CN109765927A - 一种基于app的无人机航摄飞行遥控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于APP的无人机航摄飞行遥控系统，服务器、设置有遥控器的无人机，还包括APP终端，所述APP终端、服务器、遥控器及无人机互相通讯；所述APP终端内设置有无人机航线规划及飞行遥控APP即航摄规划APP，所述APP包括：任务航线设置模块，测区导入模块，航摄参数设置模块，航线生成模块，任务执行模块，地图管理模块，所述服务器为App提供属性数据服务和空间数据服务，所述遥控器执行App请求的飞行任务遥控命令，遥控所述无人机完成航摄飞行任务。针对便携的移动设备而开发，便捷性和续航能力均优异；采用了地图作为底图数据，也支持从自身服务器中加载已发布的地图服务，也支持从本地加载地图数据，极大提高了大规模的外业作业中的适用性。

Description

一种基于APP的无人机航摄飞行遥控系统

技术领域

本发明涉及无人机航摄飞行遥控技术领域，具体为一种基于APP的无人机航摄飞行遥控系统。

背景技术

无人机(Unmanned Aerial Vehicles，UAV)低空摄影测量通过搭载成像与非成像传感器，获取高分辨倾斜影像、视频数据。无人机航摄飞行任务的成功完成要依靠航摄飞行遥控系统，飞行遥控系统内设航线规划App，利用航摄参数规划出符合采集精度要求的航线进行影像采集。

目前无人机航线规划APP软件研究方向一般为无人机避障航线规划。对于倾斜摄影测量中的航线规划大多数为PC端软件，其便捷性和续航能力都不如移动端App。现有的航线规划软件很多是针对固定翼飞机开发的，针对多旋翼的无人机应用软件较少，而且存在以下不足之处：1.基于固定基线的拍照方式，容易错过拍摄角度，严重的可能造成航摄影像采集漏洞，影响最终成图效果，例如现有的移动端航线规划软件如Pix4DMapper、DJI GOPRO等面向单镜头相机的航线规划软件，只能采集到正射影像，倾斜影像的采集功能需人工经过复杂的重复设置航摄参数才能获取，自动化程度不够高，也可能出现误差、失误，不能保证航摄参数之间的一致性正确性；2.是针对PC端开发，而不是便携的移动设备上；3.很多PC端航线规划软件采用了Google地图作为底图数据，但由于特殊原因访问Google地图并不方便；对于高德/百度地图，在偏远地区以及部分城市区域，卫星影像的比例尺通常都很小，无法提供实时作业指导，在大规模的外业作业中适用性不高；4.航线规划软件大多采用固定基线、等时间间隔的方式触发相机进行曝光，无法依据参数等来进行灵活控制。

多旋翼无人机用于倾斜摄影已经有了很多成熟的应用，单镜头多旋翼无人机在考虑成本等其他情况下是多镜头相机进行倾斜影像采集很好的替代方案，越来越多地被用于低空摄影测量。但对其的研究使用很少，便捷性和续航能力均优异的基于终端APP的单镜头多旋翼无人机航线规划及航摄飞行遥控系统亟待开发。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，利用单镜头多旋翼无人机及其相机、云台强大的灵活性，在大幅度降低倾斜影像采集成本的前提下，可以很好的替代多镜头多旋翼无人机进行航摄任务，得到希望的航摄数据。为此，本发明提供一种基于APP的无人机航摄飞行遥控系统,包括服务器、设置有遥控器的无人机，其特征在于还包括APP终端，所述APP终端、服务器、遥控器及无人机互相通讯；

所述APP终端内设置有无人机航线规划及飞行遥控APP即航摄规划APP，所述APP包括：

任务航线设置模块，用于航摄任务的基本设置，通过任务航线设置模块，生成详细的航摄任务，包括测区、航线/航点、影像采集时间间隔、影像格式、影像宽高比，是保证影像采集保质保量完成的关键环节，具体包括

测区导入模块，用于测区范围的确定；

航摄参数设置模块，系统需要根据经验值预设常用参数值；同时提供调整参数的入口，设置的参数包括航向重叠率、旁向重叠率、航高/GSD、相机倾角、飞行速度、照片格式；

航线生成模块，如果测区为规则/不规则多边形区域，根据测区范围和航摄参数，系统生成航线，保证测区采集影像的表面信息完整性；如果测区为地物高集中区或独立地物，则按照等差航高生成几条环绕飞行路线；

任务执行模块，用于航摄任务设置完成后，执行该次任务；

地图管理模块，用于提供了测区范围选择的地图依据；

所述服务器为App提供属性数据服务和空间数据服务，属性数据包括飞行任务航摄参数数据、飞行轨迹数据，空间数据包括测区范围选择的地图数据；

所述遥控器执行App请求的飞行任务遥控命令，遥控所述无人机完成航摄飞行任务。

优选地，所述航线生成模块中，系统生成航线为五航线，所述五航线规划模块具体包括：

建立坐标系单元，用于绘制的测区凸多边形的定位，使凸多边形位于第一直角坐标系OXY坐标系第一象限；航线规划要进行坐标转换，使转换后的第二直角坐标系即O′X′Y′坐标系的横坐标轴X'与无人机航向平行，纵坐标轴为Y'，且测区仍位于第二直角坐标系的第一象限内；

坐标转换单元，用于将坐标原点O移动到O点，进行坐标转换；

坐标转换单元中进一步地包括：共享航线单元，用于当π＜α≤2π时，无人机的采集航向与(α-π)时的采集航向相反，此时与(α-π)时共享一条航线，按照相反的顺序遍历航点即可在0～π范围内设置航线，可完成整条航线的生成；

子采集区域分割单元，用于子采集区域的分割，通过子采集区域确定绘制的测区凸多边形的航线和所有的航点P；

航点P的顺序排列单元：用于航点P的顺序排列，在各航点P中，无人机从第一条航线执行开始采集数据时，一个循环周期内包含四个航点，完成后循环执行下一个周期，直到执行完成整条航线。

进一步地，所述五航线规划模块还包括无人机五航线中其余四航线生成单元，用于前视航线、后视航线、左视航线、右视航线的生成，具体通过平移/旋转无人机正视航线的方式生成。

具体地，所述测区导入模块，具体为用户提供两种输入方式，第一种是系统预设区域，为用户提供调整测区凸多边形顶点数、顶点位置的操作，进行测区范围的自定义，因测区是根据用户当前位置由系统自动生成，顶点数和顶点位置也随之进行后续调整；第二种为导入已编辑的测区范围，具体为kml/kmz格式的数据。

更进一步地，所述任务执行模块具体包括：

手动模式模块，在手动模式下，App的主要用于提供航拍参数的优化，为飞手直接提供航摄相关的信息，并自动调整相关参数，包括曝光参数、影像格式，用于辅助航拍的进行；减轻飞行控制者的压力，此模式下的辅助功能同时也可以在半自动或自动模式中应用；

半自动模式模块，包括飞行优先模式和拍摄优先模式，

半自动模式下的飞行优先模式：不使用自动航线，而只规定影像采集基线(即航向重叠率)和航带间隔(即旁向重叠率)，由人工遥控无人机的飞行路线、相机倾角、飞行速度；APP根据无人机的飞行速度和位移值自动触发快门采集影像或者由人工手动触发快门作为参考；

半自动模式下的拍摄优先模式：使用自动航线遥控无人机自动飞行，但不自动触发快门拍照，而是人工遥控相机倾角和拍摄时机，在此模式下，用户通过遥控器可以终止无人机的自动飞行并令其返航；

全自动模式模块，

全自动模式下，APP生成航线后，将包括无人机的起飞、巡航、降落、速度的飞行状态、相机倾角、采集时间间隔在起飞前设置完成并上传至APP，无人机将以详细的航线进行飞行和影像采集，而无须任何人工干预。

具体地，所述地图管理模块具体包括：

地图加载模块，APP支持各种类型的地图加载，在联网的情况下，系统提供第三方(高德/Google/百度)在线地图服务提供的卫星影像作为参考来绘制测区；如果测区范围内没有卫星影像，则选择从自身服务器中加载已发布的地图服务，包括shp、DEM、DSM、KML等格式的地图；如果测区范围(山区)没有网络，无法远程加载在线地图服务，则从本地加载地图数据，本地地图数据是提前保存在终端APP中的，可能一些数据会更新不及时；

地图操作模块，APP的地图界面提供基础以及部分进阶地图操作,支持多点触控的平移、旋转、缩放等基础操作；支持用户自定义的绘图操作，如添加点、线、面要素，用于测区范围的绘制；支持简单的空间分析：距离量测、面积量测、经纬度显示；

位置管理模块，APP通过实时定位、测区定位、坐标查询、地理编码查询方式，用于为操作人员提供快速定位。

优选地，所述APP还包括飞行监控模块，

飞行监控模块用于APP终端实时获取无人机和相机云台的信息，用户判断飞行状态、航拍是否正常执行，同时了解任务进度；APP终端通过无线图传与无人机进行通讯，飞行监控参数包括：

无人机状态参数，包括飞行模式(是否在安全飞行状态)、水平/垂直速度、GPS信号质量、相对航高、剩余电量、航向角、俯仰角、横滚角；

相机状态参数，包括曝光参数(光圈值、曝光时间、感光度)、相机姿态即云台姿态(相对于地面参照系)、SD卡剩余容量；

任务执行状态参数：包括当前飞行航点、已完成百分比、采集时间间隔、任务剩余执行时间。

更进一步地，APP还包括任务管理模块，用于提供对往期航摄任务的保存、加载、回放，在每次航摄任务开始执行后，系统将该次航摄任务中各种参数的数值、测区范围、航线、航点以唯一的任务名称保存至数据库中；通过加载往期的每一次航摄任务，查看影像采集时的详细参数设置和任务执行状态；回放则是对任务执行顺序的一次回放，每次任务中，都会有不止一条航线，选择回放，则会展示该次任务每条航线的执行顺序、无人机飞行方式、影像采集方式和执行百分比。

优选地，所述APP终端、服务器、遥控器及无人机之间为无线通讯，或者APP终端与遥控器通过USB接口连接且通讯；所述APP终端为移动终端，包括手机、笔记本、平板电脑或者车载电脑。

本发明提供的一种基于APP的无人机航摄飞行遥控系统，针对单镜头相机的机动性，通过与无人机云台、飞行姿态相互配合，利用规划的五航线，可以模拟出多镜头方案的采集流程；通过制定测区倾斜影像采集的航线敷设方式，也就是在五个不同的方向进行测区信息的采集航线的敷设，便能利用单镜头无人机相机采集到符合倾斜影像内业处理要求的影像，在每条航线的起止点设置航点，无人机在飞行过程中按照航摄参数预设的拍摄间隔进行影像采集，直至所有航线都飞行完成；总之，通过合理的布设航线配合无人机飞行方向和相机倾角，高效高质的完成测区影像的采集，避免了通常规划的航线只能采集到正射影像，倾斜影像的采集需人工经过复杂的重复设置航摄参数才能获取的问题，自动化程度变得更高，减少了可能出现误差、失误的机会，保证了各航线之间的一致性；总之自动生成的五条航线之间具有相关性，参数如航高、四条倾斜航线的偏移距离、相机倾斜角度、重叠率、飞行速度等，一次设置，在五条航线的规划中都保持一致。

本发明的基于APP的无人机航摄飞行遥控系统是针对便携的移动设备而开发，便捷性和续航能力均优异；采用了Google/高德/百度地图作为底图数据，也支持从自身服务器中加载已发布的地图服务，包括shp、DEM、DSM、KML等格式的地图；如果测区范围(山区)没有网络，无法远程加载在线地图服务，则支持从本地加载地图数据，极大提高了大规模的外业作业中的适用性；也避免了原航线规划软件大多采用固定基线、等时间间隔的方式触发相机进行曝光，无法依据参数等来进行灵活控制的弊端。

附图说明

图1是本发明的无人机五航线的正视航线规划方法建立第一坐标系示意图；

图2是本发明的无人机五航线的正视航线规划方法0＜α≤π/2时坐标转换示意图；

图3是本发明的无人机五航线的正视航线规划方法π/2＜α≤π时坐标转换示意图；

图4是本发明的无人机五航线的正视航线规划图；

图5本发明的航线敷设示例，以正视、左视、右视航线为例示意图；

图6是本发明的无人机五航线的后视航线布设规划图；

图7是本发明的系统的航摄规划APP功能结构框图；

图8是本发明的航摄规划App产品架构图；

图9是单镜头多旋翼倾斜影像采集流程图；

图10是本发明的航摄规划App View层展示的正视航线设置图，图中虚线为正视航线；

图11是本发明的航摄规划App View层展示的前视航线设置图，图中虚线为前视航线；

图12是本发明的航摄规划App View层展示的后视航线设置图，图中虚线为后视航线；

图13是本发明的航摄规划App View层展示的左视航线设置图，图中虚线为左视航线；

图14是本发明的航摄规划App View层展示的右视航线设置图，图中虚线为右视航线；

图15是本发明的航摄规划App View层展示的任务管理状态图；

图16是本发明的航摄规划App View层展示的任务执行状态图。

其中，1-无人机，2-测区，3-正视航线，4-左视航线，5-右视航线，6-前视航线a，7-后视航线a。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1，如图7，本发明的系统的航摄规划APP功能结构框图，本发明提供一种基于APP的无人机航摄飞行遥控系统,包括服务器、设置有遥控器的无人机，还包括APP终端，所述APP终端、服务器、遥控器及无人机互相通讯；

所述APP终端内设置有无人机航线规划及飞行遥控APP，所述APP包括：

任务航线设置模块，用于航摄任务的基本设置，通过任务航线设置模块，生成详细的航摄任务，包括测区、航线/航点、影像采集时间间隔、影像格式、影像宽高比，是保证影像采集保质保量完成的关键环节，具体包括

测区导入模块，用于测区范围的确定；

航摄参数设置模块，系统需要根据经验值预设常用参数值；同时提供调整参数的入口，设置的参数包括航向重叠率、旁向重叠率、航高/GSD、相机倾角、飞行速度、照片格式；

航线生成模块，如果测区为规则/不规则多边形区域，根据测区范围和航摄参数，系统生成航线，保证测区采集影像的表面信息完整性；如果测区为地物高集中区或独立地物，则按照等差航高生成几条环绕飞行路线；

任务执行模块，用于航摄任务设置完成后，执行该次任务；

地图管理模块，用于提供了测区范围选择的地图依据；

所述服务器为App提供属性数据服务和空间数据服务，属性数据包括飞行任务航摄参数数据、飞行轨迹数据，空间数据包括测区范围选择的地图数据；

所述遥控器执行App请求的飞行任务遥控命令，遥控所述无人机完成航摄飞行任务。

所述航线生成模块中，系统生成航线为五航线，所述五航线规划模块具体包括：

建立坐标系单元，用于绘制的测区凸多边形的定位，使凸多边形位于第一直角坐标系OXY坐标系第一象限；航线规划要进行坐标转换，使转换后的第二直角坐标系即O′X′Y′坐标系的横坐标轴X'与无人机航向平行，纵坐标轴为Y'，且测区仍位于第二直角坐标系的第一象限内；

无人机采集影像的作业是一种重复运行，每一条作业航线都独立对应着一块固定宽度d的采集区域(一张影像的宽度)，因此可以通过划分自采集区域的方式来生成无人机的影像采集航线。首先建立坐标系方法如下：

设定绘制的测区为凸多边形D₁D₂D₃,...,D_m，m为凸多边形的顶点个数，则获取凸多边形顶点的经度最小值Lon_min和纬度最小值Lat_min，并假设经纬度分别小于Lon_min、Lat_min的任一点O为无人机的起点，如图1所示，在计算过程中，以O为第一坐标原点，经度朝东方向为X正轴，纬度朝北方向为Y正轴，建立第一直角坐标系即OXY坐标系，保证凸多边形位于第一直角坐标系第一象限；

定义无人机航向角α为无人机飞行方向与正北方向的夹角，在第一直角坐标系中，是与Y轴正方向的夹角，如图2、3所示；为了方便无人机的航线规划，航线规划要进行坐标转换，使转换后的第二直角坐标系即O′X′Y′坐标系的横坐标轴X'与无人机航向平行，纵坐标轴为Y'，且测区仍位于第二直角坐标系的第一象限内；

坐标转换单元，用于将坐标原点O移动到O′点，进行坐标转换；

坐标转换单元中进一步地包括：共享航线单元，用于当π＜α≤2π时，无人机的采集航向与(α-π)时的采集航向相反，此时与(α-π)时共享一条航线，按照相反的顺序遍历航点即可在0～π范围内设置航线，可完成整条航线的生成；

坐标转换方法如下：如图2、3所示，

①当0＜α≤π/2，求出各顶点横坐标的最小值X_min和最大值X_max，生成两条直线X＝X_min，X＝X_max分别与X相交于点(X_min,0)和(X_max,0)。过点(X_max,0)做平行于无人机航向的直线，表达式为y＝cotα(X-X_max)，与直线X＝X_max相交于点O；当π/2＜α≤π，求各顶点纵坐标最小值Y_min和最大值Y_max，做两条直线y＝y_min和y＝y_max与Y轴相交于点(0，Y_min)和(0，Y_max)；过点(O，Y_min)做平行于无人机航向的直线，表达式为x＝cot α(Y-Y_max)，与直线y＝y_max相交于点O′；

②坐标转换，将坐标原点O移动到O′点，当0＜α≤π/2时，坐标逆时针旋转(π-α)角度，当π/2＜α≤π时，坐标顺时针旋转(α-π/2)角度，第二直角坐标系O′X′Y′的X′轴与直线y＝cotα(X-X_max)平行，坐标转换方程如下：

式中，α为航向角，单位°；x_o′和y_o′为O′在原OXY坐标系下的横坐标与纵坐标；(x，y)和(x′，y′)分别为第一直角坐标系OXY坐标系上和第二直角坐标系O′X′Y′坐标系上的坐标；

所述的坐标转换单元中进一步地包括：共享航线单元，用于当π＜α≤2π时，无人机的采集航向与(α-π)时的采集航向相反，此时与(α-π)时共享一条航线，按照相反的顺序遍历航点即可在0～π范围内设置航线，可完成整条航线的生成；共享航线具体方法如下：

所述坐标转换方法中，设定凸多边形顶点D_j在O′X′Y′上的坐标为当π＜α≤2π时，无人机的采集航向与(α-π)时的采集航向相反，此时，与(α-π)时的航线为共享航线(同一条航线)，按照相反的顺序遍历航点即可；由于0＜α-π＜π，因此只需对无人机采集航向在0～π范围内进行设置即可完成整条航线的生成。

子采集区域分割单元，用于子采集区域的分割，通过子采集区域确定绘制的测区凸多边形的航线和所有的航点P；

子采集区域分割的方法如下：

设凸多边形测区D₁D₂D₃...D_m总共有(m-1)条边界线，边界线L_j(D_jD_j+1)的表达式为

其中，

由(y′_max-y′_min)/d的比值可得到子采集区域个数，其中，y′_max与y′_min分别是采集区域纵坐标的最大值与最小值，d为无人机的采集幅宽即航线间隔，当(y′_max-y′_min)/d＝n-1或n-2＜(y′_max-y′_min)/d＜n-1时，说明有(n-1)条航线，n条子采集区域，航线表达式为y′＝y′_max-(k-1)d，k＝1，2，...，n；

如图4所示，在采集区域D₁D₂D₃...D_m的一块子采集区域内，为了保证航线完全覆盖且飞行距离最短，航线飞行的起始航点和终止航点的横坐标应为子采集区域横坐标的两个极值，即横坐标的极限值；第k块子采集区域的两条分割线分别为y′＝y′_max-k·d和y′＝y′_max-(k-1)·d，当采集区域的边界线L_j(j＝1，2，...，m-1)有满足y′_max-k·d≤y′≤y′_max-(k-1)·d的点时，将x′坐标的最小值和最大值提取出来，分别标记为x′_kmin和x′_kmax，这两个横坐标值就是第k块子采集区域横坐标的两个极限值，因此，第K条航线对应的两个航点为(x′_kmin，y′_max-(k-1/2)d)和(x′_kmax，y′_max-(k-1/2)d)；

完成以上步骤后，所有的航点都可以计算出来，但是这些航点是无序的，而无人机需要按照一定的顺序执行这些航点才能完成采集任务。

航点P的顺序排列单元：用于航点P的顺序排列，在各航点P中，无人机从第一条航线执行开始采集数据时，一个循环周期内包含四个航点，完成后循环执行下一个周期，直到执行完成整条航线；航点P的顺序排列方法具体为：

在所有航点P中，无人机从第一条航线执行开始采集数据时，一个循环周期内包含四个航点，完成后循环执行下一个周期，遍历完所有的航点为止，由此，可以得到航点P的顺序与坐标：

式中，d—无人机采集幅宽，即航线间距；

当子采集区域个数(n-1)为奇数时，最后一个航点为P_4t-2，t＝n/2；当(n-1)为偶数时，最后一个航点为P_4t，t＝(n-1)/2；排序完成。

如此，获得(生成)无人机五航线中的正视航线。

还包括航线调优单元，用于通过对比不同航向角α的S′值，α为航向角，S′为无人机采集测区的实际飞行总面积(m²)，可以得到实际飞行面积和最小的航向角与航点比较得出实际飞行面积小、航线短的航线，此时的飞行航线即为测区影像采集的较优解；航线调优方法为：

利用所述无人机对采集影像时的航向角α，对采集效率与无人机实际飞行区域进行调优的具体方法如下：

根据公式，

式中，S′为无人机采集测区的实际飞行总面积(m²)，无人机对采集影像时的航向角α；通过对比不同航向角α的S′值，得到实际飞行面积和最小的航向角与航点，比较得出实际飞行面积小、航线短的航线，此时的飞行航线即为测区影像采集的较优解。因为一开始生成航线是预设了一个航向角，这时候拿到较优的航向角后，重新计算就可以。

还包括无人机五航线中其余四航线生成单元，用于前视航线、后视航线、左视航线、右视航线的生成，具体通过平移/旋转无人机正视航线的方式生成。无人机五航线还包括前视航线、后视航线、左视航线、右视航线，所述前视航线、后视航线、左视航线、右视航线用于对于地物的侧面影像采集，通过平移/旋转无人机正视航线的方式生成，如图5所示的图航线敷设示例，以前视、左视、右视航线为例。具体使用时还需配合调整无人机的相机云台角度，本实施例中前视航线a和后视航线a布设方式如图6所示，以采集后视地物信息为例，在正视航线的基础上，前视、后视(角度)航线进行平移即可，没有进行旋转；左视、右视(角度)航线进行90°的旋转和平移。相机的曝光方向和航线垂直，并且朝向为测区，这样就能采集到测区五个航线视觉方向的地物侧面信息。

具体地，所述测区导入模块，具体为用户提供两种输入方式，第一种是系统预设区域，为用户提供调整顶点数、顶点位置的操作，进行测区范围的自定义，因测区是根据用户当前位置由系统自动生成，顶点数和顶点位置也随之进行后续调整；第二种为导入已编辑的测区范围，具体为kml/kmz格式的数据。

实施例2，与实施例1相比，不同之处在于，所述任务执行模块具体包括：

手动模式模块，在手动模式下，App的主要用于提供航拍参数的优化，为飞手直接提供航摄相关的信息，并自动调整相关参数，包括曝光参数、影像格式，用于辅助航拍的进行；减轻飞行控制者的压力，此模式下的辅助功能同时也可以在半自动或自动模式中应用；

半自动模式模块，包括飞行优先模式和拍摄优先模式，

半自动模式下的飞行优先模式：不使用自动航线，而只规定影像采集基线(即航向重叠率)和航带间隔(即旁向重叠率)，由人工遥控无人机的飞行路线、相机倾角、飞行速度；APP根据无人机的飞行速度和位移值自动触发快门采集影像或者由人工手动触发快门作为参考；

半自动模式下的拍摄优先模式：使用自动航线遥控无人机自动飞行，但不自动触发快门拍照，而是人工遥控相机倾角和拍摄时机，在此模式下，用户通过遥控器可以终止无人机的自动飞行并令其返航；

全自动模式模块，

全自动模式下，APP生成航线后，将包括无人机的起飞、巡航、降落、速度的飞行状态、相机倾角、采集时间间隔在起飞前设置完成并上传至APP，无人机将以详细的航线进行飞行和影像采集，而无须任何人工干预。

其余内容与实施例1相同。

实施例3，与实施例1相比，不同之处在于，所述地图管理模块具体包括：

地图加载模块，APP支持各种类型的地图加载，在联网的情况下，系统提供第三方(高德/Google/百度)在线地图服务提供的卫星影像作为参考来绘制测区；如果测区范围内没有卫星影像，则选择从自身服务器中加载已发布的地图服务，包括shp、DEM、DSM、KML等格式的地图；如果测区范围(山区)没有网络，无法远程加载在线地图服务，则从本地加载地图数据，本地地图数据是提前保存在终端APP中的，可能一些数据会更新不及时；

地图操作模块，APP的地图界面提供基础以及部分进阶地图操作,支持多点触控的平移、旋转、缩放等基础操作；支持用户自定义的绘图操作，如添加点、线、面要素，用于测区范围的绘制；支持简单的空间分析：距离量测、面积量测、经纬度显示；

位置管理模块，APP通过实时定位、测区定位、坐标查询、地理编码查询方式，用于为操作人员提供快速定位。

其余内容与实施例1相同。

实施例4，与实施例3相比，不同之处在于，所述APP还包括飞行监控模块，飞行监控模块用于APP终端实时获取无人机和相机云台的信息，用户判断飞行状态、航拍是否正常执行，同时了解任务进度；APP终端通过无线图传与无人机进行通讯，飞行监控参数包括：

无人机状态参数，包括飞行模式(是否在安全飞行状态)、水平/垂直速度、GPS信号质量、相对航高、剩余电量、航向角、俯仰角、横滚角；

相机状态参数，包括曝光参数(光圈值、曝光时间、感光度)、相机姿态即云台姿态(相对于地面参照系)、SD卡剩余容量；

任务执行状态参数：包括当前飞行航点、已完成百分比、采集时间间隔、任务剩余执行时间。

其余内容与实施例3相同。

实施例5，与实施例4相比，不同之处在于，APP还包括任务管理模块，用于提供对往期航摄任务的保存、加载、回放，在每次航摄任务开始执行后，系统将该次航摄任务中各种参数的数值、测区范围、航线、航点以唯一的任务名称保存至数据库中；通过加载往期的每一次航摄任务，查看影像采集时的详细参数设置和任务执行状态；回放则是对任务执行顺序的一次回放，每次任务中，都会有不止一条航线，选择回放，则会展示该次任务每条航线的执行顺序、无人机飞行方式、影像采集方式和执行百分比。

其余内容与实施例4相同。

实施例6，与实施例1相比，不同之处在于，所述APP终端、服务器、遥控器及无人机之间为无线通讯，或者APP终端与遥控器通过USB接口连接且通讯；所述APP终端为移动终端，包括手机、笔记本、平板电脑或者车载电脑。

其余内容与实施例1相同。

本发明的航线规划App基于Android平台开发，采用MVP架构；数据存储采用SQLite，通过GreenDao技术进行访问；在线底图采用高德AMap Android SDK，离线地图加载使用ArcGIS Runtime SDK for Android；无人机操控交互采用大疆DJI Mobile SDK。开发了用于倾斜影像采集的五航线自动智能规划方法移动端App及航摄飞行遥控系统。航线规划App是面向外业工作人员的工具类应用程序，由于移动端App的特点，设计时必须充分考虑其简洁性、易用性、安全性、高效性和可维护性。如图8所示，服务端：服务端是为客户端App提供属性数据服务和空间数据服务。空间数据服务包括提供客户端加载的自定义地图文件：shp、kml、DEM等；属性数据库用于保存客户端产生的各种有用信息，如每次飞行任务参数数据、飞行轨迹数据、任务管理数据等。服务端通过RESTful风格的接口与客户端实现交互。客户端：客户端App充分考虑的软件设计中的模块分工、可测试性、良好的易用性等软件架构思维，采用比较流行的MVP架构来构建客户端应用。MVP是单词Model ViewPresenter的首字母的缩写，分别表示数据层、视图层、发布层，它是MVC架构的一种演变；View层:是视图层，实际所看到的界面，显示数据并将指令传送到Presenter层以便作用于数据的一个接口；在本产品中，View主要担负用户与界面操作逻辑的交互，并将响应传送至Presenter层，中间层，即客户端软件，如在地图上绘制测区后，将测区的范围数据转发至Presenter层，用于进一步的逻辑计算。Model层：数据层，服务端和客户端均有。在MVP架构中Model它负责对数据的存取操作，例如对数据库的读写，网络的数据的请求等；在本产品中，主要负责任务参数、任务管理等属性信息与自定义地图等空间数据的请求。Presenter层：对于Presenter层是连接View层与Model层的桥梁并对业务逻辑进行处理；在本产品中，主要负责响应View层的响应逻辑，如根据View层设置的航线参数和测区范围，自动生成飞行航线后转发至View层，由View层将航线绘制到地图界面上。

利用本发明的系统进行无人机航摄影像采集流程如图9所示：

一般要完成一次规范的、成功的航摄任务，以保证影像的采集质量符合要求，倾斜摄影的外业航摄任务需要遵循一系列的流程，

1、参考地图底图和卫星影像，明确测区范围以及测区内主要地物类型；

2、根据影像采集的地面采样距离要求，计算并确定影像采集中的关键参数；

3、确定航摄技术参数后，拟定飞行计划，包括无人机的飞行方式和影像的采集方式做全面的设计，以保证采集到符合内业处理要求的影像；

4、飞行计划拟定完成后，可通过实地调研，优化飞行计划，并开始实施飞行；

在影像采集中，为了产出航摄成果可以达到一定的精度要求，需要通过技术参数要求来保证精度：

(1)地面采样距离(Ground Sampling Distance，GSD)：指数字影像中用地面距离单位表示的像素大小，即地面分辨率；

(2)航向重叠率：无人机在飞行方向上相邻影像重叠的比例(％)，用于计算航向基线长度；

(3)旁向重叠率：相邻航线间的影像重叠的比例(％)，用于计算航线的间隔；

(4)容许像移值：在曝光时间中，焦平面上镜头成像的最大值是像素大小与像素大小(无单位)的比率。该参数描述图像的动态模糊程度，并通过无人机参数和相机参数计算出无人机的最大巡航速度。

上述这些参数都是影响影像采集精度的关键指标，通常人为在任务执行前指定。在航线规划中，航摄参数即航高、摄影基线长度、航线间隔长度、最大巡航速度、任务执行时间等都基于上述这些参数进行计算和确定。

经过测区调研、航摄参数确定后，就可以针对测区进行影像采集的方案制定，利用航摄参数生成符合采集精度要求的航线。一般情况下，生成的航线是针对正射影像的采集，为了利用单镜头无人机相机采集到符合倾斜影像内业处理要求的影像，必须在五个不同的方向进行测区信息的采集也就是航线的敷设，即正射、前视、后视、左视、右视航线的敷设。五航线确定后，航摄开始，在每条航线的起止点设置航点，飞行完成正射航线后，改变相机倾角，无人机在飞行过程中按照航摄参数预设的拍摄间隔进行影像采集，直至所有航线都飞行完成，结束航摄。

Claims (10)

1.一种基于APP的无人机航摄飞行遥控系统，包括服务器、设置有遥控器的无人机，其特征在于还包括APP终端，所述APP终端、服务器、遥控器及无人机互相通讯；

所述APP终端内设置有无人机航线规划及飞行遥控APP即航摄规划APP，所述APP包括：

任务航线设置模块，用于航摄任务的基本设置，通过任务航线设置模块，生成详细的航摄任务，包括测区、航线/航点、影像采集时间间隔、影像格式、影像宽高比，体包括

测区导入模块，用于测区范围的确定；

航摄参数设置模块，系统需要根据经验值预设常用参数值；同时提供调整参数的入口，设置的参数包括航向重叠率、旁向重叠率、航高/GSD、相机倾角、飞行速度、照片格式；

航线生成模块，如果测区为规则/不规则多边形区域，根据测区范围和航摄参数，系统生成航线，保证测区采集影像的表面信息完整性。

任务执行模块，用于航摄任务设置完成后，执行该次任务；

地图管理模块，用于提供了测区范围选择的地图依据；

所述服务器为App提供属性数据服务和空间数据服务，属性数据包括飞行任务航摄参数数据、飞行轨迹数据，空间数据包括测区范围选择的地图数据；

所述遥控器执行App请求的飞行任务遥控命令，遥控所述无人机完成航摄飞行任务。

2.根据权利要求1所述的航摄飞行遥控系统，其特征在于所述航线生成模块中，系统生成航线为五航线，所述五航线规划模块具体包括：

建立坐标系单元，用于绘制的测区凸多边形的定位，使凸多边形位于第一直角坐标系OXY坐标系第一象限；航线规划要进行坐标转换，使转换后的第二直角坐标系即O′X′Y′坐标系的横坐标轴X'与无人机航向平行，纵坐标轴为Y'，且测区仍位于第二直角坐标系的第一象限内；

坐标转换单元，用于将坐标原点O移动到O′点，进行坐标转换；

坐标转换单元中进一步地包括：共享航线单元，用于当π＜α≤2π时，无人机的采集航向与(α-π)时的采集航向相反，此时与(α-π)时共享一条航线，按照相反的顺序遍历航点即可在O～π范围内设置航线，可完成整条航线的生成；

子采集区域分割单元，用于子采集区域的分割，通过子采集区域确定绘制的测区凸多边形的航线和所有的航点P；

航点P的顺序排列单元：用于航点P的顺序排列，在各航点P中，无人机从第一条航线执行开始采集数据时，一个循环周期内包含四个航点，完成后循环执行下一个周期，直到执行完成整条航线。

3.根据权利要求2所述的航摄飞行遥控系统，其特征在于所述五航线规划模块还包括无人机五航线中其余四航线生成单元，用于前视航线、后视航线、左视航线、右视航线的生成，具体通过平移/旋转无人机正视航线的方式生成。

4.根据权利要求1所述的航摄飞行遥控系统，其特征在于所述测区导入模块，具体为用户提供两种输入方式，第一种是系统预设区域，为用户提供调整测区凸多边形顶点数、顶点位置的操作，进行测区范围的自定义；第二种为导入已编辑的测区范围。

5.根据权利要求1所述的航摄飞行遥控系统，其特征在于所述任务执行模块具体包括：

手动模式模块，在手动模式下，App的主要用于提供航拍参数的优化，为飞手直接提供航摄相关的信息，并自动调整相关参数，包括曝光参数、影像格式，用于辅助航拍的进行；

半自动模式模块，包括飞行优先模式和拍摄优先模式，

半自动模式下的飞行优先模式：不使用自动航线，而只规定影像采集基线和航带间隔，由人工遥控无人机的飞行路线、相机倾角、飞行速度；APP根据无人机的飞行速度和位移值自动触发快门采集影像或者由人工手动触发快门作为参考；

半自动模式下的拍摄优先模式：使用自动航线遥控无人机自动飞行，但不自动触发快门拍照，而是人工遥控相机倾角和拍摄时机，在此模式下，用户通过遥控器可以终止无人机的自动飞行并令其返航；

全自动模式模块，

全自动模式下，APP生成航线后，将包括无人机的起飞、巡航、降落、速度的飞行状态、相机倾角、采集时间间隔在起飞前设置完成并上传至APP，无人机将以详细的航线进行飞行和影像采集，而无须任何人工干预。

6.根据权利要求1所述的航摄飞行遥控系统，其特征在于所述地图管理模块具体包括：

地图加载模块，APP支持各种类型的地图加载，在联网的情况下，系统提供第三方在线地图服务提供的卫星影像作为参考来绘制测区；如果测区范围内没有卫星影像，则选择从自身服务器中加载已发布的地图服务，。如果测区范围没有网络，无法远程加载在线地图服务，则从本地加载地图数据；

地图操作模块，APP的地图界面提供基础以及部分进阶地图操作,支持多点触控的平移、旋转、缩放等基础操作；支持用户自定义的绘图操作，如添加点、线、面要素，用于测区范围的绘制；支持简单的空间分析：距离量测、面积量测、经纬度显示；

位置管理模块，APP通过实时定位、测区定位、坐标查询、地理编码查询方式，用于为操作人员提供快速定位。

7.根据权利要求1-6中的任何一项所述的飞行遥控系统，其特征在于所述APP还包括飞行监控模块，

飞行监控模块用于APP终端实时获取无人机和相机云台的信息，用户判断飞行状态、航拍是否正常执行，同时了解任务进度；无人机APP终端通过无线图传与无人机进行通讯，飞行监控参数包括：

无人机状态参数，包括飞行模式、水平/垂直速度、GPS信号质量、相对航高、剩余电量、航向角、俯仰角、横滚角；

相机状态参数，包括曝光参数、相机姿态即云台姿态、SD卡剩余容量；

任务执行状态参数：包括当前飞行航点、已完成百分比、采集时间间隔、任务剩余执行时间。

8.根据权利要求1-6中的任何一项所述的飞行遥控系统，其特征在于所述APP还包括任务管理模块，用于提供对往期航摄任务的保存、加载、回放，在每次航摄任务开始执行后，系统将该次航摄任务中各种参数的数值、测区范围、航线、航点以唯一的任务名称保存至数据库中；通过加载往期的每一次航摄任务，查看影像采集时的详细参数设置和任务执行状态；回放则是对任务执行顺序的一次回放，每次任务中，都会有不止一条航线，选择回放，则会展示该次任务每条航线的执行顺序、无人机飞行方式、影像采集方式和执行百分比。

9.根据权利要求7中的任何一项所述的飞行遥控系统，其特征在于所述APP还包括任务管理模块，用于提供对往期航摄任务的保存、加载、回放，在每次航摄任务开始执行后，系统将该次航摄任务中各种参数的数值、测区范围、航线、航点以唯一的任务名称保存至数据库中；通过加载往期的每一次航摄任务，查看影像采集时的详细参数设置和任务执行状态；回放则是对任务执行顺序的一次回放，每次任务中，都会有不止一条航线，选择回放，则会展示该次任务每条航线的执行顺序、无人机飞行方式、影像采集方式和执行百分比。

10.根据权利要求1的飞行遥控系统，其特征在于所述APP终端、服务器、遥控器及无人机之间为无线通讯，所述APP终端为移动终端，包括手机、笔记本、平板电脑或者车载电脑。