适应航线设计。图4是实例1中基于地形高程的非水平航线设计方法的设计总流程图；图5是实例1中自适应计算航线上各个航段的流程示意图；图6是实例1中自适应计算邻近待求航线对应的非水平航线的流程示意图。
图7是实例1中基于地形高程的非水平航线的航线设计结果的倾斜视图，在图7中，测区由14条航线构成，有些航线有多个航段组成，根据地形起伏自动调整。图8是实例1中基于地形高程的非水平航线的航线设计结果的俯视图(即将图7的观察视角变成垂直向下)，如图8所示，测区由14条航线构成，可以看到航线上各个航段在一条直线上。
本发明还提供了一种终端，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于地形高程的非水平航线设计方法的步骤。
本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有基于地形高程的非水平航线设计程序，所述基于地形高程的非水平航线设计程序被处理器执行时实现如上所述的基于地形高程的非水平航线设计方法的步骤。
本发明实施例通过地形高程数据(DEM)，基于采样的地形高，自动拟合航线上的各个非水平航段；基于共线方程数学模型计算起算航线和初始邻近航线的地面覆盖范围，从而求出两者的重叠度，调整初始邻近航线的位置，使其自适应的达到设计重叠度的要求。与现有技术相比本发明具有以下优点：1.
能够基于地形数据计算非水平航线，从而在飞行设计阶段能够保证航空遥感数据获取质量；2.基于地形数据全自动的计算飞行航线，减少以前人工非水平航线设计的工作量。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种基于地形高程的非水平航线设计方法，其特征在于，包括：
确定待测区域内的起算航线，基于预设的采样间距在所述起算航线上采集若干个采样点；
将每一个采样点对应的地面点加上预设的相对航高变换为空中点，所有空中点按顺序排列形成空中点集，将所述空中点集通过线性回归进行线段拟合，得到所述起算航线对应的非水平航线，包括：以所述空中点集的起点作为起点将所述空中点集进行线段拟合，当所述空中点集中参与拟合的点到拟合出的线段的高程差值大于预先设定的阈值时，停止拟合，得到第一航段；以所述第一航段作为当前航段，以所述当前航段的终点作为起点继续将剩余的空中点集进行线段拟合，当所述空中点集中参与拟合的点到拟合出的线段的高程差值大于预先设定的阈值时，停止拟合，得到下一航段；以所述下一航段作为当前航段继续进行线段拟合，直到所述空中点集中的空中点全部拟合完毕，得到所述起算航线对应的非水平航线，其中所述非水平航线由多个连续的线段组成；
以所述起算航线作为参考航线，根据预设的旁向间距得到邻近航线，将所述邻近航线对应的空中点集通过线性回归进行线段拟合得到所述邻近航线对应的非水平航线；
计算参考航线对应的非水平航线与所述邻近航线对应的非水平航线的重叠度，当所述重叠度满足预设的条件时，所述邻近航线对应的非水平航线即为所述待测区域内的下一条非水平航线；
以所述计算出的邻近航线作为新的参考航线，继续敷设非水平航线，直到敷设的当前非水平航线的旁向方向坐标值不位于所述待测区域旁向方向的最大坐标值和最小坐标值之间时，停止航敷设。
2.如权利要求1所述的基于地形高程的非水平航线设计方法，其特征在于，确定待测区域内的起算航线，包括：
基于航线设计方向，将起算航线的Y值设置为(Ymin+Ymax)/2，获取所述起算航线与所述待测区域的交点，以确定所述起算航线的起点坐标和终点坐标；其中Ymin为所述待测区域角点的最小Y值坐标，Ymax为所述待测区域角点的最大Y值坐标。
3.如权利要求1所述的基于地形高程的非水平航线设计方法，其特征在于，以所述起算航线作为参考航线，根据预设的旁向间距得到邻近航线，包括：
以所述起算航线作为参考航线，利用所述参考航线的Y坐标加上或减去预设的旁向间距，得到邻近航线的Y坐标；
基于航线设计方向和所述邻近航线的Y坐标，获取所述邻近航线与所述待测区域的交点，以确定所述邻近航线的起点坐标和终点坐标，得到邻近航线。
4.如权利要求1所述的基于地形高程的非水平航线设计方法，其特征在于，计算参考航线对应的非水平航线与所述邻近航线对应的非水平航线的重叠度，当所述重叠度满足预设的条件时，所述邻近航线对应的非水平航线即为所述待测区域内的下一条非水平航线，包括：
利用共线方程数学模型计算所述邻近航线对应的非水平航线的地面覆盖范围；
利用共线方程数学模型计算所述参考航线对应的非水平航线的地面覆盖范围；
获取上述两个地面覆盖范围的交集多边形在Y方向的最窄距离，所述最窄距离除以基准面旁向幅宽得到最小重叠度；
计算所述最小重叠度与预设的设计重叠度的差值，当所述差值满足预设的阈值时，所述邻近航线对应的非水平航线即为即为所述待测区域内的下一条非水平航线。
5.如权利要求1所述的基于地形高程的非水平航线设计方法，其特征在于，还包括：
当所述重叠度不满足预设的条件时，计算所述邻近航线Y坐标的调整量；
根据所述邻近航线Y坐标的调整量调整所述邻近航线的Y坐标，并重新求得调整后的邻近航向的起点坐标和终点坐标，及进行非水平航线拟合和重叠度计算，直到当重新计算的重叠度满足预设的条件。
6.如权利要求1～5任一项所述的基于地形高程的非水平航线设计方法，其特征在于，在确定起算航线的位置之前，还包括：
根据航线敷设方向进行坐标系旋转，以使得旋转后坐标系的X轴平行于敷设的航线；
确定航线方向为坐标系的X轴，以及确定航线的旁向方向为坐标系的Y轴。
7.如权利要求1～5任一项所述的基于地形高程的非水平航线设计方法，其特征在于，在停止航线敷设之后，还包括：
进行坐标系反变换，重新确定新的航线坐标，以将航线坐标变换为地图投影坐标系下的坐标。
8.一种终端，其特征在于，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1～5中任一项所述的基于地形高程的非水平航线设计方法的步骤。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有基于地形高程的非水平航线设计程序，所述基于地形高程的非水平航线设计程序被处理器执行时实现如权利要求1～5中任一项所述的基于地形高程的非水平航线设计方法的步骤。
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