基于精细三维地形的无人机变高航线方法、终端及系统技术方案

本发明专利技术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。

High altitude route method, terminal and system for UAV Based on fine 3D Terrain

The invention discloses an unmanned aerial vehicle (UAV) route method based on fine 3D terrain. The unmanned aerial vehicle is mounted on a camera based on the camera parameters, image overlap and route quality. The unmanned aerial vehicle (UAV) first flies according to the basic route, the camera takes the image, and extracts the fine 3D terrain from the photographed image. According to the elevation data and the height constraints of the UAV, the route data are calculated and filtered, and the route data are generated by the sequence point of the basic route. At the same time, the generated route data takes into account the terrain change and the constraint condition of height change. In accordance with the condition of high constraint, the terrain change can be achieved to achieve high flight. The resolution of the image on the camera is more consistent and the difficulty of the image matching is reduced.

【技术实现步骤摘要】
基于精细三维地形的无人机变高航线方法、终端及系统
本专利技术涉及无人机
，尤其涉及基于精细三维地形的无人机变高航线方法、终端及系统。
技术介绍
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。专利技术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。专利
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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、系统及存储介质。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术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。本专利技术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、等效像幅高Hs和焦距p；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；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；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。本专利技术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。本专利技术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％。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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，以实现权利要求1-7任一项所述的方法。本专利技术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系统，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；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；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。本专利技术的一个或多个实施例公开了非易失计算机可读存储介质，所述非暂态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。本专利技术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专利技术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专利技术的一些实施例，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为本专利技术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为耕本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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。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、等效像幅高Hs和焦距p；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；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；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.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴凌云，刘伟丰，
申请(专利权)人：深圳飞马机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44