CN105865422A - 一种无人机林火夜间定位方法 - Google Patents

Abstract

用搭载POS系统及数码相机的无人机进行夜间林火定位，机载POS系统可以直接记录某一时刻相机所摄影像的6个外方位元素，数码相机所摄影像的内方位元素为x₀、y₀、f；假设任一物方空间点A为火点，它的物方空间坐标为(X_A，Y_A，Z_A)，其对应像点a的像平面坐标为(x，y)，由共线条件方程得到解算火点A的空间坐标的方程组；由于当航空影像在空间的方位确定以后，利用像点a的位置，只能确定火点A的方向，因此若得到该点的高程，则可确定火点A的空间位置。利用方程组可确定A点的投影光线(X_A，Y_A)，并结合DEM数据的高程信息(Z_A)，运用迭带代求解的方法，可得到该火点A的空间坐标。

Description

一种无人机林火夜间定位方法

一、技术领域

该技术是运用摄影测量原理解算物点的坐标。

二、技术背景

当前国内外的森林火灾监测和定位方法多种多样，按照其部署方式可分为地面监测和航空监测。在航空监测领域，多利用气象卫星、极地卫星和遥感卫星相结合，进行大面积林火监测和定位。利用卫星监测林火的优势是覆盖面积大，1～2h就可以获取一次覆盖全国的资料，但受自身轨道周期和天气影响，资料的实时性和分辨率欠佳。而利用搭载探测设备的无人机在人迹罕至的林区进行巡查和定位也是重要的航空监测和定位手段。近年来，随着无人机技术的发展，搭载POS系统和影像传感器的无人机越来越多的应用于生产实践中。质量轻、体积小的微型无人机具有购置成本低、运行费用少、操作简便、机动灵活等特点，能够根据现场情况实时调整作业方案及载荷设备，非常适合用于森林火灾的监测定位作业。

三、发明内容

该发明公开了运用无人机进行夜间林火火点定位的技术。用搭载POS系统及数码相机的无人机进行夜间林火定位，机载POS系统可以直接记录某一时刻相机所摄影像的6个外方位元素，即摄影中心S在某一规定的物方空间坐标系中的位置X_s、Y_s、Z_s，以及影像面在摄影瞬间时的空中姿态角ψ、ω、κ；已知数码相机经过检校，其所摄影像的内方位元素为x₀、y₀、f；假设任一物方空间点A为火点，它的物方空间坐标为(X_A，Y_A，Z_A)，其对应像点a的像平面坐标为(x，y)，由共线条件方程得：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_A=X_s+(Z_A-Z_s)\frac{a_{1}x+a_{2}y-a_{3}f}{c_{1}x+c_{2}y-c_{3}f}\\ Y_A=Y_s+(Z_A-Z_s)\frac{b_{1}x+b_{2}y-b_{3}f}{c_{1}x+c_{2}y-c_{3}f}\end{array}\right.$

其中a₁，a₂，......，c₂，c₃为影像的三个姿态角ψ、ω、κ构成旋转矩阵的9个元素；

由于当航空影像在空间的方位确定以后，利用像点a的位置，只能确定火点A的方向，因此若得到该点的高程，则可确定火点A的空间位置。利用上式方程组可确定A点的投影光线(X_A，Y_A)，并结合DEM数据的高程信息(Z_A)，运用迭带代求解的方法，可得到该火点A的空间坐标。

四、附图说明：

图1为确定火点空间位置原理的示意图。A为火点，a为A在影像上的构像，即像点。S-xyz为像空间坐标系，S-XYZ为像空间辅助坐标系，o-xy为像平面坐标系，D-X_tY_tZ_t为物方空间坐标系。

图2为用DEM数据迭代求解的过程图。先给定初值，令Z_A＝Z₀，代入共线条件方程中，得到一组关于X_A和Y_A的解，再结合DEM数据的高程信息，得到新值Z₁，依次循环迭代，直到解出火点A的空间坐标(X_A，Y_A，Z_A)。

五、具体实施方式：

1、用机载POS系统记录某一时刻相机所摄影像的6个外方位元素：X_s、Y_s、Z_s、ψ、ω、κ；

2、确定机载数码相机所摄影像的内方位元素为x₀、y₀、f；

3、根据共线条件方程解算得到火点的方向；

4、利用DEM数据，进行迭代求解，得到火点的空间坐标。

Claims (1)

1.一种无人机林火夜间定位方法，其特征是：用搭载POS系统及数码相机的无人机进行夜间林火定位，机载POS系统可以直接记录某一时刻相机所摄影像的6个外方位元素，即摄影中心S在某一规定的物方空间坐标系中的位置X_s、Y_s、Z_s，以及影像面在摄影瞬间时的空中姿态角ψ、ω、κ；已知数码相机经过检校，其所摄影像的内方位元素为x₀、y₀、f；假设任一物方空间点A为火点，它的物方空间坐标为(X_A，Y_A，Z_A)，其对应像点a的像平面坐标为(x，y)，由共线条件方程得：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_A=X_s+(Z_A-Z_s)\frac{a_{1}x+a_{2}y-a_{3}f}{c_{1}x+c_{2}y-c_{3}f}\\ Y_A=Y_s+(Z_A-Z_s)\frac{a_{1}x+a_{2}y-a_{3}f}{c_{1}x+c_{2}y-c_{3}f}\end{array}\right.$

其中a₁，a₂，......，c₂，c₃为影像的三个姿态角ψ、ω、κ构成旋转矩阵的9个元素；

由于当航空影像在空间的方位确定以后，利用像点a的位置，只能确定火点A的方向，因此若得到该点的高程，则可确定火点A的空间位置。利用上式方程组可确定A点的投影光线(X_A，Y_A)，并结合DEM数据的高程信息(Z_A)，运用迭带代求解的方法，可得到该火点A的空间坐标。