CN114200527B - 一种基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法及***，所述方法包括以下步骤：获取倾斜摄影数据，进行三维重建得到三维实景模型；根据所述三维实景模型生成数字高程模型并进行显示，接收与飞行安全相关的位置标注；获取无人机飞行起点、终点和飞行高度，根据所述数字高程模型生成初始航线；根据所述初始航线和高程变化率，结合标注位置确定航点，确定航磁测量飞行路径并发送至无人机。本发明基于倾斜摄影实现厘米级的高精度三维实景建模，从而指导无人机航磁测量航线的规划，提高了无人机航磁测量作业效率与安全性。

Description

一种基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法及***

技术领域

本发明属于航空物探技术领域，尤其涉及一种基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法及***。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着无人机航磁测量技术的快速进步与应用推广，无人机航磁测量技术越来越广泛的应用到各类地质勘测任务中，常规无人机航磁测量的航线规划多参考卫星数字高程模型(DEM)，但卫星数字高程模型精度较低，且无地表建筑物及植被情况标注，一般为过去较长时间的产品，时效性差，实际作业场地地表情况可能发生较大改变，造成较大安全风险。

此外，无人机航磁测量数据解译过程中需要进行异常识别，并判断引起异常的原因，因地形、地面建筑、厂矿企业、大型工地、信号塔、风力发电机等复杂干扰因素较多，对航磁数据处理解译造成较大影响，目前无人机航磁测量多采用使用卫星图像进行人工识别，必要时结合现场查证，时效性差、效率低且易发生遗漏，需事后查证，增加了航磁测量作业的工作量与工作难度。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法及***，基于倾斜摄影实现厘米级的高精度三维实景建模，从而指导无人机航磁测量航线的规划，提高了无人机航磁测量作业效率与安全性。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取倾斜摄影数据，进行三维重建得到三维实景模型；

根据所述三维实景模型生成数字高程模型并进行显示，接收与飞行安全相关的位置标注；

获取无人机飞行起点、终点和飞行高度，根据所述数字高程模型生成初始航线；

根据所述初始航线和高程变化率，结合标注位置确定航点，确定航磁测量飞行路径并发送至无人机。

进一步地，所述方法还包括：

获取无人机发送的航磁测量数据，生成航磁测量成果图；

将所述航磁测量成果图与所述三维实景模型叠加，供用户对照查看。

进一步地，生成初始航线包括：

根据飞行起点、终点和飞行高度，按照等离地高度生成初始航线。

进一步地，确定航磁测量飞行路径包括：

对初始航线根据预设初始密度进行等间距采样，得到初始航点集合；

将所述初始航线投影到所述数字高程模型，根据高程变化，增加或删除航点。

进一步地，确定航磁测量飞行路径还包括：

若所述初始航线经过标注位置，将所述标注位置纳入航点集合，提高所述航点高度，并根据无人机爬升角度要求和障碍物磁场干扰影响范围，确定开始爬升航点与开始下降航点，将所述开始爬升航点与开始下降航点加入航点集合。

进一步地，确定航磁测量飞行路径还包括：

计算每个航点所在位置的高程变化率，对于高程变化率超过第三设定阈值的航点，提升所述航点高度，并基于设定危险区域确定所述航点处的飞行路线。

进一步地，获取航磁测量数据后，还进行预处理：

获取无人机航迹，将无人机航迹坐标与航点坐标进行匹配，保留航点之间的航磁测量数据。

一个或多个实施例提供了一种基于倾斜摄影的无人机航磁测量***，包括：

模型重建模块，用于获取倾斜摄影数据，进行三维重建得到三维实景模型；

标注模块，用于根据所述三维实景模型生成数字高程模型并进行显示，接收与飞行安全相关的位置标注；

初始航线规划模块，用于获取无人机飞行起点、终点和飞行高度，根据所述数字高程模型生成初始航线；

航线优化模块，用于根据所述初始航线和高程变化率，结合标注位置确定航点，确定航磁测量飞行路径并发送至无人机。

一个或多个实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法。

一个或多个实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

基于倾斜摄影实现厘米级的高精度三维实景建模，从而指导无人机航磁测量航线的规划，提高了无人机航磁测量作业效率与安全性。

在进行航点的选择时，首先根据高程变化对均匀分布的初始航点进行增删，在变化率高的航点之间增加航点，在平坦的航点之间减少航点，从而实现了结合地形的航点密度自适应调整。

此外，在表示障碍物等具有安全隐患的标注位置，通过提高航点高度，增加开始爬升航点和开始下降航点，实现了障碍物的自动绕行，保证了无人机的飞行安全和稳定。

通过提高航点高度和设定危险区域实现无人机在高变化率航点的平滑飞行，无需进行大幅度减速或停机，一方面，保证了无人机的飞行安全和稳定，另一方面，节省了功耗。

所述三维实景模型除了指导无人机航磁测量航线的规划以外，在基于航磁测量数据成图之后，还用于与所述航磁测量成果图进行叠加，供用户对照查看，用户可以直观的查看磁异常与地形的对应关系，筛选出人造地物与人文干扰引起的假异常；此外，通过收集磁异常数据与地形对应关系，有助于后续实现基于人工智能的磁异常识别。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一个或多个实施例中基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法，包括以下步骤：

步骤1：获取倾斜摄影数据，进行三维重建得到三维实景模型。

所述步骤1具体包括：

步骤1.1：确定测区范围，设计无人机倾斜摄影航线，确定飞行参数，在测区内完成倾斜摄影工作，采集测区范围内倾斜摄影图像数据及对应的GPS信息；

步骤1.2：通过解算处理实景照片，生成测区厘米级三维实景模型；

步骤2：根据所述三维实景模型生成测区数字高程模型并进行显示，接收与飞行安全相关的位置标注。

所述步骤2具体包括：

步骤2.1：提取测区厘米级精度数字高程模型，并进行显示；具体地，在平面上创建方格，并根据三维实景模型的高度数据赋予每个方格对应的高度值，得到数字高程模型；

步骤2.2：接收用户针对可能影响无人机飞行安全的位置标注，例如标记影响飞行安全的障碍物。优选地，还针对障碍物的磁场干扰影响半径进行标注。

步骤3：获取无人机飞行起点、终端和飞行高度，根据所述数字高程模型生成初始航线。

本实施例中，根据预设的所述无人机飞行高度，按照等离地高度生成初始航线。

步骤4：根据所述初始航线和高程变化率，结合标注位置确定航点，得到航磁测量飞行路径并发送至无人机。

所述步骤4具体包括：

步骤4.1：对初始航线根据预设初始密度进行等间距采样，得到初始航点集合；

步骤4.2：将所述初始航线投影到所述数字高程模型，根据高程变化，增加或删除航点；

具体地，获取相邻初始航点之间的高程差，若所述高度差超过第一设定阈值，根据预设的高度差和采样密度映射关系，在所述相邻初始航点之间增加航点；若连续多个初始航点之间的高程差均小于第二设定阈值，删除其中一个或多个初始航点；重复该过程，直至相邻航点之间的高程差均在第一设定阈值和第二设定阈值之间。

步骤4.3：若所述初始航线经过标注位置，自动规划航线绕行。具体地，将所述标注位置纳入航点集合，提高所述航点高度，并根据无人机爬升角度要求和障碍物磁场干扰影响范围，确定开始爬升航点与开始下降航点，将所述开始爬升航点与开始下降航点加入航点集合。

步骤4.4：计算每个航点所在位置的高程变化率，对于高程变化率超过第三设定阈值的航点，提升所述航点高度，并基于设定危险区域确定所述航点处的飞行路线。

为保证无人机安全稳定的飞行，使得无人机不论在任何姿态下都不会发生碰撞，要保证无人机与地面或者障碍物之间存在安全距离，本实施例中为航点设定初始机动半径，以所述航点为圆心，所述初始机动半径为半径的球形区域即为危险区域。所述步骤4.4中，为保证无人机飞行的稳定性与安全性，将所述航点高度提升一个机动半径，同时，扩大所述航点的机动半径，即扩大危险区域的范围。

正常情况下，测量过程中，无人机在平坦地区匀速飞行，在高程变化率大的测点需要进行大幅度减速甚至停机进行测量，损耗较大，本实施例通过设定危险区域以及抬升飞行高度，使得无人机能够平滑飞过高程变化率大的航点，无需进行大幅度减速或者停机，保证了无人机飞行的稳定性与安全性。

步骤4.5：根据得到的航点集合、各航点相应的飞行高度和飞行路线，得到飞行路径并发送至无人机。

无人机根据接收到的飞行路径完成无人机航磁测量作业，采集航磁测量数据。

步骤5：获取无人机发送的航磁测量数据，生成航磁测量成果图。

步骤5.1：获取航磁测量数据和航迹，并进行预处理，剔除起飞、降落、拐弯与测区边界外的测量数据。

所述预处理包括：获取测区拐点坐标范围、磁日变数据、比例尺、坐标***、网格化参数、滤波器组合、色阶模型等参数，利用人机交互计算程序完成测线分割，去掉起飞、降落、拐弯与测区边界外的测量数据。具体地，将无人机航迹坐标与航点坐标进行匹配，删除第一个航点之前以及最后一个航点之后的数据，仅保留航点之间的航磁测量数据。

步骤5.2：依次进行坐标***转换、日变校正、正常场校正、ΔT磁异常网格化、化极、垂向1阶求导计算与水平1阶X、Y方向求导数计算处理，并生成无人机航磁测线分布图、ΔT磁异常剖面平面图、ΔT磁异常等值线平面图、ΔT化极磁异常等值线平面图、垂向1阶导数等值线平面图与水平1阶X、Y方向导数等值线平面图。本实施例中，将所述航磁测量数据转换至与三维实景模型相同的坐标系。

步骤5.3：接收用户关于磁异常识别和断裂构造的圈定。具体地，依据磁法数据解释原则与参照模型，进行初步测区磁异常圈定与断裂构造推断。

步骤6：将航磁测量成果图与三维实景模型叠加，供用户对照查看。

将圈出的磁异常与推断构造，与实景模型地物及地形地貌特征对应，筛选出人造地物与人文干扰引起的假异常，进行标注，剩余磁异常与地形地貌进行对应，结合地质资料进行推断解译，提高推断解译的效率与准确度。

实施例二

本实施例的目的是提供一种基于倾斜摄影的无人机航磁测量***，所述***包括：

模型重建模块，用于获取倾斜摄影数据，进行三维重建得到三维实景模型；

标注模块，用于根据所述三维实景模型生成数字高程模型并进行显示，接收与飞行安全相关的位置标注；

初始航线规划模块，用于获取无人机飞行起点、终点和飞行高度，根据所述数字高程模型生成初始航线；

航线优化模块，用于根据所述初始航线和高程变化率，结合标注位置确定航点，确定航磁测量飞行路径并发送至无人机。

实施例三

本实施例的目的是提供一种电子设备。

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如实施例一中所述的方法。

实施例四

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如实施例一中所述的方法。

以上实施例二至四中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

以上一个或多个实施例基于倾斜摄影进行厘米级的高精度三维实景建模，从而指导无人机航磁测量航线的规划，提高了无人机航磁测量作业效率与安全性。并且，在基于航磁测量数据成图之后，三维实景模型还用于与所述航磁测量成果图进行叠加，供用户对照查看，用户可以直观的查看磁异常与地形的对应关系，筛选出人造地物与人文干扰引起的假异常；此外，通过收集磁异常数据与地形对应关系，有助于后续实现基于人工智能的磁异常识别。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取倾斜摄影数据，进行三维重建得到三维实景模型；

根据所述三维实景模型生成数字高程模型并进行显示，接收与飞行安全相关的位置标注；还针对障碍物的磁场干扰影响半径进行标注；

获取无人机飞行起点、终点和飞行高度，根据所述数字高程模型生成初始航线；

根据所述初始航线和高程变化率，结合标注位置确定航点，确定航磁测量飞行路径并发送至无人机，具体的，确定航磁测量飞行路径包括：

对初始航线根据预设初始密度进行等间距采样，得到初始航点集合；

将所述初始航线投影到所述数字高程模型，根据高程变化，增加或删除航点；具体地，获取相邻初始航点之间的高程差，若所述高程差超过第一设定阈值，根据预设的高程差和采样密度映射关系，在所述相邻初始航点之间增加航点；若连续多个初始航点之间的高程差均小于第二设定阈值，删除其中一个或多个初始航点；重复该过程，直至相邻航点之间的高程差均在第一设定阈值和第二设定阈值之间；

确定航磁测量飞行路径还包括：若所述初始航线经过标注位置，将所述标注位置纳入航点集合，提高所述标注位置的航点高度，并根据无人机爬升角度要求和障碍物磁场干扰影响范围，确定开始爬升航点与开始下降航点，将所述开始爬升航点与开始下降航点加入航点集合；计算每个航点所在位置的高程变化率，对于高程变化率超过第三设定阈值的航点，提升所述航点高度，并基于设定危险区域确定所述航点处的飞行路线； 根据得到的航点集合、各航点相应的飞行高度和飞行路线，得到飞行路径并发送至无人机；

无人机根据接收到的飞行路径完成无人机航磁测量作业，采集航磁测量数据；

获取无人机发送的航磁测量数据，生成航磁测量成果图；将所述航磁测量成果图与所述三维实景模型叠加，供用户对照查看。

2.如权利要求1所述的基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法，其特征在于，生成初始航线包括：

根据飞行起点、终点和飞行高度，按照等离地高度生成初始航线。

3.如权利要求2所述的基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法，其特征在于，获取航磁测量数据后，还进行预处理：

获取无人机航迹，将无人机航迹坐标与航点坐标进行匹配，保留航点之间的航磁测量数据。

4.一种基于倾斜摄影的无人机航磁测量***，其特征在于，包括：

模型重建模块，用于获取倾斜摄影数据，进行三维重建得到三维实景模型；标注模块，用于根据所述三维实景模型生成数字高程模型并进行显示，接收与飞行安全相关的位置标注；还针对障碍物的磁场干扰影响半径进行标注；

初始航线规划模块，用于获取无人机飞行起点、终点和飞行高度，根据所述数字高程模型生成初始航线；

航线优化模块，用于根据所述初始航线和高程变化率，结合标注位置确定航点，确定航磁测量飞行路径并发送至无人机，具体的，确定航磁测量飞行路径包括：

对初始航线根据预设初始密度进行等间距采样，得到初始航点集合；

将所述初始航线投影到所述数字高程模型，根据高程变化，增加或删除航点；具体的，获取相邻初始航点之间的高程差，若所述高程差超过第一设定阈值，根据预设的高程差和采样密度映射关系，在所述相邻初始航点之间增加航点；若连续多个初始航点之间的高程差均小于第二设定阈值，删除其中一个或多个初始航点；重复该过程，直至相邻航点之间的高程差均在第一设定阈值和第二设定阈值之间；

确定航磁测量飞行路径还包括：若所述初始航线经过标注位置，将所述标注位置纳入航点集合，提高所述标注位置的航点高度，并根据无人机爬升角度要求和障碍物磁场干扰影响范围，确定开始爬升航点与开始下降航点，将所述开始爬升航点与开始下降航点加入航点集合；计算每个航点所在位置的高程变化率，对于高程变化率超过第三设定阈值的航点，提升所述航点高度，并基于设定危险区域确定所述航点处的飞行路线；根据得到的航点集合、各航点相应的飞行高度和飞行路线，得到飞行路径并发送至无人机；

无人机根据接收到的飞行路径完成无人机航磁测量作业，采集航磁测量数据；

获取无人机发送的航磁测量数据，生成航磁测量成果图；将所述航磁测量成果图与所述三维实景模型叠加，供用户对照查看。

5.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-3任一项所述基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，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1-3任一项所述基于倾斜摄影的无人机航磁测量方法。