CN108871287B - 一种无人机带状正射影像航测方法及*** - Google Patents

一种无人机带状正射影像航测方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无人机带状正射影像航测方法及***，包括获取航测起始点、拐角点和结束点的坐标位置；设置航拍参数并获取拍摄设备参数；生成带状航测区域；判断带状航测区域是否覆盖待测区域，若已覆盖，则计算无人机的飞行速度、拍摄设备传感器的分辨率和拍摄设备传感器的拍照时间间隔；生成带状飞行航线；根据无人机的飞行速度和带状飞行航线飞行，并根据航拍参数、拍摄设备传感器的分辨率以及拍摄设备传感器的拍照时间间隔获取待测区域影像。只需人工设置航拍参数，就可生成与待测区域相符合的带状航测区域和生成无人机飞行带状航线，使无人机可以按照设定的带状航线飞行，减少了人工操作的复杂程度，提高了数据采集效率和数据处理效率。

Description

一种无人机带状正射影像航测方法及***
技术领域
本发明涉及无人机航测领域，特别是涉及一种无人机带状正射影像航测方法及***。
背景技术
无人机航测即通过无人机搭载摄影设备在测区巡检获取航摄影像，这种方式既可以实时获取影像数据，获取测区的实时情况，又可以截取影像数据对影像数据进行拼接，快速获取整个测区的影像，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面得到了广泛使用。
目前，通过无人机进行航测时，通常先生成矩形或不规则多边形区域，然后通过调节区域上的控制点来规划航线，但是，如果待测区域为带状，则需要多次调节控制点来生成带状的航拍区域，操作极为不方便，而且绘制出来的航拍区域有可能覆盖非测区，增加了冗余数据及数据处理工作量。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种无人机带状正射影像航测方法，其具有减少了人工操作的复杂程度，提高了数据采集效率和数据处理效率的优点。
一种无人机带状正射影像航测方法，包括如下步骤：
获取航测起始点、至少一个拐角点和结束点的位置坐标；
设置航拍参数并获取拍摄设备参数；所述航拍参数包括航向重叠度、航飞高度和测绘基准面高度；所述拍摄设备参数包括拍摄设备传感器的像素单位长和拍摄设备传感器的焦距；
根据起始点、拐角点、结束点、航拍参数和拍摄设备参数，生成带状航测区域；
生成带状航测区域的方式包括：将起始点、至少一个拐角点和结束点依序连线生成基准线；根据设置的缓冲区获取缓冲距离，并在基准线的两侧且距基准线为缓冲距离的位置，生成平行于基准线的带状航测区域的两侧边；根据航拍参数和拍摄设备参数获取带状航测区域距离起始点的起始距离以及带状航测区域距离结束点的结束距离，所述根据航拍参数和拍摄参数获取带状航测区域距离起始点的起始距离的计算方法为：d(w)＝(H-h)*s/f*O；其中，d(w)为航测区域距离起始点的起始距离，H为无人机的航飞高度，h为测绘基准面高度，s为拍摄设备传感器的像素单位长，f为拍摄设备传感器的焦距，O为航向重叠度，所述带状航测区域距离结束点的结束距离与带状航测区域距离起始点的起始距离相同；并在距起始点为起始距离的位置生成垂直于两侧边的起始边，在距结束点为结束距离的位置生成垂直于两侧边的结束边；将两侧边、起始边和结束边连接围成带状航测区域；
判断带状航测区域是否覆盖待测区域，若未覆盖，则重新设置航拍参数；若已覆盖，则根据航拍参数计算无人机的飞行速度、拍摄设备传感器的分辨率和拍摄设备传感器的拍照时间间隔；
根据航拍参数、拍摄设备参数、起始点、结束点和带状航测区域生成带状飞行航线；
根据无人机的飞行速度和带状飞行航线飞行，并根据航拍参数、设备传感器的分辨率以及拍摄设备传感器的拍照时间间隔获取待测区域的影像。
相比于现有技术，本发明只需人工设置航拍参数，就可生成与待测区域相符合的带状航测区域，并可根据带状航测区域快速生成符合正射影像的无人机飞行带状航线，从而使无人机可以按照设定的带状航线飞行，大大减少了人工操作的复杂程度，提高了数据采集效率和数据处理效率。
进一步地，通过获取地图上手动点击的位置，以获取起始点坐标、至少一个拐角点坐标和结束点坐标，以快速获取所需测量的区域。
进一步地，，通过依序选择电力杆塔的kml文件记载的多个杆塔，以获取起始点、至少一个拐角点和结束点；其中，所述电力杆塔的kml文件包括杆塔线路名称、杆塔编号、杆塔经纬度、杆塔高度、杆塔海拔、杆塔回路信息，以精准获取起始点坐标、至少一个拐角点坐标和结束点坐标。
进一步地，在获取起始点坐标、至少一个拐角点坐标和结束点坐标后，还根据默认的航拍参数和拍摄设备参数生成默认的带状航测区域，以提高用户体验，便于后续航拍参数的调整。
进一步地，所述航拍参数还包括：旁向重叠度、起降航高和缓冲区；所述拍摄设备参数还包括：拍摄设备传感器的像素单位宽。
进一步地，所述生成带状飞行航线包括如下步骤：
根据带状航测区域的宽度、以及带状航测区域的起始边距离起始点的起始距离获取航带数；
根据航带数、带状航测区域和航拍参数获取航线起飞点距离带状航测区域的距离，以确定航线起飞点的位置；
根据航带数、带状航测区域和航拍参数获取航线返航点距离带状航测区域的距离，以确定航线返航点的位置；
根据基准线、航带数、带状航测区域、航拍参数获取航带距离基准线的距离，以确定各航带的位置；
根据起始点、结束点、航带数、带状航测区域、航线起飞点、航线返航点以及各航带位置生成带状飞行航线。
进一步地，所述起降航高为不可变起降航高；或者，所述起降航高为可变起降航高。
本发明还提供一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述所述的一种无人机带状正射影像航测方法的步骤。
本发明还提供一种无人机带状正射影像航测***，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述的无人机带状正射影像航测方法的步骤。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明实施例中无人机带状正射影像航测方法的流程图；
图2为本发明实施例中无人机带状正射影像航线图。
图3为本发明实施例中生成带状航测区域的流程图；
图4为本发明实施例中生成带状飞行航线的流程图。
具体实施方式
请同时参阅图1和图2，图1为本发明实施例中无人机带状正射影像航测方法的流程图；图2为本发明实施例中无人机带状正射影像航线图。所述无人机带状正射影像航测方法，包括如下步骤：
步骤S1：获取航测的起始点A1、至少一个拐角点A2和结束点A3的位置坐标。
在一个实施例中，可通过在地图上手动点击选择各点，通过获取在地图手点击的位置获取起始点A1、至少一个拐角点A2和结束点A3的位置坐标。
在一个实施例中，为精准获取起始点A1、至少一个拐角点A2和结束点A3的位置坐标，还可根据第三方应用生成电力杆塔的kml文件，通过依序选择电力杆塔的kml文件记载的至少两个以上的杆塔，并以杆塔所在线路上的第一个杆塔坐标作为起始点的位置坐标，最后一个杆塔作为结束点的位置坐标，其余的杆塔作为拐角点的位置坐标，以精准获取起始点A1、至少一个拐角点A2和结束点A3的位置坐标。其中，所述电力杆塔的kml文件包括杆塔线路名称、杆塔编号、杆塔经纬度、杆塔高度、杆塔海拔、杆塔回路信息。
为提高用户体验，同时也为了便于后续航拍参数的调整，在一个实施例中，事先设置了默认的航拍参数和默认的拍摄设备参数，在获取起始点A1、至少一个拐角点A2和结束点A3的位置坐标后，还可根据默认的航拍参数和拍摄设备参数生成默认的带状航测区域。
步骤S2：设置航拍参数并获取拍摄设备参数。
在一个实施例中，所述航拍参数包括：航向重叠度、旁向重叠度、航飞高度、起降航高、缓冲区和测绘基准面高度。所述拍摄设备参数包括：拍摄设备传感器的像素单位长、拍摄设备传感器的像素单位宽以及拍摄设备传感器的焦距。
步骤S3：根据起始点A1、拐角点A2、结束点A3、航拍参数和拍摄设备参数，生成带状航测区域M。
请参阅图3，其为本发明实施例中生成带状航测区域M的流程图。
在一个实施例中，所述生成带状航测区域M包括：
步骤S31：将起始点A1、至少一个拐角点A2和结束点A3依序连线生成基准线。
步骤S32：根据设置的缓冲区获取缓冲距离，并在基准线的两侧且距基准线为缓冲距离的位置，生成平行于基准线的带状航测区域M的两侧边。
步骤S33：根据航拍参数和拍摄参数获取带状航测区域M距离起始点A1的起始距离以及带状航测区域M距离结束点A3的结束距离，并在距起始点A1为起始距离的位置生成垂直于两侧边的起始边，在距结束点A3为结束距离的位置生成垂直于两侧边的结束边。
所述根据航拍参数和拍摄参数获取带状航测区域M距离起始点A1的起始距离的计算方法为：d(w)＝(H-h)*s/f*O；其中，d(w)为航测区域距离起始点的起始距离，H为无人机的航飞高度，h为测绘基准面高度，s为拍摄设备传感器的像素单位长，f为拍摄设备传感器的焦距，O为航向重叠度。
在一个实施例中，所述带状航测区域M距离结束点A3的结束距离与带状航测区域M距离起始点A1的起始距离相同，这里不加以赘述。
步骤S34：将两侧边、起始边和结束边连接围成带状航测区域M。
步骤S4：判断带状航测区域M是否覆盖待测区域，若未覆盖，则回到步骤S2，重新设置航拍参数；若已覆盖，则根据航拍参数计算无人机的飞行速度、拍摄设备传感器的分辨率和拍摄设备传感器的拍照时间间隔，继续步骤S5。
在一个实施例中，通过人工将带状航测区域M与待测区域进行比对，以判断是否覆盖待测区域。
所述拍摄设备传感器的分辨率的计算方法为：R＝(H-h)*ps/f/1000；其中，R为分辨率，H为无人机的航飞高度，h为测绘基准面高度，ps为拍摄设备传感器的像素单位宽，f为拍摄设备传感器的焦距。
所述无人机的飞行速度的计算方法为：t＝d(p)/2；其中，t为飞行速度，d(p)为1/2相邻航带间的距离，后续也可以根据d(p)值计算航带的相关参数，这里不加以赘述，其中，d(p)＝(H-h)*ps/f，H为航飞高度，h为测绘基准面高度，ps为拍摄设备传感器的像素单位宽，f为拍摄设备传感器的焦距；且若t<3则t取3，若3≤t≤15，则取t＝d(p)/2，若t>15则t取15。
所述拍摄设备传感器的拍照时间间隔的计算方法为：t(p)＝d(p)/t；其中，t(p)为拍摄设备传感器的拍照时间间隔，d(p)为1/2相邻航带间的距离，t为飞行速度；且若t(p)<2则t(p)取2，t(p)≥2，则t(p)＝d(p)/t。
步骤S5：根据航拍参数、拍摄设备参数、起始点A1、结束点A3和带状航测区域M生成带状飞行航线。
请参阅图4，其为本发明实施例中生成带状飞行航线的流程图。
在一个实施例中，所述生成带状飞行航线包括如下步骤：
步骤S51：根据带状航测区域的宽度、以及带状航测区域的起始边距离起始点的起始距离获取航带数。
所述航带数的计算方法为：s＝b/d(w)+1；其中，s为航带数，b为带状航测区域M的宽度，d(w)为带状航测区域的起始边距离起始点的起始距离。如图2所示的航带数为4，即虚线所示的航带由上至下数依序定义为第一条航带、第二条航带和第三条航带和第四条航带。
步骤S52：根据航带数、带状航测区域M和航拍参数获取航线起飞点F1距离带状航测区域M的距离，以确定航线起飞点F1的位置。
所述航线起飞点F1距离航测区域的距离包括航线起飞点F1距离带状航测区域M侧边的距离，以及航线起飞点F1距离带状航带区域起始边的距离。
所述航线起飞点F1距离带状航测区域M一侧边的距离的计算方式为：s(x)＝(H-h)*s/f*O；其中，s(x)为航线起飞点F1距离带状航测区域M侧边的距离，H为无人机的航飞高度，h为测绘基准面高度，s为拍摄设备传感器的像素单位长，f为拍摄设备传感器的焦距，O为航向重叠度。
所述航线起飞点F1距离带状航带区域起始边的距离的计算方式为：s(y)＝b-d(w)*(s–1)/2；其中，s(y)航线起飞点F1距离带状航测区域M起始边的距离，b为带状航测区域M的宽度，s(x)为航线起飞点F1距离带状航测区域M侧边的距离，s为航带数。
在带状航测区域M内，根据航线起飞点F1距离带状航测区域M侧边的距离，以及航线起飞点F1距离带状航带区域起始边的距离，即可确定航线起飞点F1的位置。
步骤S53：根据航带数、带状航测区域M和航拍参数获取航线返航点F2距离带状航测区域M的距离，以确定航线返航点F2的位置。
所述航线返航点F2距离航测区域的距离包括航线返航点F2距离带状航测区域M另一侧边的距离，以及航线返航点F2距离带状航带区域起始边的距离。在一个实施例中，所述航线返航点F2距离带状航测区域M侧边的距离与所述航线起飞点F1距离带状航测区域M另一侧边的距离的距离相同，所述航线返航点F2距离带状航带区域起始边的距离与所述航线起飞点F1距离带状航带区域起始边的距离的距离相同。
在带状航测区域M内，航线返航点F2距离带状航测区域M侧边的距离，以及航线返航点F2距离带状航带区域结束边的距离，即可确定航线返航点F2的位置。
步骤S54：根据基准线、航带数、带状航测区域、航拍参数获取航带距离基准线的距离，以确定各航带的位置。
获取每条航带距离基准线的距离的计算方式为：d(s)＝b/2-s(y)+k*L，其中，k＝(b-(d(w)*s-1))/2；d(s)为每条航带距离基准线的距离；b为带状航测区域的宽度；s(y)为航线起飞点F1距离带状航测区域M起始边的距离；s为航带数；L为当前所在的航带，取值1，2，3，4；即第一条航带L取值为1，第二条航带L取值为2，以此类推。
步骤S55：根据起始点、结束点、航带数、带状航测区域M、航线起飞点F1、航线返航点F2、以及各航带位置生成带状飞行航线。
在一个实施例中，每条航带均平行与带状航测区域M的侧边，且在距离起始点或结束点位置时则生成下一条航带。
步骤S6：根据无人机的飞行速度和带状飞行航线飞行，并根据航拍参数、设备传感器的分辨率以及拍摄设备传感器的拍照时间间隔获取待测区域的影像。
在一个实施例中，所述起降航高为不可变起降航高，无人机先在不可变的起降航高上飞行，到达起始点、各拐角点或结束点所在的航线时，则下落到航飞高度，并继续以所述航飞高度在各起始点、各拐角点或结束点获取影像，待获取所有点的影像后，再飞行到起降航高返航。
在另一个实施例中，为确保无人机进行带状正射拍摄时的安全，所述起降航高为不可变起降航高，具体的，在设置所述航拍参数时，设置可变起降航高，所述起降航高为不可变起降航高，无人机在不可变的起降航高上飞行，到达起始点、各拐角点或结束点所在的航线时，则再根据起始点、各拐角点或结束点的位置坐标降低到对应的点附近进行航测，待获取所有点的影像后，再飞行到起降航高返航。此时，在计算后续的带状飞行航线时均以起降航高的数值代替航飞高度的数值进行计算。
本发明还同时提供一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的一种无人机带状正射影像航测方法的步骤。
本发明还同时提供一种无人机带状正射影像航测***，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种无人机带状正射影像航测方法的步骤。
相比于现有技术，本发明只需人工设置航拍参数，就可生成与待测区域相符合的带状航测区域，并可根据带状航测区域快速生成符合正射影像的无人机飞行带状航线，从而使无人机可以按照设定的带状航线飞行，大大减少了人工操作的复杂程度，提高了数据采集效率和数据处理效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无人机带状正射影像航测方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取航测起始点、至少一个拐角点和结束点的位置坐标；
设置航拍参数并获取拍摄设备参数；所述航拍参数包括航向重叠度、航飞高度和测绘基准面高度；所述拍摄设备参数包括拍摄设备传感器的像素单位长和拍摄设备传感器的焦距；
根据起始点、拐角点、结束点、航拍参数和拍摄设备参数，生成带状航测区域；
生成带状航测区域的方式包括：将起始点、至少一个拐角点和结束点依序连线生成基准线；根据设置的缓冲区获取缓冲距离，并在基准线的两侧且距基准线为缓冲距离的位置，生成平行于基准线的带状航测区域的两侧边；根据航拍参数和拍摄设备参数获取带状航测区域距离起始点的起始距离以及带状航测区域距离结束点的结束距离，所述根据航拍参数和拍摄参数获取带状航测区域距离起始点的起始距离的计算方法为：d(w)＝(H-h)*s/f*O；其中，d(w)为航测区域距离起始点的起始距离，H为无人机的航飞高度，h为测绘基准面高度，s为拍摄设备传感器的像素单位长，f为拍摄设备传感器的焦距，O为航向重叠度，所述带状航测区域距离结束点的结束距离与带状航测区域距离起始点的起始距离相同；并在距起始点为起始距离的位置生成垂直于两侧边的起始边，在距结束点为结束距离的位置生成垂直于两侧边的结束边；将两侧边、起始边和结束边连接围成带状航测区域；
判断带状航测区域是否覆盖待测区域，若未覆盖，则重新设置航拍参数；若已覆盖，则根据航拍参数计算无人机的飞行速度、拍摄设备传感器的分辨率和拍摄设备传感器的拍照时间间隔；
根据航拍参数、拍摄设备参数、起始点、结束点和带状航测区域生成带状飞行航线；
根据无人机的飞行速度和带状飞行航线飞行，并根据航拍参数、设备传感器的分辨率以及拍摄设备传感器的拍照时间间隔获取待测区域的影像。
2.根据权利要求1所述的无人机带状正射影像航测方法，其特征在于，通过获取地图上手动点击的位置，以获取起始点坐标、至少一个拐角点坐标和结束点坐标。
3.根据权利要求1所述的无人机带状正射影像航测方法，其特征在于，通过依序选择电力杆塔的kml文件记载的至少两个以上的杆塔，并以杆塔所在线路上的第一个杆塔坐标作为起始点的位置坐标，最后一个杆塔作为结束点的位置坐标，其余的杆塔作为拐角点的位置坐标；所述电力杆塔的kml文件包括杆塔线路名称、杆塔编号、杆塔经纬度、杆塔高度、杆塔海拔、杆塔回路信息。
4.根据权利要求1所述的无人机带状正射影像航测方法，其特征在于，在获取起始点、至少一个拐角点和结束点后，还根据默认的航拍参数和拍摄设备参数生成默认的带状航测区域。
5.根据权利要求1所述的无人机带状正射影像航测方法，其特征在于，所述航拍参数还包括：旁向重叠度、起降航高和缓冲区；所述拍摄设备参数还包括：拍摄设备传感器的像素单位宽。
6.根据权利要求5所述的无人机带状正射影像航测方法，其特征在于，所述生成带状飞行航线包括：
根据带状航测区域的宽度、以及带状航测区域的起始边距离起始点的起始距离获取航带数；
根据航带数、带状航测区域和航拍参数获取航线起飞点距离带状航测区域的距离，以确定航线起飞点的位置；
根据航带数、带状航测区域和航拍参数获取航线返航点距离带状航测区域的距离，以确定航线返航点的位置；
根据基准线、航带数、带状航测区域、航拍参数获取航带距离基准线的距离，以确定各航带的位置；
根据起始点、结束点、航带数、带状航测区域、航线起飞点、航线返航点以及各航带位置生成带状飞行航线。
7.根据权利要求5所述的无人机带状正射影像航测方法，其特征在于，
所述起降航高为不可变起降航高；或者，
所述起降航高为可变起降航高。
8.一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的一种无人机带状正射影像航测方法的步骤。
9.一种无人机带状正射影像航测***，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的无人机带状正射影像航测方法的步骤。
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