CN108871289A - 一种基于无人机的环绕航测方法及系统 - Google Patents

一种基于无人机的环绕航测方法及系统 Download PDF

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李勇
杨骥
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    • G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft

Abstract

本发明涉及一种基于无人机的环绕航测方法及系统，包括：根据待测建筑所在的区域，获取矩形航测区域；根据矩形航测区域生成椭圆形飞行航线；设置航飞参数，并获得所需环绕的层数和每层的环绕高度；根据航飞参数、椭圆形飞行航线、所需环绕的层数和每层的环绕高度飞行，并获取每层待测建筑的影像；将每层待测建筑的影像依序拼接生成三维的建筑模型。只需要通过人工设置航拍参数，便可以智能计算无人机飞行航线，无人机可根据飞行航线自动完成待测建筑的航拍图片，再根据航拍的图片就可以获得三维建筑模型，方便后续对建筑的分析，减少了人工操作的复杂程度，提高了行业生产效率，同时提高了高层建筑建模效果，提高了建模精度。

Description

一种基于无人机的环绕航测方法及系统
技术领域
本发明涉及无人机航测领域，特别是涉及一种基于无人机的环绕航测方法及系统。
背景技术
三维GIS(Geographic Information System，地理信息系统)是当今乃至未来GIS技术的主要标志性内容之一，它突破了空间信息在二维地图平面中单调表现的束缚，为各行各业以及人们的日常生活提供了更有效的辅助决策支持。对于建筑业和测绘领域，可量测的三维模型至关重要。
但是，传统行业对建筑进行三维建模时，通常采用人工进行测量，再在三维建模软件上进行人工的草图绘制和模型渲染，建模时序长，工序复杂，而且人工测量和绘制容易造成建模模型精度不足等严重问题。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种基于无人机的环绕航测方法，其具有减少了人工操作的复杂程度，提高了行业生产效率，提高了高层建筑建模效果，提高了建模精度的优点。
一种基于无人机的环绕航测方法，包括如下步骤：
根据待测建筑所在的区域，获取矩形航测区域；
根据矩形航测区域生成椭圆形飞行航线；
设置航飞参数，并获得所需环绕的层数和每层的环绕高度；
根据航飞参数、椭圆形飞行航线、所需环绕的层数和每层的环绕高度飞行，并获取每层待测建筑的影像；
将每层待测建筑的影像依序拼接生成三维的建筑模型。
相比于现有技术，本发明只需要通过人工设置航拍参数，便可以智能计算无人机飞行航线，无人机可根据飞行航线自动完成待测建筑的航拍图片，再根据航拍的图片就可以获得三维建筑模型，方便后续对建筑的分析，大大减少了人工操作的复杂程度，提高了行业生产效率，提高了建模精度。同时，对于具有高层的待测建筑，通过设置环绕层数，对待测建筑分多层进行航拍，进而可获得待测建筑的多层航拍图像，再根据多层航拍图像建造出来的三维模型可充分表征待测的高层建筑，提高了高层建筑建模效果，提高了建模精度。
进一步地，所述根据矩形航测区域生成椭圆形飞行航线，包括如下步骤：
获取矩形航测区域的中心点和矩形航测区域的各边的中点；
获取矩形航测区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度；
以矩形中心点为椭圆形的中心，以矩形航测区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度分别为椭圆形的长轴长度和短轴长度生成椭圆形虚拟航线；
在矩形航测区域的其中一对相对边上的所述中点的连线中选取多个基准点，并分别过多个所述基准点作垂直于所述中点连线的基准线，所述基准线与椭圆形虚拟航线的多个交点为多个航点坐标；
将所述多个航点坐标依序连接，生成椭圆形飞行航线。
进一步地，在所述根据待测建筑所在的区域，获取矩形航测区域之前，还设置了多个默认的坐标；根据多个默认的坐标生成并显示默认的矩形区域，再拖动所述默认的矩形区域，以改变默认的矩形区域的形状和位置，获得覆盖待测建筑区域的矩形航测区域，以提高用户体验，便于方便获取矩形航测区域。
进一步地，在拖动所述默认的矩形区域时，还包括如下步骤：
实时获取默认的矩形区域的中心点和默认的矩形区域的各边的中点；
获取默认的矩形区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度；
以默认的矩形区域的中心点为椭圆形的中心，以默认的矩形区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度分别为椭圆形的长轴长度和短轴长度生成默认的椭圆形虚拟航线；
在默认的矩形区域的其中一对相对边上的所述中点的连线中选取多个默认的基准点，并分别过多个所述基准点作垂直于所述中点连线的默认的基准线，所述默认的基准线与默认的椭圆形虚拟航线的多个交点为多个默认的航点坐标；
将所述默认的多个航点坐标依序连接，生成默认的椭圆形飞行航线。
进一步地，所述航飞参数包括飞行速度、云台俯仰角度、起降航高、待测建筑所需环绕的层数、最小飞行航高和最大飞行航高。
进一步地，所述获得每层的环绕高度，包括如下步骤：
步骤S31：根据最大飞行航高、最小飞行航高以及所需环绕的层数，获得需环绕的相邻层的椭圆形飞行航线的间距；
步骤S32：在所述最高飞行航高的下方，距离所述最高飞行航高为所述需环绕的相邻层的椭圆形飞行航线的间距的位置处，获得第一层环绕高度；
步骤S33：在所述第一层环绕高度的下方，距离所述第一层环绕高度为所述需环绕的相邻层的椭圆形飞行航线的间距的位置处，获得第二层环绕高度，以此类推，直至计算获得所需环绕的层数中每层的环绕高度。
本发明还提供一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述所述的基于无人机的环绕航测方法的步骤。
本发明还提供一种基于无人机的环绕航测系统，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述的基于无人机的环绕航测方法的步骤。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明实施例中基于无人机的环绕航测方法的流程图；
图2为本发明实施例中生成椭圆形飞行航线的流程图；
图3为本发明实施例中获得每层的环绕高度的流程图。
具体实施方式
请参阅图1，其为本发明实施例中基于无人机的环绕航测方法的流程图。所述基于无人机的环绕航测方法，包括如下步骤：
步骤S1：根据待测建筑所在的区域，获取矩形航测区域。
在一个实施例中，为提高用户体验，同时也为了便于方便获取矩形航测区域，还设置了多个默认的坐标，可根据多个默认的坐标生成并显示默认的矩形区域，再拖动所述默认的矩形区域，以改变默认的矩形区域的形状和位置，获得覆盖待测建筑区域的矩形航测区域。其中，所述根据默认的多个坐标点生成默认的矩形区域的方式为：将默认的四个坐标分别作为矩形区域的四个角的坐标，将四个角的坐标依序连接生成默认的矩形区域。
步骤S2：根据矩形航测区域生成椭圆形飞行航线。
请参阅图2，其为本发明实施例中生成椭圆形飞行航线的流程图。在一个实施例中，所述根据矩形航测区域生成椭圆形飞行航线，包括如下步骤：
步骤S21：获取矩形航测区域的中心点和矩形航测区域的各边的中点；
步骤S22：获取矩形航测区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度；
步骤S23：以矩形中心点为椭圆形的中心，以矩形航测区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度为椭圆形的长轴长度和短轴长度生成椭圆形虚拟航线。
步骤S24：在矩形航测区域的其中一对相对边上的所述中点的连线中选取多个基准点，并分别过多个所述基准点作垂直于所述中点连线的基准线，所述基准线与椭圆形虚拟航线的多个交点为多个航点坐标。
步骤S25：将所述多个航点坐标依序连接，生成椭圆形飞行航线。
在一个实施例中，为提高用户体验，同时也为了便于用户直观获取环状飞行航线，在拖动所述默认的矩形区域时，还实时获取默认的矩形区域的中心点和默认的矩形区域的各边的中点；获取默认的矩形区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度；以默认的矩形区域的中心点为椭圆形的中心，以默认的矩形区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度分别为椭圆形的长轴长度和短轴长度生成默认的椭圆形虚拟航线；在默认的矩形区域的其中一对相对边上的所述中点的连线中选取多个默认的基准点，并分别过多个所述基准点作垂直于所述中点连线的默认的基准线，所述默认的基准线与默认的椭圆形虚拟航线的多个交点为多个默认的航点坐标；将所述默认的多个航点坐标依序连接，生成默认的椭圆形飞行航线。
步骤S3：设置航飞参数，并获得所需环绕的层数和每层的环绕高度。
在一个实施例中，所述航飞参数包括飞行速度、云台俯仰角度、起降航高、待测建筑所需飞行的层数、最小飞行航高和最大飞行航高。
请参阅图3，其为本发明实施例中获得每层的环绕高度的流程图。
在一个实施例中，所述获得每层的环绕高度，包括如下步骤：
步骤S31：根据最大飞行航高、最小飞行航高以及所需环绕的层数，获得需环绕的相邻层的椭圆形飞行航线的间距。所述需环绕的相邻层的椭圆形飞行航线的间距计算方式为：H＝(Hmax-Hmin)/(C-1)，其中，H为每层所需的飞行高度；Hmin为最小飞行航高；Hmax为最大飞行航高；C为待测建筑所需飞行的层数，且C大于等于2的整数。
步骤S32：在所述最高飞行航高的下方，距离所述最高飞行航高为所述需环绕的相邻层的椭圆形飞行航线的间距的位置处，获得第一层环绕高度。
步骤S33：在所述第一层环绕高度的下方，距离所述第一层环绕高度为所述需环绕的相邻层的椭圆形飞行航线的间距的位置处，获得第二层环绕高度，以此类推，直至计算获得所需环绕的层数中每层的环绕高度。
步骤S4：根据航飞参数、椭圆形飞行航线、所需环绕的层数和每层的环绕高度飞行，并获取每层待测建筑的影像。
在一个实施例中，无人机由上至下在每层的环绕高度上环绕飞行并拍摄影像，具体的，在每层的环绕高度下沿着椭圆形飞行航线完成一层环绕飞行和拍摄后，再下降到下一层进行飞行和拍摄，如若所需环绕的层数为三层，则无人机先在第一层所在的环绕高度沿着椭圆形飞行航线飞行并拍摄该层待侧建筑的影像，待环绕一周后，再下降到第二层所在的环绕高度沿着椭圆形飞行航线飞行并拍摄该层待侧建筑的影像，待环绕一周后，再继续下降在第三层飞行并拍摄，待环绕一周后，就可以获取这三层待测建筑的影像。
步骤S5：将每层待测建筑的影像依序拼接生成三维的建筑模型。
在一个实施例中，所述将每层待测建筑的影像依序拼接生成三维的建筑模型方式为本领域人员常用的方法，具体如采用Smart3D软件对图像进行拼接。
相比于现有技术，本发明只需要通过人工设置航拍参数，便可以智能计算无人机飞行航线，无人机可根据飞行航线自动完成待测建筑的航拍图片，再根据航拍的图片就可以获得三维建筑模型，方便后续对建筑的分析，大大减少了人工操作的复杂程度，提高了行业生产效率，提高了建模精度。同时，对于具有高层的待测建筑，通过设置环绕层数，对待测建筑分多层进行航拍，进而可获得待测建筑的多层航拍图像，再根据多层航拍图像建造出来的三维模型可充分表征待测的高层建筑，提高了高层建筑建模效果，提高了建模精度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于无人机的环绕航测方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据待测建筑所在的区域，获取矩形航测区域；
根据矩形航测区域生成椭圆形飞行航线；
设置航飞参数，并获得所需环绕的层数和每层的环绕高度；
根据航飞参数、椭圆形飞行航线、所需环绕的层数和每层的环绕高度飞行，并获取每层待测建筑的影像；
将每层待测建筑的影像依序拼接生成三维的建筑模型。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的环绕航测方法，其特征在于，所述根据矩形航测区域生成椭圆形飞行航线，包括如下步骤：
获取矩形航测区域的中心点和矩形航测区域的各边的中点；
获取矩形航测区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度；
以矩形中心点为椭圆形的中心，以矩形航测区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度分别为椭圆形的长轴长度和短轴长度生成椭圆形虚拟航线；
在矩形航测区域的其中一对相对边上的所述中点的连线中选取多个基准点，并分别过多个所述基准点作垂直于所述中点连线的基准线，所述基准线与椭圆形虚拟航线的多个交点为多个航点坐标；
将所述多个航点坐标依序连接，生成椭圆形飞行航线。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的环绕航测方法，其特征在于，在所述根据待测建筑所在的区域，获取矩形航测区域之前，还设置了多个默认的坐标；根据多个默认的坐标生成并显示默认的矩形区域，再拖动所述默认的矩形区域，以改变默认的矩形区域的形状和位置，获得覆盖待测建筑区域的矩形航测区域。
4.根据权利要求3所述的基于无人机的环绕航测方法，其特征在于，在拖动所述默认的矩形区域时，还包括如下步骤：
实时获取默认的矩形区域的中心点和默认的矩形区域的各边的中点；
获取默认的矩形区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度；
以默认的矩形区域的中心点为椭圆形的中心，以默认的矩形区域的两对相对边上的所述中点的连线的长度分别为椭圆形的长轴长度和短轴长度生成默认的椭圆形虚拟航线；
在默认的矩形区域的其中一对相对边上的所述中点的连线中选取多个默认的基准点，并分别过多个所述基准点作垂直于所述中点连线的默认的基准线，所述默认的基准线与默认的椭圆形虚拟航线的多个交点为多个默认的航点坐标；
将所述默认的多个航点坐标依序连接，生成默认的椭圆形飞行航线。
5.根据权利要求1所述的基于无人机的环绕航测方法，其特征在于，所述航飞参数包括飞行速度、云台俯仰角度、起降航高、待测建筑所需环绕的层数、最小飞行航高和最大飞行航高。
6.根据权利要求5所述的基于无人机的环绕航测方法，其特征在于，所述获得每层的环绕高度，包括如下步骤：
步骤S31：根据最大飞行航高、最小飞行航高以及所需环绕的层数，获得需环绕的相邻层的椭圆形飞行航线的间距；
步骤S32：在所述最高飞行航高的下方，距离所述最高飞行航高为所述需环绕的相邻层的椭圆形飞行航线的间距的位置处，获得第一层环绕高度；
步骤S33：在所述第一层环绕高度的下方，距离所述第一层环绕高度为所述需环绕的相邻层的椭圆形飞行航线的间距的位置处，获得第二层环绕高度，以此类推，直至计算获得所需环绕的层数中每层的环绕高度。
7.根据权利要求6所述的基于无人机的环绕航测方法，其特征在于，所述需环绕的相邻层的椭圆形飞行航线的间距计算方式为：H＝(Hmax-Hmin)/(C-1)，其中，H为每层所需的飞行高度；Hmin为最小飞行航高；Hmax为最大飞行航高；C为待测建筑所需飞行的层数，且C大于等于2的整数。
8.一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项权利要求所述的基于无人机的环绕航测方法的步骤。
9.一种基于无人机的环绕航测系统，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任一项权利要求所述的基于无人机的环绕航测方法的步骤。
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