CN108286965B - 基于精细三维地形的无人机变高航线方法、终端及*** - Google Patents
基于精细三维地形的无人机变高航线方法、终端及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于精细三维地形的无人机变高航线方法，无人机上搭载摄像机，根据摄像机参数、影像重叠度和航线质量生成基本航线；无人机先按照所述基本航线飞行，摄像机拍摄图像，从拍摄图像中提取精细三维地形的高程数据，根据所述高程数据和无人机的变高约束条件，计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。生成的航线数据同时考虑了地形变化和变高约束条件，在符合变高约束条件的情况下，根据地形变化实现变高飞行，使摄像机拍摄图像的地面分辨率较为一致，降低内业影像匹配的难度。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及基于精细三维地形的无人机变高航线方法、终端及***。
背景技术
随着无人机从军用向民用的开发，且无人机具有成本低、全天候、起降方便、可进入危险区域作业等优势，使得其越来越多的被民用企业所熟知和应用，为传统遥感的补充起到重要的作用。在无人机野外作业获取影像过程中，航线的设计起着至关重要的作用，一个好的航线设计不仅能够确保获取的影像符合行业标准，而且可在大区域影像获取过程中减少飞行架次，避免人力、物力的浪费。通过对影响无人机影像质量的几个关键因素进行探讨，分析各因素随环境及地形的变化情况，获得航线设计的主要可变因素，为无人机的航线设计提供参考。
现有技术中，无人机技术已经被应用在测绘作业中，在对平原地区的遥感影像获取时，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。而且无人机飞行时受到自身或外界约束，需在限制条件下飞行。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：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，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
有鉴于此，本发明针对现有技术在山地区域航摄时，存在航摄影像的地面分辨率不一致的情况，增大了内业影像匹配的难度的技术问题，提供一种基于精细三维地形的无人机变高航线方法、终端、***及存储介质。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一个或多个实施例公开了一种基于精细三维地形的无人机变高航线方法，所述无人机上搭载摄像机，所述方法包括步骤：
根据摄像机参数、影像重叠度和航线质量生成基本航线；
控制所述无人机按照所述基本航线飞行，获取所述摄像机拍摄图像并提取精细三维地形的高程数据；
根据所述高程数据和无人机的变高约束条件，计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。
本发明的一个或多个实施例中，生成基本航线包括预先处理步骤：构建摄像机拍摄图像映射到地面范围的OXY直角坐标系，控制所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄，通过控制所述无人机按照互相垂直的耕地航线飞行，实现测区内目标东南西北四个方向纹理获取；
所述摄像机参数包括像元尺寸、焦距mm、等效像幅宽Ws以及等效像幅高Hs；其中，所述等效像幅宽Ws为经过所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄时的焦点且平行于X轴以及端点为所述拍摄图像的两个边界的线段对应的像素宽度值；所述等效像幅高Hs为经过所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄时的焦点且平行于Y轴以及端点为所述拍摄图像的两个边界的线段对应的像素高度值；
所述影像重叠度包括第一航向重叠度和第一旁向重叠度；
所述航线质量包括为保证所述航向重叠度的基线外扩数量，使用以下算式计算：
N2＝L2/(Hs*(1-along_overlap))
其中，N2为基线外扩数量，L2为所述摄像机光轴投影到X轴的坐标，Hs为等效像幅高，along_overlap为航向重叠度。
本发明的一个或多个实施例中，所述摄像机前视倾斜预设角度为33度。
本发明的一个或多个实施例中，所述航向重叠度为80％，所述基线外扩数量N2为4，所述旁向重叠度为80％。
本发明的一个或多个实施例中，所述控制所述无人机按照所述基本航线飞行，获取所述摄像机拍摄图像并提取精细三维地形的高程数据具体包括：
获取三维地形分层精细层级数据；
控制所述无人机按照所述基本航线飞行并获取所述摄像机拍摄图像，与所述三维地形分层精细层级数据匹配出精细地形块组合，生成地形数据库，对每块精细地形块按照预设长度间隔取所述摄像机拍摄图像投影到该块精细地形块上的高度值；
将所述精细地形块组合投影的高度值集合按照所述基本航线的顺序点排列得到所述高程数据。
本发明的一个或多个实施例中，所述无人机的变高约束条件包括无人机最大上升速率v1、当前飞行速率限值v2和最小采样间隔D。
本发明的一个或多个实施例中，根据所述最小采样间隔D、无人机最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2计算最小上升高度H1，采用以下算式：
H1＝sqrt(D*D/((v1*v1)/(v2*v2)-1))
所述计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据具体包括：
将所述高程数据中大于最小上升高度H1的航点过滤，结合所述无人机达到所述最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2所需时间选择所述高程数据中小于或等于最小上升高度H1的航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。
本发明的一个或多个实施例公开了终端，所述终端包括处理器以及存储器；所述处理器用于执行存储器中存储的基于精细三维地形的无人机变高航线方法程序，以实现上述方法。
本发明的一个或多个实施例公开了基于精细三维地形的无人机变高航线***，包括无人机和地面设备，所述无人机上搭载摄像机，所述无人机包括机身图传电台发射接收器，用于发送所述摄像机拍摄图像及用于接收基本航线和航线数据的机身图传电台接收器；所述地面设备包括地面图传电台发送接收器和终端，所述地面图传电台发送接收器用于接收所述摄像机拍摄图像并传送到所述终端；所述终端用于根据摄像机参数、影像重叠度和航线质量生成基本航线；所述终端还用于控制所述无人机按照所述基本航线飞行，获取所述摄像机拍摄图像并提取精细三维地形的高程数据；所述终端还用于根据所述高程数据和无人机的变高约束条件，计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。
本发明的一个或多个实施例公开了非易失计算机可读存储介质，所述非易失计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述的方法。
本发明实施例提供的基于精细三维地形的无人机变高航线方法，无人机上搭载摄像机，根据摄像机参数、影像重叠度和航线质量生成基本航线；无人机先按照所述基本航线飞行，摄像机拍摄图像，从拍摄图像中提取精细三维地形的高程数据，根据所述高程数据和无人机的变高约束条件，计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。生成的航线数据同时考虑了地形变化和变高约束条件，在符合变高约束条件的情况下，根据地形变化实现变高飞行，使摄像机拍摄图像的地面分辨率较为一致，降低内业影像匹配的难度。而且，根据无人机变高航线方法控制无人机飞行，降低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的情况发生，单架次无人机的飞行控制相对操作简单，设备损耗低，成本下降，出现事故的概率也随着架次减少而降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例基于精细三维地形的无人机变高航线方法的流程图；
图2a为耕地航线南北航线的示意图，图2b为耕地航线东西向航线的示意图，
图2c为组合成互相垂直的耕地航线的示意图；
图3为本发明实施例基于精细三维地形的无人机变高航线方法的摄像机拍摄图像映射到地面角点脚印图；
图4为本发明实施例基于精细三维地形的无人机变高航线方法的基线外扩数量(航向)的参考图；
图5为本发明实施例基于精细三维地形的无人机变高航线方法的部分流程图；
图6为本发明实施例基于精细三维地形的无人机变高航线方法的三维地形高程数据提取流程图；
图7为本发明实施例基于精细三维地形的无人机变高航线方法的采样间隔、无人机上升速率和飞行速率的关系示意图；
图8为本发明实施例基于精细三维地形的无人机变高航线***的结构框图；
图9为本发明实施例终端硬件架构示意图；
图10为本发明实施例基于精细三维地形的无人机变高航线方法的非规则曲面的容差弧面示意图；
图11为本发明实施例基于精细三维地形的无人机变高航线***的原理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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,附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
如图1所示，本发明的一个实施例提供基于精细三维地形的无人机变高航线方法，所述无人机上搭载摄像机，所述方法包括步骤：
步骤10、根据摄像机参数、影像重叠度和航线质量生成基本航线；
步骤20、控制所述无人机按照所述基本航线飞行，获取所述摄像机拍摄图像并提取精细三维地形的高程数据；
步骤30、根据所述高程数据和无人机的变高约束条件，计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。
本发明实施例提供的基于精细三维地形的无人机变高航线方法，无人机上搭载摄像机，根据摄像机参数、影像重叠度和航线质量生成基本航线；无人机先按照所述基本航线飞行，摄像机拍摄图像，从拍摄图像中提取精细三维地形的高程数据，根据所述高程数据和无人机的变高约束条件，计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。生成的航线数据同时考虑了地形变化和变高约束条件，在符合变高约束条件的情况下，根据地形变化实现变高飞行，使摄像机拍摄图像的地面分辨率较为一致，降低内业影像匹配的难度。而且，根据无人机变高航线方法控制无人机飞行，降低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的情况发生，单架次无人机的飞行控制相对操作简单，设备损耗低，成本下降，出现事故的概率也随着架次减少而降低。
在另一实施例中，生成基本航线包括预先处理步骤：构建摄像机拍摄图像映射到地面范围的OXY直角坐标系，控制所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄，通过控制所述无人机按照互相垂直的耕地航线飞行，实现测区内目标东南西北四个方向纹理获取。
考虑到制约飞行效率的主要因素来自于航线旁向间隔，倾斜摄影选择前视作为基本拍照方式，摄像机拍摄图像短边沿飞行方向、长边垂直于飞行方向。所述摄像机参数包括像元尺寸、焦距mm、等效像幅宽Ws以及等效像幅高Hs。
在本发明的一个或多个实施例中，摄像机参数具体设置如下表：
| 像元尺寸 | um | 2.41 |
| 焦距 | mm | 8.8 |
| 等效像幅宽 | pixel | 6525 |
| 等效像幅高 | pixel | 5796 |
如图2a-2c所示，图2a为耕地航线南北航线的示意图，图2b为耕地航线东西向航线的示意图，图2c为组合成互相垂直的耕地航线的示意图。图示中叠加的越深，代表图像重复的越多。
采用耕地航线飞行方式，隔行带为同向视角数据。航向重叠度设为80％，旁向重叠度设为70％，则隔行带数据重叠度为40％。当旁向重叠度设为80％时，隔行带数据重叠度可提高至60％。
具体地，设置航向重叠度设为80％，旁向重叠度设为80％。
构建的摄像机拍摄图像映射到地面范围的OXY直角坐标系如图3所示，图示中的矩形虚线框为摄像机前视角度为0度(即垂直向下拍摄，不倾斜)时，摄像机映射到地面的覆盖范围。梯形实线框为摄像机前视倾斜预设角度为33度时，相机映射到地面的覆盖范围，与梯形的上底和下底均平行且与梯形的腰相交的虚线为等效像幅宽Ws；梯形的高的虚线(图3中与Y轴重合)为等效像幅高Hs。等效像幅宽Ws的线段与等效像幅高Hs的线段的交点为摄像机前视倾斜预设角度为33度的相机焦点。
即所述等效像幅宽Ws为经过所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄时的焦点且平行于X轴以及端点为所述拍摄图像的两个边界的线段对应的像素宽度值；所述等效像幅高Hs为经过所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄时的焦点且平行于Y轴以及端点为所述拍摄图像的两个边界的线段对应的像素高度值。
需要说明的是，上述实施例的摄像机前视倾斜预设角度为固定倾角33度，在一些实施例中，也可以设为倾角范围的方式，比如为28-38度，或者固定为30度、35度或36度。在另一些实施例中，基于自由设置参数的情况下，等效相机参数会随倾角而变，本发明对此不做限制。
所述航线质量包括为保证所述航向重叠度的基线外扩数量，使用以下算式计算：
N2＝L2/(Hs*(1-along_overlap))
其中，N2为基线外扩数量，L2为所述摄像机光轴投影到X轴的坐标，Hs为等效像幅高，along_overlap为航向重叠度。
为保证航线质量保证，需要计算保证航向重叠度的基线外扩数量航向重叠度的基线外扩数量进行等效计算，等效宽度Ws＝6525，等效高度Hs＝5796。
图4为基线外扩数量(航向)的参考图。根据对称性，前视相机(按照前视倾斜预设角度设置的摄像机)主光轴投影X坐标为L2＝3651.452，设航向重叠度为along_overlap，为保证建筑侧面纹理完整覆盖，基线需要外扩的数量的计算算式为：
N2＝L2/(Hs*(1-along_overlap))
其中，N2为基线外扩数量，L2为所述摄像机光轴投影到X轴的坐标，Hs为等效像幅高，along_overlap为航向重叠度。
基线外扩数量是需要外扩的航线条数，为了保证航向重叠度，即摄像机所拍图像的横向重叠度，需要外扩基线(航线)的数量。例如下表：
| Hs | L2 | along_overlap | N2 | 向上取整 |
| 5796 | 3651.452 | 65％ | 1.80 | 2 |
| 5796 | 3651.452 | 70％ | 2.10 | 3 |
| 5796 | 3651.452 | 75％ | 2.52 | 3 |
| 5796 | 3651.452 | 80％ | 3.15 | 4 |
由上表可知，航向重叠度为80％，所述基线外扩数量N2为4。
所述航线质量还包括为保证所述旁向重叠度的航线外扩数量，采用单相机+交叉航线(互相垂直的耕地航线)飞行方式完成倾斜测区数据获取，这里只考虑前视相机在基线方向的外扩数量，航线外扩数量(旁向)数值为零。
在本发明的一个或多个实施例中，如图5所示，所述步骤20、控制所述无人机按照所述基本航线飞行，获取所述摄像机拍摄图像并提取精细三维地形的高程数据具体包括：
步骤21、获取三维地形分层精细层级数据；
具体地，本发明实施例使用OSGEARTH加载地形，它基于金字塔结构的LOD地形简化算法是通过一系列的层次结构构成一个基于金字塔结构的地形分层组织结构(三维地形分层精细层级数据)。地形基于四叉树结构进行管理调度，加载高精度的TIFF数据，随着视点与地形的距离调度加载当前层级地形。
步骤22、控制所述无人机按照所述基本航线飞行并获取所述摄像机拍摄图像，与所述三维地形分层精细层级数据匹配出精细地形块组合，生成地形数据库，对每块精细地形块按照预设长度间隔取所述摄像机拍摄图像投影到该块精细地形块上的高度值；
步骤23、将所述精细地形块组合投影的高度值集合按照所述基本航线的顺序点排列得到所述高程数据。
具体地，图6为三维地形高程数据提取流程图。如图6所示，按照生成的基本航线，取到此条航线的基本数据。基于此条基本航线，在三维地形分层精细层级数据中按精细层级查找(如20层)，匹配此条航线需要加载读取精细地形块的数目，得到精细地形块组合，平均分配到多个线程进行加载。例如考虑到机器的性能，cpu的核与支持的线程数，在此将精细地形块组合分配到4个线程中加载。对每块精细地形来说，按预设长度间隔，如1米的间隔区间取航线投影在这块地形上的高度值，所有需要加载的精细地形块读取完成后，按照航线的顺序点排列取到的高度值，得到所述高程数据。
在一些实施例中，所述无人机的变高约束条件包括无人机最大上升速率v1、当前飞行速率限值v2和最小采样间隔D，比如无人机最大爬升速率v1为8m/s，当前飞行速率限值v2为12m/s，最小采样间隔D为20m。
以采样间隔求取最小爬升高度，即根据所述最小采样间隔D、无人机最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2计算最小上升高度H1，采用以下算式：
H1＝sqrt(D*D/((v1*v1)/(v2*v2)-1))
所述步骤30、计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据具体包括：
将所述高程数据中大于最小上升高度H1的航点过滤，结合所述无人机达到所述最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2所需时间选择所述高程数据中小于或等于最小上升高度H1的航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。
具体地，在获取的高程数据中过滤出大于最小爬升高度的航点，这些大于最小爬升高度的航点超出无人机最大上升速率v1或当前飞行速率限值v2中的一项或两项，因此不予考虑。
结合所述无人机达到所述最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2所需时间选择所述高程数据中小于或等于最小上升高度H1的航点，即查找出符合条件的航点。图7为采样间隔、无人机上升速率和飞行速率的关系示意图，如图7所示，采样间隔为最小采样间隔D，无人机上升速率带来上升高度H，飞行速率带来飞行路程L，根据直角三角形勾股定理：
L＝sqrt(D*D+H*H)；
T1＝L/V2；
T2＝H/V1；
其中，T1为无人机达到所述最大上升速率v1所需时间，T2为无人机达到所述当前飞行速率限值v2所需时间。
无人机达到所述最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2所需时间与无人机的电机、转换效率、飞行姿态IMU和天气状况等相关。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。在一些实施例中，TI与T2的差值越小的航点越可取。
如图8所示，本申请实施例还提供一种基于精细三维地形的无人机变高航线***300，包括无人机310和地面设备330，所述无人机310上搭载摄像机311，其特征在于，所述无人机310包括机身图传电台发射接收器312，用于发送所述摄像机拍摄图像及用于接收基本航线和航线数据的机身图传电台接收器；所述地面设备330包括地面图传电台发送接收器331和终端332，所述地面图传电台发送接收器331用于接收所述摄像机311拍摄图像并传送到所述终端332；所述终端332用于根据摄像机参数、影像重叠度和航线质量生成基本航线；用于控制所述无人机310按照所述基本航线飞行，获取所述摄像机311拍摄图像并提取精细三维地形的高程数据；用于根据所述高程数据和无人机310的变高约束条件，计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。
在一些实施例中，机身图传电台发射接收器312和地面图传电台发送接收器331可以分解为电台发射器和电台接收器，本发明实施例对其具体形式不做限制。
如图9所示，本申请实施例还提供一种终端硬件架构的示意图。本实施例中的终端900与上述***实施例的终端332为同一终端。在图9中，终端包括：第一存储器910、第一处理器920及存储在所述第一存储器910上并可在所述第一处理器920上运行的基于精细三维地形的无人机变高航线程序930。在本实施例中，所述的基于精细三维地形的无人机变高航线程序930包括一系列的存储于第一存储器910上的计算机程序指令，当该计算机程序指令被第一处理器920执行时，可以实现本申请各实施例的基于精细三维地形的无人机变高航线的操作。
具体地，终端900可以以各种形式来实施。例如，本申请中描述的终端可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、便捷式媒体播放器(Portable Media Player，PMP)、导航装置、可穿戴设备、智能手环、计步器等移动终端，以及诸如数字TV、台式计算机等固定终端。
在一些实施例中，基于该计算机程序指令各部分所实现的特定的操作，基于精细三维地形的无人机变高航线程序930可以被划分为一个或多个模块。如图10所示，基于精细三维地形的无人机变高航线程序930包括：基本航线生成模块931、高程数据提取模块932和航线数据生成模块933。其中，
基本航线生成模块931，用于根据摄像机参数、影像重叠度和航线质量生成基本航线；
高程数据提取模块932，用于控制所述无人机按照所述基本航线飞行，获取所述摄像机拍摄图像并提取精细三维地形的高程数据；
航线数据生成模块933，用于根据所述高程数据和无人机的变高约束条件，计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。
本申请的终端实施例与上述基于精细三维地形的无人机变高航线方法实施例基于相同的发明构思，终端的一些具体技术特征可参照***实施例，在此不再详述。
具体的，本申请实施例的终端900还可以包括预先处理模块，用于构建摄像机拍摄图像映射到地面范围的OXY直角坐标系，控制所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄，通过控制所述无人机按照互相垂直的耕地航线飞行，实现测区内目标东南西北四个方向纹理获取。
具体的，所述摄像机参数包括像元尺寸、焦距mm、等效像幅宽Ws以及等效像幅高Hs；其中，所述等效像幅宽Ws为经过所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄时的焦点且平行于X轴以及端点为所述拍摄图像的两个边界的线段对应的像素宽度值；所述等效像幅高Hs为经过所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄时的焦点且平行于Y轴以及端点为所述拍摄图像的两个边界的线段对应的像素高度值；
所述影像重叠度包括第一航向重叠度和第一旁向重叠度；
所述航线质量包括为保证所述航向重叠度的基线外扩数量，使用以下算式计算：
N2＝L2/(Hs*(1-along_overlap))
其中，N2为基线外扩数量，L2为所述摄像机光轴投影到X轴的坐标，Hs为等效像幅高，along_overlap为航向重叠度。
具体地，所述摄像机前视倾斜预设角度为33度。
具体地，所述航向重叠度为80％，所述基线外扩数量N2为4，所述旁向重叠度为80％。
高程数据提取模块932还用于：
获取三维地形分层精细层级数据；
控制所述无人机按照所述基本航线飞行并获取所述摄像机拍摄图像，与所述三维地形分层精细层级数据匹配出精细地形块组合，生成地形数据库，对每块精细地形块按照预设长度间隔取所述摄像机拍摄图像投影到该块精细地形块上的高度值；
将所述精细地形块组合投影的高度值集合按照所述基本航线的顺序点排列得到所述高程数据。
具体地，所述无人机的变高约束条件包括无人机最大上升速率v1、当前飞行速率限值v2和最小采样间隔D。
具体地，根据所述最小采样间隔D、无人机最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2计算最小上升高度H1，采用以下算式：
H1＝sqrt(D*D/((v1*v1)/(v2*v2)-1))
航线数据生成模块933还用于：
将所述高程数据中大于最小上升高度H1的航点过滤，结合所述无人机达到所述最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2所需时间选择所述高程数据中小于或等于最小上升高度H1的航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。
图11为本发明实施例基于精细三维地形的无人机变高航线***的原理图，如图11所示，终端900根据摄像机参数、影像重叠度和航线质量生成基本航线；然后再实现航线变高，具体地，终端通过图传发送接收器获取基于基本航线飞行拍摄的摄像机拍摄图像，从拍摄图像中提取精细三维地形的高程数据(抽取地形高程)，根据所述高程数据和无人机的变高约束条件(变高限定)，计算并过滤选择变高航线航点(抽稀地形高程)，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据。生成的航线数据同时考虑了地形变化和变高约束条件，在符合变高约束条件的情况下，根据地形变化实现变高飞行，使摄像机拍摄图像的地面分辨率较为一致，降低内业影像匹配的难度。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质。这里的计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序。其中，计算机可读存储介质可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如只读存储器、快闪存储器、硬盘或固态硬盘；存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。当计算机可读存储介质中一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述实施例提供的基于精细三维地形的无人机变高航线方法。
本发明实施例还提供一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储有程序指令，具体如存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块等，当无人机执行所述程序指令时，用于执行上述方法实施例中所述的基于精细三维地形的无人机变高航线方法，进行相应的数据处理，当执行所述方法步骤时，具有上述方法实施例的技术效果。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)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(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明所提供的上述实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，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，例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，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模块来实现本实施例方案的目的。
以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于精细三维地形的无人机变高航线方法，所述无人机上搭载摄像机，其特征在于，所述方法包括步骤：
根据摄像机参数、影像重叠度和航线质量生成基本航线；
控制所述无人机按照所述基本航线飞行，获取所述摄像机拍摄图像并提取精细三维地形的高程数据；
根据所述高程数据和无人机的变高约束条件，计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据；
其中，所述无人机的变高约束条件包括无人机最大上升速率v1、当前飞行速率限值v2和最小采样间隔D；
所述方法还包括：
根据所述最小采样间隔D、无人机最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2计算最小上升高度H1，采用以下算式：
H1＝sqrt(D*D/((v1*v1)/(v2*v2)-1))
所述计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据，具体包括：
将所述高程数据中大于最小上升高度H1的航点过滤，结合所述无人机达到所述最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2所需时间选择所述高程数据中小于或等于最小上升高度H1的航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据；
所述控制所述无人机按照所述基本航线飞行，获取所述摄像机拍摄图像并提取精细三维地形的高程数据，具体包括：
获取三维地形分层精细层级数据；
控制所述无人机按照所述基本航线飞行并获取所述摄像机拍摄图像，与所述三维地形分层精细层级数据匹配出精细地形块组合，生成地形数据库，对每块精细地形块按照预设长度间隔取所述摄像机拍摄图像投影到该块精细地形块上的高度值；
将所述精细地形块组合投影的高度值集合按照所述基本航线的顺序点排列得到所述高程数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成基本航线包括预先处理步骤：构建摄像机拍摄图像映射到地面范围的OXY直角坐标系，控制所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄，通过控制所述无人机按照互相垂直的耕地航线飞行，实现测区内目标东南西北四个方向纹理获取；
所述摄像机参数包括像元尺寸、焦距mm、等效像幅宽Ws以及等效像幅高Hs；其中，所述等效像幅宽Ws为经过所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄时的焦点且平行于X轴以及端点为所述拍摄图像的两个边界的线段对应的像素宽度值；所述等效像幅高Hs为经过所述摄像机前视倾斜预设角度拍摄时的焦点且平行于Y轴以及端点为所述拍摄图像的两个边界的线段对应的像素高度值；
所述影像重叠度包括第一航向重叠度和第一旁向重叠度；
所述航线质量包括为保证所述航向重叠度的基线外扩数量，使用以下算式计算：
N2＝L2/(Hs*(1-along_overlap))
其中，N2为基线外扩数量，L2为所述摄像机光轴投影到X轴的坐标，Hs为等效像幅高，along_overlap为航向重叠度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述摄像机前视倾斜预设角度为33度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述航向重叠度为80％，所述基线外扩数量N2为4，所述旁向重叠度为80％。
5.一种终端，其特征在于，所述终端包括处理器以及存储器；所述处理器用于执行存储器中存储的基于精细三维地形的无人机变高航线方法程序，以实现权利要求1-4任一项所述的基于精细三维地形的无人机变高航线方法。
6.一种基于精细三维地形的无人机变高航线***，包括无人机和地面设备，所述无人机上搭载摄像机，其特征在于，
所述无人机包括：
机身图传电台发射接收器，以及
用于发送所述摄像机拍摄图像及用于接收基本航线和航线数据的机身图传电台接收器；
所述地面设备包括：地面图传电台发送接收器和终端，
所述地面图传电台发送接收器，用于接收所述摄像机拍摄图像并传送到所述终端；
所述终端，用于根据摄像机参数、影像重叠度和航线质量生成基本航线；
所述终端，还用于控制所述无人机按照所述基本航线飞行，获取所述摄像机拍摄图像并提取精细三维地形的高程数据；
所述终端，还用于根据所述高程数据和无人机的变高约束条件，计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据；
其中，所述无人机的变高约束条件包括无人机最大上升速率v1、当前飞行速率限值v2和最小采样间隔D；
所述终端，还用于根据所述最小采样间隔D、无人机最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2计算最小上升高度H1，采用以下算式：
H1＝sqrt(D*D/((v1*v1)/(v2*v2)-1))
所述计算并过滤选择变高航线航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据，具体包括：
将所述高程数据中大于最小上升高度H1的航点过滤，结合所述无人机达到所述最大上升速率v1和当前飞行速率限值v2所需时间选择所述高程数据中小于或等于最小上升高度H1的航点，结合所述基本航线的顺序点生成航线数据；
所述控制所述无人机按照所述基本航线飞行，获取所述摄像机拍摄图像并提取精细三维地形的高程数据，具体包括：
获取三维地形分层精细层级数据；
控制所述无人机按照所述基本航线飞行并获取所述摄像机拍摄图像，与所述三维地形分层精细层级数据匹配出精细地形块组合，生成地形数据库，对每块精细地形块按照预设长度间隔取所述摄像机拍摄图像投影到该块精细地形块上的高度值；
将所述精细地形块组合投影的高度值集合按照所述基本航线的顺序点排列得到所述高程数据。
7.一种非易失计算机可读存储介质，其特征在于，所述非易失计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现权利要求1-4任一项所述的基于精细三维地形的无人机变高航线方法。
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