CN111896474A - 一种基于航空无人机的brdf数据采集和数据同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及BRDF数据采集和数据同步技术领域，且公开了一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法，包括以下步骤：S1、确定好需测量的目标区域，S2、到达测量区域后，控制无人机起飞，S3、先对测量区域飞一遍正射。然后以测量点为圆心，测量高度H为半径的半球上，沿半径R的半球面，按天顶角θ,2θ,3θ，…,N*θ，规划N圈环绕飞行航线，S4、半球顶点是第一个点，然后是第一圈第一点、第二点……第N点，第一圈最后一个点。本发明通过采用卫星定位接收机PPS秒脉冲作为时间同步，时间精度可达纳秒级，极大的提高了BRDF测量精度。同时采用弟子硬件触发同步和时间同步两周方法配合，具有较好的灵活性，方便用户同步额外的辅助数据。

Description

一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法
技术领域
本发明涉及BRDF数据采集和数据同步技术领域，具体为一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法。
背景技术
自然条件下，地表对太阳辐射的反射是各向异性的，通常用双向反射分布函数来描述，其定义为目标某一出射方向上的辐射亮度与某一入射方向照射在该面元上的辐射照度之比，BRDF是遥感研究和应用的基础参数之一。随着定量化遥感的发展，用于高精度的光谱测量及定标目的的地面BRDF测量越来越重要，高效及高质量的数据采集同步方法与相应的传感器控制系统是BRDF测量系统的一个重要组成部分，是实现BRDF测量的关键技术之一。
当前，BRDF测量一般都通过人工手持传感器或者通过架设地面支架安装传感器进行观测，这两种方法都有其局限性：首先，观测者本身的反射和散射对观测目标的辐射量有一定的影响，从而影响最终测量数据的精度。
当前，有随着无人机的普及，且无人机可靠性和无人机载重量提高的情况下，使得BRDF的无人机测量成为可能。要进一步提高数据精度，需要做好数据间的采集和同步，以保证高可靠的数据精度。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法，达到保证BRDF的无人机测量高可靠的数据精度的目的。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法，包括以下步骤：
S1、确定好需测量的目标区域，
S2、到达测量区域后，控制无人机起飞，
S3、先对测量区域飞一遍正射，然后以测量点为圆心，测量高度H为半径的半球上，沿半径R的半球面，按天顶角θ,2θ,3θ，…,N*θ，规划N圈环绕飞行航线，
S4、半球顶点是第一个点，然后是第一圈第一点、第二点……第N点，第一圈最后一个点，然后依次进行后续圈飞行，每个点到达后，ARM采集系统给出硬件触发脉冲，触发高光谱仪采集和相机采集，在每一圈最后一个点结束后，调节云台角度，
S5、测量后，使用每个点的照片和正射影像做空三结算，再使用惯导数据辅助，计算出每个点最终的测量姿态角，
S6、依据测量时的卫星定位的位置和时间信息，可计算出测量时刻的太阳天顶角和方位角，最后计算出准确的测量区域R半球面测量点的BRDF数值，
S7、依靠卫星定位接收机PPS秒脉冲和时间戳信号，实现与卫星定位辅助惯导的时间同步，数据采集系统和高光谱仪之间靠时间同步子块和电子硬件触发同步，
优选的，所述无人机上设置有高光谱仪与高分辨率面阵相机。
优选的，所述测试所有点过程中，飞机机头始终指向目标区域。
优选的，所述除起始顶点只测试1组数据外，第一圈和第二圈圈等距测试点数，间距不小于30°；第三圈到第N圈，除和第一圈第二圈方位角相同的点之间插入采样点，间距不小于10°，且间距为30°/M，M为细分数，使得采样点数尽可能覆盖半球面。
优选的，所述其使用的高光谱仪不受具体实现形式限制，涵盖但不局限光纤高光谱仪和高光谱成像仪。
本发明提供了一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法。具备以下有益效果：
(1)、本发明通过采用卫星定位接收机PPS秒脉冲作为时间同步，时间精度可达纳秒级，极大的提高了BRDF测量精度。同时采用弟子硬件触发同步和时间同步两周方法配合，具有较好的灵活性，方便用户同步额外的辅助数据。
(2)、本发明通过采用高分辨率相机视觉算法解析和卫星定位辅助惯导同时去解析姿态，使得测量更加可信，相比当前的BRDF测量，精度更高，使得BRDF的无人机测量成为可能，进一步提高了数据精度，保证了高可靠的数据精度。
附图说明
图1为本发明系统框图；
图2为本发明BRDF测量框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施实例：
如图1-2所示，本发明提供一种技术方案：一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法，包括以下步骤：
S1、确定好需测量的目标区域。
S2、到达测量区域后，控制无人机起飞，无人机上设置有高光谱仪与高分辨率面阵相机，测量时，到达当前圈前，数据采集系统将调圈触发脉冲信号给多轴稳定平台，到达测量点时，触发信号由无人机飞行控制系统给数据采集控制系统，数据采集控制系统再发送采集触发脉冲给高分辨率面阵相机和高光谱仪，高分辨率面阵相机和高光谱仪的数据可以自己存储，也可存储于数据采集控制系统，姿态信息、航迹信息和数据同步信息存储于数据采集及系统。
S3、先对测量区域飞一遍正射，然后以测量点为圆心，测量高度H为半径的半球上，沿半径R的半球面，按天顶角θ,2θ,3θ,…,N*θ，规划N圈环绕飞行航线，测试所有点过程中，飞机机头始终指向目标区域，除起始顶点只测试1组数据外，每圈等距测试点数，间距不小于30°；第三圈到第N圈，除和第一圈第二圈方位角相同的点之间插入采样点，间距不小于10°，且间距为30°/M，M为细分数，使得采样点数尽可能覆盖半球面。
S4、半球顶点是第一个点，然后是第一圈第一点、第二点……第N点，第一圈最后一个点，然后依次进行后续圈飞行每个点到达后，ARM采集系统给出硬件触发脉冲，触发高光谱仪采集和相机采集；在每一圈最后一个点结束后，调节云台角度。
S5、测量后，使用每个点的照片和正射影像做空三结算，再使用惯导数据辅助，计算出每个点最终的测量姿态角。
S6、依据测量时的卫星定位的位置和时间信息，可计算出测量时刻的太阳天顶角和方位角，最后计算出准确的测量区域R半球面测量点的BRDF数值。
S7、依靠卫星定位接收机PPS秒脉冲和时间戳信号，实现与卫星定位辅助惯导的时间同步，数据采集系统和高光谱仪之间靠时间同步子块和电子硬件触发同步，使用的高光谱仪不受具体实现形式限制，涵盖但不局限光纤高光谱仪和高光谱成像仪。
综上可得，本发明通过采用卫星定位接收机PPS秒脉冲作为时间同步，时间精度可达纳秒级，极大的提高了BRDF测量精度。同时采用弟子硬件触发同步和时间同步两周方法配合，具有较好的灵活性，方便用户同步额外的辅助数据，通过采用高分辨率相机视觉算法解析和卫星定位辅助惯导同时去解析姿态，使得测量更加可信，相比当前的BRDF测量，精度更高，使得BRDF的无人机测量成为可能，进一步提高了数据精度，保证了高可靠的数据精度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、确定好需测量的目标区域；
S2、到达测量区域后，控制无人机起飞；
S3、先对测量区域飞一遍正射，然后以测量点为圆心，测量高度H为半径的半球上，沿半径R的半球面，按天顶角θ,2θ,3θ，…，N*θ，规划N圈环绕飞行航线；
S4、半球顶点是第一个点，然后是第一圈第一点、第二点……第N点，第一圈最后一个点，然后依次进行后续圈飞行，每个点到达后，ARM采集系统给出硬件触发脉冲，触发高光谱仪采集和相机采集，在每一圈最后一个点结束后，调节云台角度；
S5、测量后，使用每个点的照片和正射影像做空三结算，再使用惯导数据辅助，计算出每个点最终的测量姿态角；
S6、依据测量时的卫星定位的位置和时间信息，可计算出测量时刻的太阳天顶角和方位角，最后计算出准确的测量区域R半球面测量点的BRDF数值；
S7、依靠卫星定位接收机PPS秒脉冲和时间戳信号，实现与卫星定位辅助惯导的时间同步，数据采集系统和高光谱仪之间靠时间同步子块和电子硬件触发同步。
2.根据权利要求1所述的一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法，其特征在于：所述无人机上设置有高光谱仪与高分辨率面阵相机。
3.根据权利要求1所述的一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法，其特征在于：所述测试所有点过程中，飞机机头始终指向目标区域。
4.根据权利要求1所述的一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法，其特征在于：所述除起始顶点只测试1组数据外，第一圈圈等距测试点数，间距不小于30°；第三圈到第N圈，除和第一圈第二圈方位角相同的点之间插入采样点，间距不小于10°，且间距为30°/M，M为细分数，使得采样点数尽可能覆盖半球面。
5.根据权利要求1所述的一种基于航空无人机的BRDF数据采集和数据同步方法，其特征在于：所述其使用的高光谱仪不受具体实现形式限制，涵盖但不局限光纤高光谱仪和高光谱成像仪。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201106

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