CN107806860A - 一种无人机航测拍照精确空间位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无人机航测拍照精确空间位置的方法，包括如下步骤：将预设的规划飞行路线导入至无人机；在航测区已知点架设PPK基站，连续采集无人机航测期间的基站原始数据；连接无人机上的GNSS板卡与PPK基站中照相机的闪光灯信号，测试中断正常后进行航测飞行；航飞结束后，将PPK基站、无人机移动站原始数据、保存触发时间文件全部导出至处理软件进行解算，以计算并导出出发时刻的空间坐标，将坐标和无人机拍摄的照片一起导入到空间三角测量软件中以得到航测正射影像图。本发明利用高精度GNSS板卡系统的事件中断机制获取航拍照相机拍照瞬间的精确时间；另外，通过基于PPK技术和拉格朗日内插算法解算拍照瞬间无人机精确空间位置。

Description

一种无人机航测拍照精确空间位置的方法
技术领域
本发明涉及GNSS接收机测量领域，具体涉及到一种无人机航测拍照精确空间位置的方法。
背景技术
无人机航测是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势，随着无人机与数码相机技术的发展，基于无人机平台的高精度航摄技术已显示出其独特的优势，无人机与航空摄影测量相结合使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向，无人机航拍可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发、新农村和小城镇建设等方面，尤其在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔前景。
无人机高精度航测，特别是在无需控制点情况下高精度航测是无人机摄影测量技术研究的一个重要课题，它相比传统无人机航测需要布置大量地面相控点可以极大地提高项目效率，降低项目成本，同时开拓无人机高精度航测的应用范围，例如可以完成西部大量“无人区”的高精度航测制图工作。目前国内研究大多数集中在利用空三软件进行后处理优化校准，然而优秀的空中三角测量软件价格昂贵，且其中大部分操作复杂，稳定性不能保证，导致项目成本较高；本发明基于GNSS后差分技术(Post Processing Kinetic，简称PPK)，结合高精度GNSS板卡，惯导模块确认无人机航摄拍照瞬间精确空间位置，从而在无需相控点的情况下就可以完成高精度航测工作。
发明内容
本发明提供了一种无人机航测拍照精确空间位置的方法，利用高精度GNSS板卡系统的事件中断机制获取航拍照相机拍照瞬间的精确时间；另外，通过基于PPK技术和拉格朗日内插算法解算拍照瞬间无人机精确空间位置。具体包括如下步骤：
将预设的规划飞行路线导入至无人机；
在航测区已知点架设PPK基站，连续采集无人机航测期间的基站原始数据；
连接无人机上的GNSS板卡与PPK基站中照相机的闪光灯信号，测试中断正常后进行航测飞行；
航飞结束后，将PPK基站、无人机移动站原始数据、保存触发时间文件全部导出至处理软件进行解算，以计算并导出出发时刻的空间坐标，将坐标和无人机拍摄的照片一起导入到空间三角测量软件中以得到航测正射影像图。
上述的无人机航测拍照精确空间位置的方法，其中，所述方法还包括：
设置无人机上GNSS板卡为移动站模式，同时采集保存GNSS板卡20Hz原始数据。
上述的无人机航测拍照精确空间位置的方法，其中，无人机空间位置确认首先是通过采用PPK技术解算无人机坐标，然后结合触发精确时间再采用拉格朗日内插法算法解算出无人机的精确空间坐标。
上述的无人机航测拍照精确空间位置的方法，其中，设连续采集无人机航测期间的基站原始数据前后两次触发的间隔时刻时间为T，对应两点的坐标分别为D1和D2，时间为T1和T2，触发时刻的坐标为X，则：
X＝D1+(D2-D1)*(T-T1)/50。
上述的无人机航测拍照精确空间位置的方法，其中，坐标包括经度、纬度和高度。
本发明的优点在于：
1、本发明采用了高精度GNSS板卡与惯导模块结合提高了无人机的空间位置精度。
2、本发明采用我国自研高精度GNSS板卡结合事件中断机制确定中断触发精确时间有广泛的应用空间。
3、本发明解决了传统高精度航测工作效率低下，成本高的问题。目前基于此发明的华测P700E航测无人机在市场引起极大的关注，广泛地应用于我国的高精度航测领域。目前P700E在无需布设相控点就可以完成1:500的高精度国土测绘工作，被测绘院积极应用于高精度的国土测绘，特别是我国西部地区的高精度国土测绘。
4、本发明完全自我研发，打破了国外对高精度航测无人机的垄断，大大地降低了高精度航测无人机的成本价格。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明提供的一种无人机航测拍照精确空间位置的方法的流程图；
图2为本发明一实施例中闪光灯电平转换电路的示意图；
图3为本发明一实施例中主板上的数据采集器主控芯片电路示意图；(补充图3清晰图)
图4为本发明一实施例中主板上的惯导模块原理图；
图5为本发明一实施例中主板上的GNSS板卡与数据采集器连接电路图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供了一种无人机航测拍照精确空间位置的方法，结合图1所示，包括如下步骤：
步骤S1、将预设的规划飞行路线导入至无人机。具体包括：航测前准备：航测地区气象监测，无人机硬件监测与准备，航线规划并导入至无人机。
步骤S2、在航测区已知点架设PPK基站，连续采集无人机航测期间的基站原始数据。
步骤S3、连接无人机上的GNSS板卡与PPK基站中照相机的闪光灯信号，测试中断正常后进行航测飞行；
步骤S4、航飞结束后，将PPK基站、无人机移动站原始数据、保存触发时间文件全部导出至处理软件进行解算，以计算并导出出发时刻的空间坐标，将坐标和无人机拍摄的照片一起导入到空间三角测量软件中以得到航测正射影像图。在本发明中，将PPK基站、无人机移动站原始数据、保存触发时间文件全部导出至我们自主研发的测绘软件CGO后处理软件进行解算，软件根据以上技术可自动导出出发时刻的精确空间坐标，把坐标和照片一起导入到空间三角测量软件中就可以得到高分辨率的航测正射影像图，从而在无需布设相控点的情况下完成高精度航测任务。
在本发明一可选的实施例中，上述步骤S2还包括：设置无人机上GNSS板卡为移动站模式，同时采集保存GNSS板卡20Hz原始数据。
在本发明一可选的实施例中，无人机空间位置确认首先是通过采用PPK(动态后差分)技术解算无人机坐标，然后结合触发精确时间再采用拉格朗日内插法算法解算出无人机的精确空间坐标。
在本发明一可选的实施例中，设连续采集无人机航测期间的基站原始数据前后两次触发的间隔时刻时间为T，对应两点的坐标分别为D1和D2，时间为T1和T2，触发时刻的坐标为X，则：X＝D1+(D2-D1)*(T-T1)/50。其中，上述的坐标括经度、纬度和高度。
本发明采用软件、硬件结合的方式，利用GNSS辅助空中三角测量技术理论，解决当前无人机航空测绘在外业作业时遇到的需要地面过多布设控制点，以及航拍数据自动化数据处理的技术问题，从而提高生产测绘成果的效率与精度。本发明基于GNSS高精度板卡，惯导模块，高分辨率照相机，GNSS数据采集器组成的硬件装置来完成航摄拍照瞬间精确空间位置的确定。装置的工作原理就是利用GNSS板卡记录照相机拍照瞬间的时间，同时采集板卡的原始数据，利用GNSS的PPK(动态后处理)技术解算出拍照瞬间的空间坐标位置。本发明有如下2个关键问题解决方法：
1、精确时间的确定
GNSS板卡基于我们自主研发的主板B380，该主板上的数据采集器主控芯片电路如图3所示，惯导模块原理图如图4所示，GNSS板卡与数据采集器连接电路如图5所示。通过板卡GPIO连接航空相机的闪光灯来采集电平变化，连接如图2，触发GPIO(General PurposeInput Output，通用输入/输出)事件中断同时记录UTC(Coordinated Universal Time，协调世界时)时间，板卡利用LINUX系统事件中断的软实时性和采用直接实验法去除系统延时精确记录触发时间，并从其串口输出至数据采集系统。
其中，事件触发板卡中断代码如下：
2、拍照瞬间准确空间位置确定
无人机空间位置确认首先是通过采用PPK(动态后差分)技术解算无人机坐标，然后结合触发精确时间再采用拉格朗日内插法算法解算出无人机的精确空间坐标。基本原理：设触发时刻时间为T,对应两点的坐标分别为D1(B1,N1,H1),D2(B2,N2,H2),时间为T1，T2触发时刻的坐标为X(B0，N0，H0)，则：X＝D1+(D2-D1)*(T-T1)/50。
具体软件算法如下：
本发明的优点在于：
1、本发明采用了高精度GNSS板卡与惯导模块结合提高了无人机的空间位置精度。
2、本发明采用我国自研高精度GNSS板卡结合事件中断机制确定中断触发精确时间有广泛的应用空间。
3、本发明解决了传统高精度航测工作效率低下，成本高的问题。目前基于此发明的华测P700E航测无人机在市场引起极大的关注，广泛地应用于我国的高精度航测领域。目前P700E在无需布设相控点就可以完成1:500的高精度国土测绘工作，被测绘院积极应用于高精度的国土测绘，特别是我国西部地区的高精度国土测绘。
4、本发明完全自我研发，打破了国外对高精度航测无人机的垄断，大大地降低了高精度航测无人机的成本价格。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种无人机航测拍照精确空间位置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将预设的规划飞行路线导入至无人机；
在航测区已知点架设PPK基站，连续采集无人机航测期间的基站原始数据；
连接无人机上的GNSS板卡与PPK基站中照相机的闪光灯信号，测试中断正常后进行航测飞行；
航飞结束后，将PPK基站、无人机移动站原始数据、保存触发时间文件全部导出至处理软件进行解算，以计算并导出出发时刻的空间坐标，将坐标和无人机拍摄的照片一起导入到空间三角测量软件中以得到航测正射影像图。
2.如权利要求1所述的无人机航测拍照精确空间位置的方法，其特征在于，所述方法还包括：
设置无人机上GNSS板卡为移动站模式，同时采集保存GNSS板卡20Hz原始数据。
3.如权利要求1所述的无人机航测拍照精确空间位置的方法，其特征在于，无人机空间位置确认首先是通过采用PPK技术解算无人机坐标，然后结合触发精确时间再采用拉格朗日内插法算法解算出无人机的精确空间坐标。
4.如权利要求3所述的无人机航测拍照精确空间位置的方法，其特征在于，设连续采集无人机航测期间的基站原始数据前后两次触发的间隔时刻时间为T，对应两点的坐标分别为D1和D2，时间为T1和T2，触发时刻的坐标为X，则：
X＝D1+(D2-D1)*(T-T1)/50。
5.如权利要求4所述的无人机航测拍照精确空间位置的方法，其特征在于，坐标包括经度、纬度和高度。
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