CN108088422A - 一种确定真实重叠率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定真实重叠率的方法，该方法以相邻像片投影重叠区域边界上最高处的水平面，作为新的航摄基准面来计算真实重叠率，并提出了一种收敛的迭代算法及快速的DEM高程查询技术来逼近预期重叠率，从而能够快速可靠的确定真实重叠率，使得真实的重叠率能够满足预期的设计要求，提高了航测成果质量和作业效率。

Description

一种确定真实重叠率的方法

技术领域

本发明涉及低空数字摄影测量的航摄任务规划领域，具体涉及一种确定真实重叠率的方法。

背景技术

在低空数字摄影测量领域，传统计算重叠率的方法没有顾及地形起伏的影响，不是实际测量中的真实重叠率。真实重叠率是以测区地表平均高程的水平面，作为初始航摄基准面，并根据中心投影几何找到像平面投影的等比线段来计算。

现有的技术方案中，计算真实重叠率的方法有以下几种：(1)以像对中第二张影像覆盖区域内最高点处的水平面，作为新的航摄基准面，计算真实重叠率(如图1-a)；(2)以相邻像片重叠区域内最高点处的水平面，作为新的航摄基准面，计算真实重叠率(如图1-b)；(3)以中心投影共线方程计算地面投影的重叠区域，并以该区域最高点处水平面为作为新的航摄基准面，利用该区域最窄处长度计算真实重叠率(如图1-c)。但是上述三种方法都没有准确找到像平面投影的等比线段，导致确定的真实重叠率可靠性低。

此外，因为计算真实重叠率需要新的航摄基准面高程，这是在确定了航线和曝光点位置后才能得到的后验信息，所以真实重叠率的计算是一个不断迭代调整的过程，最终使其达到预期设计值的过程。现有技术方案的迭代调整步长有以下几种：(1)ΔB＝(P′-P)×(Δh/H)×L；(2)ΔB＝(P′-P)/(2Lm)；(3)ΔB＝(P′-P_E)×L；其中，P′是真实重叠率，P_E是预期重叠率，Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，m是航摄比例尺的分母，L是初始航摄基准面上的投影长度。在实际计算中，这些技术方案一旦遇到特殊的高程数值组合，就会出现迭代结果来回震荡而不收敛的情况，但这些技术方案均没有提出该问题的解决方法。

发明内容

为了解决现有技术中人工经验确定重叠率、可靠性低、确定重叠率过程中迭代不收敛等技术问题，本发明提出了一种确定真实重叠率的方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种确定真实重叠率的方法，包括以下步骤：

S01：预设当前位置；

S02：查询上一位置和当前位置的像片投影重叠区域边界上的最大高程值，计算得到上一位置和预设当前位置的真实重叠率；

S03：检查该真实重叠率是否满足预期，如果满足，则确定该真实重叠率为当前位置的真实重叠率；如果不满足，则对当前位置进行迭代调整得到新的当前位置，并返回到步骤S02。

进一步，步骤S01具体为：基于相机参数、相对航高、初始航摄基准高以及预期重叠率，通过中心投影几何，反算得到相邻位置间的间距，即可预设当前位置。

进一步，步骤S02具体为：根据上一位置和当前位置的像片投影重叠区域边界，进行DEM高程查询，获得相邻像片重叠区域边界上的最大高程值，然后通过下式计算得到真实重叠率P′：P′＝Q′/L′＝(P-Δh/H)×(1-Δh/H)

式中：Q′是新航摄基准面上的投影重叠长度，L′是新航摄基准面上的投影长度；Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，P＝Q/L，其中Q为初始航摄基准面上的投影重叠长度，L为初始航摄基准面上的投影长度。

具体的，DEM高程查询具体包括以下步骤：(1)在部署DEM数据和提供DEM数据服务之前，预先初始化所有DEM数据，生成头信息文件：即利用GDAL库打开每个DEM数据的GeoTIFF文件，读取仿射变换参数、WKT字符串表示的坐标系、栅格波段数、栅格行列数信息；并将这些信息以及主文件路径写入PAMDataset文件的自定义域中；使用DEM数据时，只需要使头信息文件和GeoTIFF文件位于同一目录下即可；(2)每次程序启动时只需加载所有DEM文件的头信息，并计算出全局的仿射变换参数、地理空间范围和栅格行列数；(3)输入多边形测区的顶点序列，计算出多边形测区的地理空间范围，然后根据测区地理空间范围和全局的仿射变换参数，计算出测区DEM的栅格行列号范围；根据测区的地理空间范围查找出所涉及的DEM文件，并从所涉及的DEM文件中裁剪出子数据集；最后拼接这些子数据集，并填充到测区的DEM栅格行列号范围内，形成组织在内存中的测区DEM数据集；数据读写操作利用GDAL库完成；(4)进行高程查询时，遍历重叠区域的栅格点，利用仿射变换参数反算出地理空间坐标，判断该点是否在重叠区域的边界上，如果在则将该点高程值加入查询结果列表，遍历完毕后返回高程值列表的最大值。

进一步，步骤S03中对当前位置进行迭代调整得到新的当前位置具体包括：

(1)当N＝1时：令ΔB＝L×[(1-Δh/H)×P_E+Δh/H-P]；当N≤N_max时：如果-ΔP_max<P^′-P_E<0，则ΔB＝1；如果0≤P^′-P_E<ΔP_max，则ΔB＝0；如果P^′-P_E≥ΔP_max，则当N>N_max时：如果P^′-P_E≥0，则ΔB＝0；式中：N为迭代次数，N_max最大迭代次数，ΔP_max为真实重叠率P^′与预期重叠率P_E之差的阈值，ΔB为迭代调整步长，Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P_E是预期重叠率，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，是上次迭代和本次迭代查询到的新基准面高程平均值；

(2)如果ΔB＝0则退出迭代，否则将当前位置调整一个步长ΔB，得到新的当前位置。

本发明以相邻像片投影重叠区域边界上最高点处的水平面，作为新的航摄基准面来计算真实重叠率，并通过不断迭代调整，保证了地面真实重叠率与预期重叠率的一致性，能够为外业无人机航摄提供更加精确的指导，得到提高航测成果质量和作业效率的技术效果；同时，本发明还提出了一种收敛的迭代调整算法，以解决现有迭代不收敛的技术问题；本发明还提出了一种DEM高程查询技术，提高了航摄质量和作业效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为计算重叠率选取新航摄基准面示意图。

图2为本发明的一种确定真实重叠率的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

本发明的一种确定真实重叠率的方法，具体包括以下步骤，如图2所示：

步骤S01：基于相机参数、相对航高、初始航摄基准高以及预期重叠率等参数，通过中心投影几何，反算得到当前位置与上一位置(当前位置与上一位置为相邻位置关系)间的间距，进而预设当前位置。初始位置为测区边界。

步骤S02：根据上一位置和当前位置的像片投影重叠区域边界，进行DEM高程查询，获得相邻像片重叠区域边界上的最大高程值，即本发明以相邻像片投影重叠区域边界上最高点处的水平面，作为新的航摄基准面来计算真实重叠率，如图1-d所示，通过下式计算得到真实重叠率P′：P′＝Q′/L′＝(P-Δh/H)×(1-Δh/H)

式中：Q′是新航摄基准面上的投影重叠长度，L′是新航摄基准面上的投影长度；Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，P＝Q/L，其中Q为初始航摄基准面上的投影重叠长度，L为初始航摄基准面上的投影长度。

具体的，DEM高程查询具体包括以下步骤：(1)在部署DEM数据和提供DEM数据服务之前，预先初始化所有DEM数据，生成头信息文件：即利用GDAL库打开每个DEM数据的GeoTIFF文件，读取仿射变换参数、WKT字符串表示的坐标系、栅格波段数、栅格行列数信息；并将这些信息以及主文件路径写入PAMDataset文件的自定义域中；使用DEM数据时，只需要使头信息文件和GeoTIFF文件位于同一目录下即可；(2)每次程序启动时只需加载所有DEM文件的头信息，并计算出全局的仿射变换参数、地理空间范围和栅格行列数；(3)输入多边形测区的顶点序列，计算出多边形测区的地理空间范围，然后根据测区地理空间范围和全局的仿射变换参数，计算出测区DEM的栅格行列号范围；根据测区的地理空间范围查找出所涉及的DEM文件，并从所涉及的DEM文件中裁剪出子数据集；最后拼接这些子数据集，并填充到测区的DEM栅格行列号范围内，形成组织在内存中的测区DEM数据集；数据读写操作利用GDAL库完成；(4)进行高程查询时，遍历重叠区域的栅格点，利用仿射变换参数反算出地理空间坐标，判断该点是否在重叠区域的边界上，如果在则将该点高程值加入查询结果列表，遍历完毕后返回高程值列表的最大值。

步骤S03：检查该真实重叠率是否满足预期，如果满足，则确定该真实重叠率为当前位置的真实重叠率；如果不满足，则对当前位置进行迭代调整得到新的当前位置，并返回到步骤S02。

具体包括：

(1)当N＝1时：令ΔB＝L×[(1-Δh/H)×P_E+Δh/H-P]；当N≤N_max时：如果-ΔP_max<P′-P_E<0，则ΔB＝1；如果0≤P′-P_E<ΔP_max，则ΔB＝0；如果P′-P_E≥ΔP_max，则当N>N_max时：如果P′-P_E≥0，则ΔB＝0；

式中：N为迭代次数，N_max最大迭代次数，ΔP_max为真实重叠率P′与预期重叠率P_E之差的阈值，ΔB为迭代调整步长，Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P_E是预期重叠率，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，是上次迭代和本次迭代查询到的新基准面高程平均值；

(2)如果ΔB＝0则退出迭代(即满足预期)，否则将当前位置调整一个步长ΔB，得到新的当前位置。

取P_E＝65％，ΔP_max＝1％，N_max＝3(迭代次数的阈值依赖于真实重叠率P′与预期P_E之差的阈值ΔP_max，如果ΔP_max越小，那么相应的N_max越大，此处取值为3是在真实重叠率符合预期这一判断下，多次测试后所得的最优值)，采用上述迭代调整过程确定的真实重叠率如下表所示：

真实重叠率P′	最大高程(m)	调节步长ΔB(m)	间距(m)	耗时(ms)
					66.221％	1517.00	-4.41	248.31	1
65.701％	1471.00	-2.7	266.58	1
					65.610％	1517.00	0.00	248.31	1

本发明顾及实际地形起伏，能够更加可靠、快速的确定真实重叠率，提高了航测成果质量和作业效率。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种确定真实重叠率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01：预设当前位置；

S02：查询上一位置和当前位置的像片投影重叠区域边界上的最大高程值，计算得到上一位置和预设当前位置的真实重叠率；

S03：检查该真实重叠率是否满足预期，如果满足，则确定该真实重叠率为当前位置的真实重叠率；如果不满足，则对当前位置进行迭代调整得到新的当前位置，并返回到步骤S02。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S01具体为：基于相机参数、相对航高、初始航摄基准高以及预期重叠率，通过中心投影几何，反算得到相邻位置间的间距，即可预设当前位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S02具体为：根据上一位置和当前位置的像片投影重叠区域边界，进行DEM高程查询，获得相邻像片重叠区域边界上的最大高程值，然后通过下式计算得到真实重叠率P′：P′＝Q′/L′＝(P-Δh/H)×(1-Δh/H)；

式中：Q′是新航摄基准面上的投影重叠长度，L′是新航摄基准面上的投影长度；Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，P＝Q/L，其中Q为初始航摄基准面上的投影重叠长度，L为初始航摄基准面上的投影长度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，DEM高程查询具体包括以下步骤：(1)在部署DEM数据和提供DEM数据服务之前，预先初始化所有DEM数据，生成头信息文件：即利用GDAL库打开每个DEM数据的GeoTIFF文件，读取仿射变换参数、WKT字符串表示的坐标系、栅格波段数、栅格行列数信息；并将这些信息以及主文件路径写入PAMDataset文件的自定义域中；使用DEM数据时，只需要使头信息文件和GeoTIFF文件位于同一目录下即可；(2)每次程序启动时只需加载所有DEM文件的头信息，并计算出全局的仿射变换参数、地理空间范围和栅格行列数；(3)输入多边形测区的顶点序列，计算出多边形测区的地理空间范围，然后根据测区地理空间范围和全局的仿射变换参数，计算出测区DEM的栅格行列号范围；根据测区的地理空间范围查找出所涉及的DEM文件，并从所涉及的DEM文件中裁剪出子数据集；最后拼接这些子数据集，并填充到测区的DEM栅格行列号范围内，形成组织在内存中的测区DEM数据集；数据读写操作利用GDAL库完成；(4)进行高程查询时，遍历重叠区域的栅格点，利用仿射变换参数反算出地理空间坐标，判断该点是否在重叠区域的边界上，如果在则将该点高程值加入查询结果列表，遍历完毕后返回高程值列表的最大值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S03具体包括：

(1)当N＝1时：令ΔB＝L×[(1-Δh/H)×P_E+Δh/H-P]；当N≤N_max时：如果-ΔP_max<P′-P_E<0，则ΔB＝1；如果0≤P′-P_E<ΔP_max，则ΔB＝0；如果P′-P_E≥ΔP_max，则当N>N_max时：如果P′-P_E≥0，则ΔB＝0；式中：N为迭代次数，N_max最大迭代次数，ΔP_max为真实重叠率P′与预期重叠率P_E之差的阈值，ΔB为迭代调整步长，Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P_E是预期重叠率，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，是上次迭代和本次迭代查询到的新基准面高程平均值；

(2)如果ΔB＝0则退出迭代，否则将当前位置调整一个步长ΔB，得到新的当前位置。