基于无人机技术快速精准采集低空遥感影像的方法技术

本发明专利技术属于无人机航摄采集技术领域，具体涉及一种基于无人机技术快速精准采集低空遥感影像的方法，无人机飞行到一定高度，相机垂直朝向地面，相机的成像范围将目标区域完全覆盖，即采集区域范围；通过无人机飞飞行高度与相机广角计算出成像范围的宽度，在通过相机宽长比计算出成像范围的长度；根据无人机当前的GPS定位点的经纬度计算出成像范围四个顶点的经纬度，确定目标区域；根据目标区域规划无人机的任务航线，无人机按照任务航线飞行完成航摄任务。本发明专利技术主要用于解决无人机航空摄影活动中，无可用卫星遥感影像数据或卫星遥感影像数据无效的情况下，如何快速地、准确地、自动化地完成目标区域的航线规划，并一体化的自动采集正射影像问题。

【技术实现步骤摘要】
基于无人机技术快速精准采集低空遥感影像的方法
本专利技术属于无人机航摄采集
，具体设计一种基于无人机技术快速精准采集低空遥感影像的方法。
技术介绍
目前无人机航空摄影技术在测绘勘探、国土资源、电力巡检、精准农业等行业广泛应用。要进行无人机航摄采集应该包括无人机系统、APP飞控系统、中央图像处理系统、地图图层服务系统、流媒体服务系统、影像存储系统。其中的APP飞控系统则是重点，常见APP飞控系统一般包括：任务管理模块，用于航摄任务的远程同步，航摄任务创建、保存、加载等管理操作。通过航线设置功能，生成详细的飞行航线，包括航线、航路点、相机自动拍摄频率、影像格式、影像宽长比等等。任务设置是保证影像采集质量的关键环节，具体包括：采集区生成功能，用于采集区范围的确定。航摄参数设置功能，根据不同采集需求和经验值，系统预设相应的航摄参数；同时提供调整入口。设置的参数包括：航线重叠率、旁向重叠率、航高/GSD、相机倾角、飞行速度、照片格式等等。航线生成功能，根据采集区域几何轮廓和航摄参数，经系统的航线算法自动生成航路点，并同步在地图上可视化渲染，保证测区被完整覆盖在航点航线之下；任务执行模块，用于航线任务设置完成后，执行该次任务；地图管理模块，用于提供了测区范围选择的地图依据，包括自行采集的低空遥感影像，由远程地图图层服务系统提供。所述远程服务，为APP飞控系统提供参数数据服务、空间数据服务、影像处理服务、流媒体服务和影像存储管理服务等。其中，参数数据包括航摄任务数据、飞行参数数据、飞行轨迹数据等；媒体数据包括原始影像、正射影像、飞行视频数据等等；空间数据包括测区矢量图层、测区低空遥感影像图层数据、三维模型数据等等。无人机制造厂商提供了基础功能的移动APP，用于小场景，低精度的影像采集。基于无人机厂商提供的通用技术解决方案，绝大多数企业的研发成果无法达到工业生产水准，也无法适应外业实地多变的作业环境。比如，在偏远山区，无有效的卫星遥感影像和矢量地图。面对此类无可参考的地理信息数据问题，如何完成目标区域（测区）的选定和航线规划就是一个急需解决的问题。业内完成无人机航空摄影工作，通常需要经过目标区域（测区）选定、航线规划、空域申请和执行航飞任务等几个关键步骤。通过长期以来的无人机航空摄影工作，我们发现在水利、电力、测绘、农业等行业中，航空摄影技术和地理信息技术深度结合时，一直存在以下几个客观问题：1、大比例尺的卫星遥感影像定位测区误差大，高精度、高时效的卫星影像获取成本高；2、城市郊区、农村、山区等卫星遥感影像缺失，人工采集周期长、危险性大、经济成本高；3、无人机能源续航有限，单次航飞无法大面积作业；4、自由飞行模式下，驾驶员容易出现驾驶疲劳、遗漏和重复采集、飞行器姿态失控等问题。现有无人机飞控APP的测区选定方法，所依赖卫星遥感影像和商业化的矢量地图，在精度和时效性上，均无法满足实际的生产要求，仍需预先投入大量人力，对目标区域进行勘测。在倾斜摄影方面，市面上无人机飞控APP采用的是：单镜头五视角，多航线切换法。但是，多航线切换所带来的问题仍未解决：1、结合不同视角设计的多航线间“起-终”点空间隔离；2、多航线切换前，未计算无人机巡航至下一航线起始点的最佳巡航路径；3、多航线切换后，无人机巡航过程中“空载”。上述问题，直接导致无人机设备利用率不高，增加无人机使用成本，增加人力成本，增加坠机风险，降低采集效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于无人机技术快速精准采集低空遥感影像的方法，主要用于解决无人机航空摄影活动中，无可用卫星遥感影像数据或卫星遥感影像数据无效的情况下，如何快速地、准确地、自动化地完成目标区域的航线规划，并一体化的自动采集正射影像问题。有效保障航摄外业作业顺利完成。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于无人机技术快速精准采集低空遥感影像的方法，其特征在于。无人机飞行到一定高度，相机垂直朝向地面，相机的成像范围将目标区域完全覆盖，即采集区域范围；通过无人机飞飞行高度与相机广角计算出成像范围的宽度，在通过相机宽长比计算出成像范围的长度；根据无人机当前的GPS定位点的经纬度计算出成像范围四个顶点的经纬度，确定目标区域；根据目标区域规划无人机的任务航线，无人机按照任务航线飞行完成航摄任务。进一步地，调整无人机飞行姿态，使得所述成像范围形成目标区域的最小外接矩形，即所述相机位于最小外接矩形的中心。进一步地，当无人机的飞行高度为h时，无人机的相机广角为fov时，由此可以得出成像范围的宽度W，；成像范围的长度H，H=RW，其中R为相机的宽长比。进一步地，所述根据无人机当前的GPS定位点的经纬度计算出成像范围四个顶点的经纬度，确定目标区域，具体包括：（1）以相机为原点，正北方向为y轴，正东方向为x轴，构成平面的坐标系；（2）计算相机到成像范围四个顶点的距离d，四个顶点左上、右上、右下和左下分别为定位点1、定位点2、定位点3和定位点4，；（3）其中定位点2的相位角α为：，则定位点1的相位角为α+270°，定位点3的相位角为α+90°，定位点4的相位角为α+180°；（4）已知当前GPS定位点点1的经纬度long1，lat1，GPS定位点点1到定位点2的平移距离分别为d*sinα，d*cosα；定位点2的经纬度long2，lat2，其中，ARC为赤道圆的半径；再根据上述方法计算，可以获取定位点1、定位点3和定位点4的经纬度。进一步地，根据任务需求计算在目标区域的任务航线：根据旁向重叠率计算任务航线的总行数，假设旁向重叠率为A，已知相机成像范围的宽度W、长度H，旁向间隔=（1-A）*W，则总行数=W/旁向间隔+1条；假设航向重叠率为B，航向间隔=（1-B）*H，假设无人机的飞行速度为V，无人机的拍摄时间间隔=航向间隔/V。进一步地，所述无人机的任务航线为弓形航线。进一步地，所述航向重叠率为53%~90%，旁向重叠率为30%~90%。进一步地，所述无人机为单镜头相机，模拟五镜头采集，在任务航线的一行航线上来回飞行五遍，通过调整相机镜头的朝下及角度实现同一行航线上五个方向的拍摄。进一步地，同一行航线上五个方向的拍摄分别为：第一遍，飞行方向正东，机头朝向正东，镜头90度向下；第二遍，飞行方向正西，机头朝向正北，镜头60度向下；第三遍，飞行方向正东，机头朝向正西，镜头60度向下；第四遍，飞行方向正西，机头朝向正南，镜头60度向下；第五遍，飞行方向正东，机头朝向正东，镜头60度向下。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1.本专利技术可以在无可用卫星遥感影像数据或卫星遥感影像数据无效的情况下，快速地、准确地、自动化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人机技术快速精准采集低空遥感影像的方法，其特征在于：/n无人机飞行到一定高度，相机垂直朝向地面，相机的成像范围将目标区域完全覆盖，即采集区域范围；/n通过无人机飞飞行高度与相机广角计算出成像范围的宽度，在通过相机宽长比计算出成像范围的长度；/n根据无人机当前的GPS定位点的经纬度计算出成像范围四个顶点的经纬度，确定目标区域；/n根据目标区域规划无人机的任务航线，无人机按照任务航线飞行完成航摄任务。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机技术快速精准采集低空遥感影像的方法，其特征在于：
无人机飞行到一定高度，相机垂直朝向地面，相机的成像范围将目标区域完全覆盖，即采集区域范围；
通过无人机飞飞行高度与相机广角计算出成像范围的宽度，在通过相机宽长比计算出成像范围的长度；
根据无人机当前的GPS定位点的经纬度计算出成像范围四个顶点的经纬度，确定目标区域；
根据目标区域规划无人机的任务航线，无人机按照任务航线飞行完成航摄任务。


2.根据权利要求1所述的基于无人机技术快速精准采集低空遥感影像的方法，其特征在于：调整无人机飞行姿态，使得所述成像范围形成目标区域的最小外接矩形，即所述相机位于最小外接矩形的中心。


3.根据权利要求1所述的基于无人机技术快速精准采集低空遥感影像的方法，其特征在于：当无人机的飞行高度为h时，无人机的相机广角为fov时，由此可以得出成像范围的宽度W，

，
成像范围的长度H，
H=RW，其中R为相机的宽长比。


4.根据权利要求3所述的基于无人机技术快速精准采集低空遥感影像的方法，其特征在于：所述根据无人机当前的GPS定位点的经纬度计算出成像范围四个顶点的经纬度，确定目标区域，具体包括：
（1）以相机为原点，正北方向为y轴，正东方向为x轴，构成平面的坐标系；
（2）计算相机到成像范围四个顶点的距离d，四个顶点左上、右上、右下和左下分别为定位点1、定位点2、定位点3和定位点4，

；
（3）其中定位点2的相位角α为：

，
则定位点1的相位角为α+270°，定位点3的相位角为α+90°，定位点4的相位角为α+180°；
（4）已知当前GPS定位点点1的经纬度long1，lat1，GPS定位点点1到定位点2的平移距离分别为d*sinα，...

【专利技术属性】
技术研发人员：余诗凡，张云涛，左壮，
申请(专利权)人：湖北无垠智探科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42