CN105427377A - 一种基于无人机的地质灾害数据采集处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于无人机的地质灾害数据采集处理方法及装置，通过对无人机采集的遥感影像数据进行影像高精度畸变校正处理，并对遥感影像数据优化预处理；利用精度符合要求的控制点对遥感影像数据进行空三加密，获取每张遥感影像数据的外方位元素，进而得到正射影像数据、DEM数据并进行建立地质灾害防治业务模型；从而实现无人机影像、DEM数据采集的自动化、流程化；攻克了无人机影像数据与DEM数据处理的技术难点，形成数据标准化绘制流程，增加了实效性，便于推广应用；且通过本方法及装置获取的各项数据信息与地质灾害防治业务应用系统对数据的要求保持一致，从而简化地质灾害调查、应急过程中的数据进入流程，及时高效。

Description

一种基于无人机的地质灾害数据采集处理方法及装置

技术领域

本发明涉及地质灾害调查、监测、勘察设计和应急处理的技术领域，具体涉及一种基于无人机的地质灾害数据采集处理方法及装置。

背景技术

近年来，地质灾区环境条件急剧恶化，加之局地强降雨和各类极端气候频繁出现，以及人类工程活动(爆破、开挖、堆载、切坡等)影响深度和广度的不断加剧，诱发产生新的地质灾害的可能性和频率增大，防治工作形势严峻、任务艰巨。长期以来地质灾害调查、监测、勘察设计及应急领域所用到的基础影像、DEM数据通常是通过传统测绘方法，经过专业的采集和处理设备得到。从原始数据获取到预期产品生成要经过大量的软硬件系统和技术人员的通力配合，包括数据接收装置、交换设备、存储设备；采集系统、处理系统、输出系统；影像判读人员、GIS数据处理人员、图像绘制人员等，其中数据处理系统又包括专业绘图软件(如PHOTOSHOP)、遥感影像处理软件(如ERDAS/ENVI)和GIS数据处理软件(如ARCMAP)，如此，使得应对突发紧急的地质灾害情况无法及时作出相应的灾害应急预案，耽误了最佳救灾时间，为此，亟需提供能够一种能够对无人机影像、DEM数据自动采集和处理，并形成数据标准化绘制流程的地质灾害数据采集处理方法及装置。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够对无人机影像、DEM数据自动采集和处理，并形成数据标准化绘制流程的地质灾害数据采集处理方法及装置。

一种基于无人机的地质灾害数据采集处理方法，所述基于无人机的地质灾害数据采集处理方法包括如下步骤：

S1、通过无人机采集地质灾害现场的遥感影像数据；

S2、下载无人机采集的遥感影像数据，对遥感影像数据进行影像畸变校正处理，并进行数据优化预处理；

S3、利用外业采集得到的精度符合要求的控制点对遥感影像数据进行空三加密，获取每张遥感影像数据的外方位元素，进而得到正射影像数据、DEM数据并进行建立地质灾害防治业务模型；

S4、根据正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型进行预警分析或灾情评估，制作应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。

一种基于无人机的地质灾害数据采集处理装置，所述数据采集处理装置包括无人机平台、数据预处理系统、建模系统以及应用系统；

所述无人机平台用于通过无人机采集地质灾害现场的遥感影像数据；

所述数据预处理系统用于下载无人机采集的遥感影像数据，对遥感影像数据进行影像畸变校正处理，并进行数据优化预处理；

所述建模系统用于利用外业采集得到的精度符合要求的控制点对遥感影像数据进行空三加密，获取每张遥感影像数据的外方位元素，进而得到正射影像数据、DEM数据并进行建立地质灾害防治业务模型；

所述应用系统用于根据正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型进行预警分析或灾情评估，制作应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。

本发明提供一种基于无人机的地质灾害数据采集处理方法及装置，实现了无人机影像、DEM数据采集的自动化、流程化；攻克了无人机影像数据与DEM数据处理的技术难点，形成数据标准化绘制流程，增加了实效性，便于推广应用；且通过本方案装置获取的DEM数据、正射影像数据的数据格式、参考坐标系、参考高程系等信息与地质灾害防治业务应用系统对数据的要求保持一致，无需进行数据校正、坐标系及高程系转换等操作，从而实现了二者的无缝集成，简化地质灾害调查、应急过程中的数据进入流程，及时高效。

附图说明

图1是本发明所述基于无人机的地质灾害数据采集处理方法的流程图；

图2是图1中步骤S1的子流程图；

图3是图1中步骤S2的子流程图；

图4为图1中步骤S2的工作流程示意图；

图5是图1中步骤S3的子流程图；

图6是图1中步骤S4的子流程图；

图7是本发明所述基于无人机的地质灾害数据采集处理装置的结构框图；

图8是图7中无人机平台的子结构框图；

图9是图7中数据预处理系统的子结构框图；

图10是图7中建模系统的子结构框图；

图11是图7中应用系统的子结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于无人机的地质灾害数据采集处理方法，所述基于无人机的地质灾害数据采集处理方法包括如下步骤：

S1、通过无人机采集地质灾害现场的遥感影像数据；

S2、下载无人机采集的遥感影像数据，对搭载在低空无人机平台上的非量测相机拍摄的遥感影像数据进行影像高精度畸变校正处理，并对遥感影像数据优化预处理；

S3、利用外业采集得到的精度符合要求的控制点对遥感影像数据进行空三加密，获取每张遥感影像数据的外方位元素，进而得到正射影像数据、DEM数据并进行建立地质灾害防治业务模型；

S4、根据正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型进行预警分析或灾情评估，制作应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。

具体的，在灾情、险情发生时或发生后，收集灾区已有地质地理数据，确定无人机的飞行任务，及时到达灾害现场远距离或者近距离的勘查，设计飞行航线并上传到无人机控制板，起飞后无人机自动飞行获取数据，并按照规划的航线返回地面，用户下载数据导入到数据处理系统。

数据处理系统在无人工干预或少量人工干预情况下完成数据处理和三维建模，首先对相机畸变进行校正，然后对数据进行预处理，通过区域网平差解算得到飞行区域的正射影像数据、DEM数据，以此为基础进行灾区实时三维环境建模。

在三维虚拟环境中，在正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型的支持下，集成地质灾害防治业务应用系统。通过地质灾害防治业务应用系统中的三维解译、预警分析、决策支持、应急指挥等一系列业务应用子系统，进行灾区地质灾害三维遥感解译，实现地质灾害的应急调查；再结合应用系统中地质灾害数据中心内相应区域的地质环境信息和其他辅助数据，进行预警分析或灾情评估，制作科学合理的应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。

其中，无人机采集的数据包括坐标信息、地质平面图、钻孔数据、实测剖面图、地球物理解释数据、遥感数据、地形图、数字高程模型DEM数据以及地质环境信息和其他辅助数据等。

其中，如图2所示，步骤S1包括以下分步骤：

S11、在灾情、险情发生时或发生后，收集灾区已有地质地理数据，确定无人机的飞行任务；

S12、根据对灾害现场远距离或者近距离的勘查，设计飞行航线；

S13、运行无人机，在无人机飞行中对灾害现场进行遥感影像数据的采集；

S14、收集无人机采集的遥感影像数据，并对遥感影像数据进行存储。

同时，还能无线传送无人机和遥感设备的状态参数，实时显示飞机姿态、高程、速度、航向、方位、距离及机上电源的测量，从而对无人机进行实时掌控，根据各种环境因素和突发因素对无人机的航线及飞行状态进行及时修改，避免无人机发生损坏和未能采集足够的信息数据。

其中，如图3所示，所述步骤S2包括以下分步骤：

S21、对全色影像数据进行边缘增强处理和调色处理，明确区分全色影像中不同的地物类型及其各自的色彩特征和覆盖范围。

S22、对全色影像数据与DRG/DOM/GPS控制点进行控制点选取操作，并对获取的结果进行误差检验。如果误差在要求范围之内，即可建立校正模型；如果误差超过要求范围，需重新进行控制点选取操作，直到获取符合误差要求的校正模型为止。

S23、对无人机获取的多光谱图像数据行边缘增强处理和调色处理，明确区分多光谱图像数据中不同的地物类型及其各自的色彩特征和覆盖范围。

S24、为多光谱图像数据选取合适的校正模型进行图像配准。使多光谱图像数据获取地理坐标信息，保证多光谱图像数据中的地物与现实中地物的地理坐标保持一致。

S25、对图像配准结果进行误差检验。如果误差在要求范围之内，即可获得预处理数据；如果误差超过要求范围，需重新进行图像配准，直到获取符合误差要求的数据为止。

具体的，图4为影像数据预处理的工作流程示意图。由于无人机获取的遥感影像数据，一方面其自身可包含地物的坐标信息、遥感影像数据的高程信息等信息；另一方面可获得包含坐标信息、高程信息等其他文件的支持。如果遥感影像数据包含坐标信息、高程信息等信息，则数据处理过程无需进行人工干预；如果遥感影像数据不包含该部分信息，则数据处理过程中需人工将该部分信息导入到数据处理系统中。

数据处理系统首先需要对相机畸变进行校正，然后才能够对数据进行预处理。其中，数据的预处理包括坐标转换、数据参数优化等。数据进行预处理之前，需人工设定目标数据的坐标系、高程系，数据优化参数等参数信息。数据进行预处理开始后，装置根据预设参数自动完成数据的预处理过程。业务人员可根据数据预处理的结果，调整预处理参数信息，以获取满意的数据预处理效果。

其中，如图5所示，所述步骤S3包括以下分步骤：

S31、根据高度信息与目标区域的高程坐标系信息计算得到目标区域及其包含地物的高程信息，进而获得目标区域及包含地物的DEM数据；

S32、对影像数据进行匀色、镶嵌分幅处理并设定数据的处理参数，根据设定数据的处理参数生成正射影像数据；

S33、利用DEM数据与正射影像数据构建目标区域的海量数据三维建模。

数据预处理及建模过程中，对数据进行空中三角测量解析，通过遥感影像中地物点的坐标信息可计算出地物在地表的覆盖范围，通过遥感影像数据的高程数据可计算出地物的高程信息。最终的数据效果可在三维环境中体现出来。

具体的，通过区域网平差解算得到飞行区域的DOM和DEM数据，所述DEM数据获取过程如下：

根据无人机遥感影像数据包含或由其他文件提供的高程信息，同时结合目标区域的高程坐标系信息，可计算目标区域及其包含地物的高程信息，进而获得目前区域及包含地物的DEM数据。与传统的DEM获取方法相比，无需进行人工实地勘察测量，大大提高工作效率，减少人力及物资损耗。

DOM(正射影像)数据获取过程如下：

设定数据的分辨率大小、噪声的滤波方法、纹理参数、数据格式等处理参数，并对影像数据进行匀色、镶嵌分幅处理，从而生成正射影像数据。正射影像数据生成过程，除设定参数外，无需人工干预，实现了数据生产的自动化，提高了数据生产的效率。

数据处理系统利用DEM数据与正射影像数据，构建目标区域的海量数据三维建模。

其中，如图6所示，步骤S4包括以下分步骤：

S41、在三维虚拟环境中，根据正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型集成地质灾害防治业务应用系统。

S42、根据地质灾害防治业务应用系统中的业务应用子系统进行灾区地质灾害三维遥感解译，实现地质灾害的应急调查；

S43、结合地质灾害防治业务应用系统中的环境信息数据，进行预警分析或灾情评估，制作应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。

基于上述基于无人机的地质灾害数据采集处理方法，本发明还提供一种基于无人机的地质灾害数据采集处理装置，如图7所示，所述数据采集处理装置包括无人机平台10、数据预处理系统20、建模系统30以及应用系统40；

所述无人机平台10用于通过无人机采集地质灾害现场的遥感影像数据；

所述数据预处理系统20用于下载无人机采集的遥感影像数据，对搭载在低空无人机平台上的非量测相机拍摄的遥感影像数据进行影像高精度畸变校正处理，并对遥感影像数据进行数据优化预处理；

所述建模系统30用于利用外业采集得到的精度符合要求的控制点对遥感影像数据进行空三加密，获取每张遥感影像数据的外方位元素，进而得到正射影像数据、DEM数据并进行建立地质灾害防治业务模型；

所述应用系统40用于根据正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型进行预警分析或灾情评估，制作应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。

其中，如图8所示，所述无人机平台10包括以下功能模块：

任务制定模块11，用于在灾情、险情发生时或发生后，收集灾区已有地质地理数据，确定无人机的飞行任务；

航线设计模块12，用于根据对灾害现场远距离或者近距离的勘查，设计飞行航线；

任务执行模块13，用于运行无人机，在无人机飞行中对灾害现场进行遥感影像数据的采集；

数据存储模块14，用于收集无人机采集的遥感影像数据，并对遥感影像数据进行存储。

其中，如图9所示，所述数据预处理系统20包括以下功能模块：

全色影像处理模块21，用于对全色影像数据进行边缘增强处理和调色处理，明确区分全色影像中不同的地物类型及其各自的色彩特征和覆盖范围。

一次误差检验模块22，用于对全色影像数据与DRG/DOM/GPS控制点进行控制点选取操作，并对获取的结果进行误差检验。

多光谱图像处理模块23，用于对无人机获取的多光谱图像数据行边缘增强处理和调色处理，明确区分多光谱图像数据中不同的地物类型及其各自的色彩特征和覆盖范围。

图像配准模块24，用于为多光谱图像数据选取合适的校正模型进行图像配准。

二次误差检验模块25，用于对图像配准结果进行误差检验。

其中，如图10所示，所述建模系统30包括以下功能模块：

DEM数据获取模块31，用于根据高度信息与目标区域的高程坐标系信息计算得到目标区域及其包含地物的高程信息，进而获得目标区域及包含地物的DEM数据；

正射影像数据生成模块32，用于对影像数据进行匀色、镶嵌分幅处理并设定数据的处理参数，根据设定数据的处理参数生成正射影像数据；

三维建模模块33，用于利用DEM数据与正射影像数据构建目标区域的海量数据三维建模。

其中，如图11所示，所述应用系统40包括以下功能模块：

系统集成模块41，用于在三维虚拟环境中，根据正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型集成地质灾害防治业务应用系统。

应急调查模块42，用于根据地质灾害防治业务应用系统中的业务应用子系统进行灾区地质灾害三维遥感解译，实现地质灾害的应急调查；

预案制作模块43，用于结合地质灾害防治业务应用系统中的环境信息数据，进行预警分析或灾情评估，制作应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。

本发明提供一种基于无人机的地质灾害数据采集处理方法及装置，通过无人机采集地质灾害现场的遥感影像数据；无人机采集的遥感影像数据进行影像高精度畸变校正处理，并对遥感影像数据优化预处理；利用精度符合要求的控制点对遥感影像数据进行空三加密，获取每张遥感影像数据的外方位元素，进而得到正射影像数据、DEM数据并进行建立地质灾害防治业务模型；最后根据正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型进行预警分析或灾情评估，制作应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。从而实现无人机影像、DEM数据采集的自动化、流程化；攻克了无人机影像数据与DEM数据处理的技术难点，形成数据标准化绘制流程，增加了实效性，便于推广应用；且通过本方案装置获取的DEM数据、正射影像数据的数据格式、参考坐标系、参考高程系等信息与地质灾害防治业务应用系统对数据的要求保持一致，无需进行数据校正、坐标系及高程系转换等操作，从而实现了二者的无缝集成，简化地质灾害调查、应急过程中的数据进入流程，及时高效。

以上装置实施例与方法实施例是一一对应的，装置实施例简略之处，参见方法实施例即可。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能性一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应超过本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机储存器、内存、只读存储器、电可编程ROM、电可檫除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种基于无人机的地质灾害数据采集处理方法，其特征在于，所述基于无人机的地质灾害数据采集处理方法包括如下步骤：

S1、通过无人机采集地质灾害现场的遥感影像数据；

S2、下载无人机采集的遥感影像数据，对遥感影像数据进行影像畸变校正处理，并进行数据优化预处理；

S3、利用外业采集得到的精度符合要求的控制点对遥感影像数据进行空三加密，获取每张遥感影像数据的外方位元素，进而得到正射影像数据、DEM数据并进行建立地质灾害防治业务模型；

S4、根据正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型进行预警分析或灾情评估，制作应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。

2.根据权利要求1所述基于无人机的地质灾害数据采集处理方法，其特征在于，步骤S1包括以下分步骤：

S11、在灾情、险情发生时或发生后，收集灾区已有地质地理数据，确定无人机的飞行任务；

S12、根据对灾害现场远距离或者近距离的勘查，设计飞行航线；

S13、运行无人机，在无人机飞行中对灾害现场进行遥感影像数据的采集；

S14、收集无人机采集的遥感影像数据，并对遥感影像数据进行存储。

3.根据权利要求1所述基于无人机的地质灾害数据采集处理方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：

S21、对全色影像数据进行边缘增强处理和调色处理，明确区分全色影像中不同的地物类型及其各自的色彩特征和覆盖范围；

S22、对全色影像数据与DRG/DOM/GPS控制点进行控制点选取操作，并对获取的结果进行误差检验；

S23、对无人机获取的多光谱图像数据行边缘增强处理和调色处理，明确区分多光谱图像数据中不同的地物类型及其各自的色彩特征和覆盖范围；

S24、为多光谱图像数据选取合适的校正模型进行图像配准；

S25、对图像配准结果进行误差检验。

4.根据权利要求1所述基于无人机的地质灾害数据采集处理方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下分步骤：

S31、根据高度信息与目标区域的高程坐标系信息计算得到目标区域及其包含地物的高程信息，进而获得目标区域及包含地物的DEM数据；

S32、对影像数据进行匀色、镶嵌分幅处理并设定数据的处理参数，根据设定数据的处理参数生成正射影像数据；

S33、利用DEM数据与正射影像数据构建目标区域的海量数据三维建模。

5.根据权利要求1所述基于无人机的地质灾害数据采集处理方法，其特征在于，步骤S4包括以下分步骤：

S41、在三维虚拟环境中，根据正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型集成地质灾害防治业务应用系统；

S42、根据地质灾害防治业务应用系统中的业务应用子系统进行灾区地质灾害三维遥感解译，实现地质灾害的应急调查；

S43、结合地质灾害防治业务应用系统中的环境信息数据，进行预警分析或灾情评估，制作应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。

6.一种基于无人机的地质灾害数据采集处理装置，其特征在于，所述数据采集处理装置包括无人机平台、数据预处理系统、建模系统以及应用系统；

所述无人机平台用于通过无人机采集地质灾害现场的遥感影像数据；

所述数据预处理系统用于下载无人机采集的遥感影像数据，对遥感影像数据进行影像畸变校正处理，并进行数据优化预处理；

所述建模系统用于利用外业采集得到的精度符合要求的控制点对遥感影像数据进行空三加密，获取每张遥感影像数据的外方位元素，进而得到正射影像数据、DEM数据并进行建立地质灾害防治业务模型；

所述应用系统用于根据正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型进行预警分析或灾情评估，制作应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。

7.根据权利要求6所述基于无人机的地质灾害数据采集处理装置，其特征在于，所述无人机平台包括以下功能模块：

任务制定模块，用于在灾情、险情发生时或发生后，收集灾区已有地质地理数据，确定无人机的飞行任务；

航线设计模块，用于根据对灾害现场远距离或者近距离的勘查，设计飞行航线；

任务执行模块，用于运行无人机，在无人机飞行中对灾害现场进行遥感影像数据采集；

数据存储模块，用于收集无人机采集的遥感影像数据，并对遥感影像数据进行存储。

8.根据权利要求6所述基于无人机的地质灾害数据采集处理装置，其特征在于，所述数据预处理系统包括以下功能模块：

全色影像处理模块，用于对全色影像数据进行边缘增强处理和调色处理，明确区分全色影像中不同的地物类型及其各自的色彩特征和覆盖范围；

一次误差检验模块，用于对全色影像数据与DRG/DOM/GPS控制点进行控制点选取操作，并对获取的结果进行误差检验；

多光谱图像处理模块，用于对无人机获取的多光谱图像数据行边缘增强处理和调色处理，明确区分多光谱图像数据中不同的地物类型及其各自的色彩特征和覆盖范围；

图像配准模块，用于为多光谱图像数据选取合适的校正模型进行图像配准；

二次误差检验模块，用于对图像配准结果进行误差检验。

9.根据权利要求6所述基于无人机的地质灾害数据采集处理装置，其特征在于，所述建模系统包括以下功能模块：

DEM数据获取模块，用于根据高度信息与目标区域的高程坐标系信息计算得到目标区域及其包含地物的高程信息，进而获得目标区域及包含地物的DEM数据；

正射影像数据生成模块，用于对影像数据进行匀色、镶嵌分幅处理并设定数据的处理参数，根据设定数据的处理参数生成正射影像数据；

三维建模模块，用于利用DEM数据与正射影像数据构建目标区域的海量数据三维建模。

10.根据权利要求6所述基于无人机的地质灾害数据采集处理装置，其特征在于，所述应用系统包括以下功能模块：

系统集成模块，用于在三维虚拟环境中，根据正射影像数据、DEM数据和地质灾害防治业务模型集成地质灾害防治业务应用系统；

应急调查模块，用于根据地质灾害防治业务应用系统中的业务应用子系统进行灾区地质灾害三维遥感解译，实现地质灾害的应急调查；

预案制作模块，用于结合地质灾害防治业务应用系统中的环境信息数据，进行预警分析或灾情评估，制作应急电子预案进行地质灾害的应急指挥，指导地质灾害救灾减灾工作。