CN112710311B - 一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法，包括：S1，确定最优航线航向；S2，摄影基线和航带间距的计算：根据相机参数、相对航高、航向重叠率和旁向重叠度计算摄影基线长度和航带间距；S3，计算航点坐标；S4，计算航摄点的相对航高；S5，计算航摄点航向角和俯仰角：根据航摄曝光点、对应地面投影点的坐标关系和相对位置进行无人机拍摄俯仰角Pitch和航向角Yaw的自适应计算，适时增加航摄点和跳转作业的拍摄角度，捕获更多的侧面纹理。该方法提高了数据采集质量，实现了不同地形下无人机仿地飞行规划、航摄点自动添加以及摄影多角度自适应计算，提高了后期数据处理的精度与效率。

Description

一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法

技术领域

本发明涉及三维场景构建领域，特别是涉及一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法。

背景技术

基于无人机开展三维实景重建作业前要进行航线规划，确定无人机的飞行高度、航带、曝光点位置、曝光度、相机角度等信息。

传统的航带、航带曝光点规划方法存在以下问题：

一、现有方法主要以二维平面开展航线规划，规划飞行的相对航高时没有充分考虑地形起伏的影响，造成一个测区内采集航片比例尺差异过大，空三匹配难以通过等难题；

二，传统三维实景重建航线规划算法(单镜头)在同一测区进行多次数据采集，采集效率较低，数据冗余度高；

三，对应传统算法而言，没有充分考虑地形起伏的影响，采用统一的云台相机倾斜角度进行数据采集，因此无法有效采集陡峭山体等地物的侧面信息。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法，利用既有地形数据为数据源进行三维场景构建，在三维场景下通过给定起飞点和数据采集的区域范围以及航摄数据采集所采用的相机参数、相对航高，实现航带和航摄点的自动规划。

为此，本发明的技术方案如下：

一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法，包括以下步骤：

S1，确定最优航线航向：根据航飞范围的边缘坐标计算最长的测区方向，以此方向作为航向，将该方向与正北的夹角作为最优航线方向的航偏角θ；

S2，摄影基线和航带间距的计算：根据相机参数、相对航高、航向重叠率和旁向重叠度计算摄影基线长度和航带间距；

S3，计算航点坐标：根据所述航偏角θ进行大地坐标系顺时针旋转，令航线方向平行于坐标系Y轴方向，确定测区X轴方向的最大、最小值，并根据航带间距确定每条航带的X坐标，根据摄影基线和测区的范围确定每条航带上的Y坐标；将X，Y坐标进行坐标旋转，得到大地坐标系下的航点坐标(x，y)；

S4，计算航摄点的相对航高：确定起飞点的大地水准高程H(绝对高程)，并利用航点坐标和既有地形数据获取每个航点位置的地面投影高程，利用起飞点绝对高程、设计相对航高和每个地面航摄曝光点的投影点高程计算各个点的作业相对航高h；

S5，计算航摄点航向角和俯仰角：

根据航摄曝光点、对应地面投影点的坐标关系和相对位置进行无人机拍摄俯仰角Pitch和航向角Yaw的自适应计算，适时增加航摄点和跳转作业的拍摄角度，保证无人机的仿地飞行和拍摄角度的自适应，从而捕获更多的侧面纹理。

上述的步骤S2中，通过以下步骤计算摄影基线长度和航带间距：

1)根据相机CCD像元的大小值P与阵列数目P_x*P_y确定相机像幅边长Lx、Ly，利用相机主焦距F和相对航高h确定摄影比例尺m，其中：

L_x＝p×p_x；L_y＝p×p_y；

2)利用所述像幅边长Lx、Ly、摄影比例尺m、航向重叠度q_x和旁向重叠度q_y确定摄影基线长度B_x和航带间距B_y：

B_x＝(1-p_x)*m*L_x；

B_y＝(1-q_x)*m*L_y。

上述的步骤S3中，航点坐标的计算方法如下：

1)大地坐标系以东西方向为X轴，以南北方向为Y轴，将坐标轴顺时针旋转θ：

原始坐标系下的坐标为(X，Y)，旋转之后的坐标为(x,y)，则：

x＝Xcosθ+Ysinθ，

y＝Xcosθ-Ysinθ；

2)计算转换后的测区坐标x方向的最小坐标x_min和最大坐标x_max，利用所述最大坐标和最小坐标计算航带的区间长度dx：

d_x＝x_max-x_min；

3)根据x方向上的区间长度dx和所述摄影基线长度B_x、计算航带数N_x：

4)利用航带数N_x、X方向区间长度d_x、摄影基线长度B_x计算X坐标偏移值offset_x：

5)利用所述x_min、航带数N_x、X坐标偏移值offset_x计算出各个航带的空间地理坐标x_i：

x_i＝x_min+i*B_x-offset；

6)测区多边形边缘坐标在旋转后的坐标系下的坐标值为(x_i，y_i)，利用(x_i，y_i)和(x_i+1，y_i+1)构建两点直线方程，并与各条航线直线方程x＝x_i的交点，求得每条航线的y坐标最大值y_imax和最小值y_imin，利用求得的y间距d_y，并根据航带间隔N_y计算各条航线上的y坐标：

d_y＝y_max-y_min，

y_ij＝yi_min+j*B_y-offset，

其中，j的取值范围为[0，N_y]；

7)遍历所有航线求得各条航线的坐标为(x_k，y_k)，通过坐标反变换将其转化为大地坐标系坐标(X_k,Y_k)，计算公式为：

X_k＝x_kcosθ-y_ksinθ,

Y_k＝y_kcosθ+x_ksinθ。

上述的步骤S4中，航摄点的相对航高h_j的计算公式如下：

h_j＝H_j+h-H₀，

其中：

H_j为每个航摄曝光点的投影点高程，即地面点高程；

h为设计相对航高；

h_i+H为曝光点的绝对高程Hi；

H₀为起飞点的绝对高程。

上述的步骤S5中，航向角YAW和俯仰角Pitch的计算方法如下：

根据相邻两个航摄曝光点坐标计算航向角，根据前后两个曝光点P_i与P_i+1与前后相邻两个航点的地面投影点Mi与Mi+1的空间位置关系确定镜头云台的俯仰角Pitch，

定义M_i的坐标为(X_i，Y_i，Z_i)，M_i+1的坐标为(X_i+1，Y_i+1，Z_i+1)，对应M_i，M_i+1处的曝光点P_i、P_i+1的坐标为(x_i,y_i,z_i)，(x_i+1,y_i+1,z_i+1)，

以一定的采样间隔获取M_i与M_i+1两点之间的地表三维坐标串，计算这串三维地表坐标Z的最大值M_max的坐标(x_max,y_max,z_max)与最小Z值M_min的坐标(x_min,y_min,z_min)，比较M_i与M_max与M_min的Z值关系，分为以下三种情况：

(1)如果M_i的Z值为最大值,M_i+1的Z值为最小值，在Pi上进行第一次曝光，则第一次曝光的俯仰角则为Pitch＝-90°。利用M_i与M_j的大地坐标计算航向角yaw，计算公式为：

X＝sin(x_i-x_i＝1)*cos(y_i) (23)

Y＝cos(y_i)*sin(y_i+1)-sin(y_i)*cos(y_i+1)*cos(x_i-x_i+1) (24)

heading＝arctan2(X,Y) (25)

计算M_i与M_i+1的中点坐标M_middle1(x_middle1,y_middle1,z_middle1)，P_i+1点调转飞机的航向角，如果Yaw>＝180，则Yaw1＝Yaw-180，如果Yaw<180，则Yaw1＝Yaw+180。并利用P_i+1与Mmiddle1的连线作为射线计算俯仰角picth3，计算公式如式(26)所示；在Pi+1上进行第二次曝光，其中云台俯仰角为picth3：

其中，H_i+1为P_i+1的绝对高程，Z_middle为M_Middle点的高程值，(x_i+1,y_i+1)为M_i+1点的坐标。航线角与情况(1)中计算方式相同；

(2)如果M_i+1的Z值为最大值，M_i的Z值为最小值，则计算M_i与M_i+1的连线的中点坐标M_middle(x_middle，y_middle,z_middle)，并利用Pi与Mmiddle的连线作为射线计算俯仰角picth1。曝光方式在Pi点以下pitch＝-90°进行第一次曝光，以pitch1的角度进行第二次曝光。其中Pithch₁计算公式如式(27)所示：

其中，H_i为P_i的绝对航高，Z_middle为M_Middle点的高程值，(x_i,y_i)为M_i点的坐标。航线角与(1)计算方式相同；

(3)如果M_max位于M_i与M_i+1之间，M_i或M_i+1的Z值为最小值，则增加对应的M_max的曝光点P_max，计算P_i点与M_max点的中点M_middle坐标M_middle(x_middle，y_middle,z_middle)，在P_i俯仰角pitch＝-90°进行第一次曝光，以pitch1为俯仰角进行第二次曝光，其中Pitch1计算公式如式(28)所示，其中YAW的计算方式与情况(1)相同，飞行到达P_max,上进行第三次曝光，其中云台俯仰角pitch2＝-90°，

计算M_max与M_i+1的中点坐标M_middle1(x_middle1,y_middle1,z_middle1)，飞行到达P_i+1点调转飞机的航向角，如果YAW>＝180，则YAW1＝YAW-180，如果YAW<180，则YAW1＝YAW+180，并利用P_i+1与Mmiddle的连线作为射线计算俯仰角picth3，计算公式如式(29)所示。在P_i+1上进行第四次曝光，其中云台俯仰角为picth3，调整航线为YAW继续飞行，

(4)如果M_min位于M_i与M_i+1之间，M_i或M_i+1的Z值为最大值，则增加对应的M_min的曝光点P_min，在M_i俯仰角pitch＝-90°进行第一次曝光，增加曝光点P_min,计算M_min与M_i+1的中点坐标M_middle(x_middle,y_middle,z_middle)，飞行到达P_min点，并利用P_min与Mmiddle的连线作为射线计算俯仰角picth1，计算公式如式(30)所示，在M_j上进行第二次曝光，其中云台俯仰角为picth1：

调转飞机的航向角，如果YAW>＝180，则YAW1＝YAW-180，如果YAW<180，则YAW1＝YAW+180。计算M_min与M_i的中点坐标M_middle1(x_middle1,y_middle1,z_middle1)。并利用P_min与Mmiddle1的连线作为射线计算俯仰角pitch3，在点P_min上以俯仰角pitch3进行第三次曝光，计算公式如式(31)所示：

在P_i+1上进行第四次曝光，其中云台俯仰角为picth4＝-90。恢复YAW航向继续进行数据采集。

本发明的地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法具有以下有益效果：

1、利用基于地形的数据完成了无人机仿地飞行的自定义航带、航线、航摄点仿地飞行自动规划，根据地形实现了航摄点的自动增加和拍摄角度的自适应，增加了复杂地形下的侧面纹理，提高了数据采集的质量。

2、利用该方法生成航带点可实现不同地形下无人机仿地飞行规划、航摄点自动添加以及摄影多角度自适应计算。

3、利用该方法进行数据采集，降低了数据的冗余度，提高了数据采集的精准度，提高了后期数据处理的精度与效率。

附图说明

图1-3分别为不同航线角度的航线规划示例方案示意图；

图4为本发明的实施例中航线的最大最小坐标示意图；

图5为本发明的实施例中航摄点的航高计算结果示意图；

图6为本发明中航摄曝光点的自动添加与角度自适应结果图；

图7为根据本发明的方法得到的航带规划点图；

图8为使用本发明的方法进行区域三维重建的效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的方法进行详细说明。

本发明的地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法包括以下步骤：

S1，确定最优航线：

在三维场景上进行圈划，提取测区n个拐点的大地经纬度坐标(X_i,Y_i)。根据拐点坐标遍历制定多个角度航线方案，并计算每个航线方案的航线总长度，确定航线长度最小的方案为最优方案，并得出最优航线方向的航偏角θ；通过遍历的方式分别计算(X_i,Y_i)和(Y_j,Y_j)的欧式距离D_i，i，j分别取(1,n)且i≠j，距离最大的节点的连线为最优航线方向。不同的航线方向如图1-3所示。欧式距离Di的计算公式如下：

对Di进行排序，找到最大的距离对应的坐标组合(X_i,Y_i),(X_j,Y_j)。

利用大地精度坐标计算航偏角θ，计算公式如下：

X＝sin(x_i-x_j)*cos(y_i) (2)

Y＝cos(y_i)*sin(y_j)-sin(y_i)*cos(y_j)*cos(x_j-x_j) (3)

θ＝arctan2(X,Y) (4)

S2，计算摄影基线和航带间距：

根据相机CCD像元的大小值P与阵列数目P_x*P_y确定相机像幅边长Lx、Ly。利用相机主焦距F和相对航高h确定摄影比例尺m：

L_x＝p×p_x (5)

L_y＝p×p_y (6)

利用像幅边长Lx、Ly、摄影比例尺m、航向重叠度q_x和旁向重叠度q_y确定摄影基线长度B_x和航带间距B_y：

B_x＝(1-p_x)*m*L_x (8)

B_y＝(1-q_x)*m*L_y (9)

S3，计算航点坐标：

大地坐标系以东西方向为X轴，以南北方向为Y轴，将坐标轴顺时针旋转θ。原始坐标系下的坐标为(X，Y)，旋转之后的坐标为(x，y)，他们之间存在以下转换关系：

x＝Xcosθ+Ysinθ (10)

y＝Xcosθ-Ysinθ (11)

计算转换后的测区坐标X方向的最小坐标x_min和最大坐标x_max。利用所述最大坐标和最小坐标计算航带的区间长度dx，X区间长度见公式(12)。根据X方向上的区间长度D_x和摄影基线长度B_x、计算航带数N_x，见公式(13)。利用航带数N_x、X方向区间长度d_x、摄影基线长度B_x计算X坐标偏移值offset_x，见公式(14)。利用X_min、航带数N_x、X坐标偏移值offset_x计算出各个航带的空间地理坐标X_i，见公式(15)。

d_x＝x_max-x_min (12)

x_i＝x_min+i*B_x-offset (15)

测区多边形边缘坐标在旋转后的坐标系下的坐标值为(x_i，y_i)，利用(x_i，y_i)和(x_i+1，y_i+1)构建两点直线方程，并与各条航线直线方程x＝x_i的交点，求得每条航线的y坐标最大值y_imax和最小值y_imin，具体如图4所示。利用求得的y间距D_y，并根据航带间隔N_y计算各条航线上的y坐标：

d_y＝y_max-y_min (16)

y_ij＝yi_min+j*B_y-offset (19)

其中，j的取值范围为[0，N_y]。

遍历所有航线求得各条航线的坐标为(x_k，y_k)，通过坐标反变换将其转化为大地坐标系坐标(X_k,Y_k)，计算公式为：

X_k＝x_kcosθ-y_ksinθ (20)

Y_k＝y_kcosθ+x_ksinθ (21)

S4，计算航摄点的相对航高：

利用(2)生产航摄曝光点坐标提取该点到地表的相对高程数据，地面点高程H_i加上设计相对航高h得到曝光点的绝对高程Hi，将得到的航摄曝光点的绝对高程H_i减去起飞点绝对高程H₀得到飞行任务的相对航高hi；计算公式如公式(22)所示。

h_i＝H_i+h-h₀ (22)

H_j为每个航摄曝光点的投影点高程，即地面点高程；

h为设计相对航高；

h_i+H为曝光点的绝对高程Hi；

H₀为起飞点的绝对高程；

具体示例如图5所示。

S5，计算航摄点航向角和俯仰角：

根据相邻两个航摄曝光点坐标计算航向角YAW，根据前后两个曝光点P_i与P_i+1与前后相邻两个航点的地面投影点Mi与M_i+1的空间位置关系确定镜头云台的俯仰角Pitch，结果如图6所示。

定义地面投影点M_i的坐标为(X_i，Y_i，Z_i)，地面投影点M_i+1的坐标为(X_i+1，Y_i+1，Z_i+1)，对应M_i、M_i+1处的曝光点P_i、P_i的坐标为(x_i,y_i,z_i)，(x_i+1,y_i+1,z_i+1)。以一定的采样间隔获取M_i与M_i+1两点之间的地表三维坐标串。计算这串三维地表坐标Z的最大值M_max坐标(x_max,y_max,z_max)与最小Z值M_min坐标(x_min,y_min,z_min)，并比较M_i与M_max与M_min的Z值关系,，分为以下三种情况：

(1)如果M_i的Z值为最大值,M_i+1的Z值为最小值，则第一次曝光的俯仰角则为Pitch＝-90°。利用M_i与M_i+1的大地坐标计算航向角YAW，计算公式为：

X＝sin(x_i-x_i+1)*cos(y_i) (23)

Y＝cos(y_i)*sin(y_i+1)-sin(y_i)*cos(y_i+1)*cos(x_i+1-x_i) (24)

Yaw＝arctan2(X,Y) (25)

计算M_i与M_i+1的中点坐标M_middle1(x_middle1,y_middle1,z_middle1)。P_i+1点调转飞机的航向角，如果YAW>＝180，则YAW1＝YAW-180，如果YAW<180，则YAW1＝YAW+180。并利用P_j与Mmiddle1的连线作为射线计算俯仰角picth3，计算公式如式(26)所示。在Pi+1上进行第二次曝光，其中云台俯仰角为picth3。

其中，H_i+1为P_i+1的绝对航高，Z_middle为M_Middle点的高程值，(x_i+1,y_i+1)为M_i+1点的坐标。航线角与情况(1)中的计算方式相同。

(2)如果M_j的Z值为最大值，M_i的Z值为最小值，则计算M_i与M_j的连线的中点坐标M_middle(x_middle，y_middle,z_middle)，并利用Pi与Mmiddle的连线作为射线计算俯仰角picth1。曝光方式在Pi点以下pitch＝-90°进行第一次曝光，以pitch1的角度进行第二次曝光。其中Pithch₁计算公式如式(27)所示。

其中，H_i为P_i的绝对航高，Z_middle为M_Middle点的高程值，(x_i,y_i)为M_i点的坐标。航线角与情况(1)中计算方式相同。

(3)如果M_max位于M_i与M_i+1之间，M_i或M_i+1的Z值为最小值，则增加对应的M_max的曝光点P_max，计算M_i点与M_max点的中点M_middle坐标M_middle(x_middle，y_middle,z_middle)，在M_i俯仰角pitch＝-90°进行第一次曝光，以pitch1为俯仰角进行第二次曝光，其中Pitch1计算公式如式(28)所示。其中YAW的计算方式与情况(1)中相同。飞行到达P_max,在P_max上进行第三次曝光，其中云台俯仰角pitch2＝-90°。

计算M_max与M_i+1的中点坐标M_middle1(x_middle1,y_middle1,z_middle1)。飞行到达P_i+1点调转飞机的航向角，如果YAW>＝180，则YAW1＝YAW-180，如果YAW<180，则YAW1＝YAW+180。并利用P_i+1与Mmiddle的连线作为射线计算俯仰角picth3，计算公式如式(29)所示。在M_i+1上进行第四次曝光，其中云台俯仰角为picth3。调整航线为YAW继续飞行。

(4)如果M_min位于M_i与M_j之间，M_i或M_j的Z值为最大值，则增加对应的M_min的曝光点P_min，在M_i俯仰角pitch＝-90°进行第一次曝光。增加曝光点P_min,计算M_min与M_i的中点坐标M_middle(x_middle,y_middle,z_middle)。飞行到达P_min点，并利用P_min与Mmiddle的连线作为射线计算俯仰角picth1，计算公式如式(30)所示。在M_j上进行第二次曝光，其中云台俯仰角为picth1：

调转飞机的航向角，如果YAW>＝180，则YAW1＝YAW-180，如果YAW<180，则YAW1＝YAW+180。计算M_min与M_i的中点坐标M_middle1(x_middle1,y_middle1,z_middle1)。并利用P_min与Mmiddle1的连线作为射线计算俯仰角pitch3，在点P_min上以俯仰角pitch3进行第三次曝光，计算公式如式(31)所示：

在M_j上进行第四次曝光，其中云台俯仰角为picth4＝-90。恢复YAW航向继续进行数据采集。

图1所示为本发明的一个实施例中自动规划的航线结果示意图。利用该规划好的航线构建航飞任务进行区域航摄数据采集，得到区域多角度的影像照片。利用区域多角度影像进行三维实景重建，得到图3所示的区域实景三维模型。通过所述三维模型可知，山坡断崖处岩石纹理清晰可见，因此，基于该三维模型可实现立体定量化量测。

Claims (4)

1.一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法，包括以下步骤：

S1，确定最优航线航向：

根据航飞范围的边缘坐标计算最长的测区方向，以此方向作为航向，将该方向与正北的夹角作为最优航线方向的航偏角θ；

S2，摄影基线和航带间距的计算：

根据相机参数、相对航高、航向重叠率和旁向重叠度计算摄影基线长度和航带间距；

S3，计算航点坐标：

根据所述航偏角θ进行大地坐标系顺时针旋转，令航线方向平行于坐标系Y轴方向，确定测区X轴方向的最大、最小值，并根据航带间距确定每条航带的X坐标，根据摄影基线和测区的范围确定每条航带上的Y坐标；将X，Y坐标进行坐标旋转，得到大地坐标系下的航点坐标(x，y)；

S4，计算航摄点的相对航高：

确定起飞点的大地水准高程H，并利用航点坐标和既有地形数据获取每个航点位置的地面投影高程，利用起飞点绝对高程、设计相对航高和每个地面航摄曝光点的投影点高程计算各个点的作业相对航高h；

S5，计算航摄点航向角和俯仰角：

根据航摄曝光点、对应地面投影点的坐标关系和相对位置进行无人机拍摄俯仰角Pitch和航向角Yaw的自适应计算，适时增加航摄点和跳转作业的拍摄角度，保证无人机的仿地飞行和拍摄角度的自适应，从而捕获更多的侧面纹理，

航向角YAW和俯仰角Pitch的计算方法如下：

根据相邻两个航摄曝光点坐标计算航向角，根据前后两个曝光点P_i与P_i+1与前后相邻两个航点的地面投影点Mi与Mi+1的空间位置关系确定镜头云台的俯仰角Pitch，

定义M_i的坐标为(X_i，Y_i，Z_i)，M_i+1的坐标为(X_i+1，Y_i+1，Z_i+1)，对应M_i，M_i+1处的曝光点P_i、P_i+1的坐标为(x_i,y_i,z_i)，(x_i+1,y_i+1,z_i+1)，

以一定的采样间隔获取M_i与M_i+1两点之间的地表三维坐标串，计算这串三维地表坐标Z的最大值M_max的坐标(x_max,y_max,z_max)与最小Z值M_min的坐标(x_min,y_min,z_min)，比较M_i与M_max与M_min的Z值关系，分为以下三种情况：

(1)如果M_i的Z值为最大值,M_i+1的Z值为最小值，在Pi上进行第一次曝光，则第一次曝光的俯仰角则为Pitch＝-90°；利用M_i与M_j的大地坐标计算航向角yaw，计算公式为：

X＝sin(x_i-x_i＝1)*cos(y_i) (23)

Y＝cos(y_i)*sin(y_i+1)-sin(y_i)*cos(y_i+1)*cos(x_i-x_i+1) (24)

heading＝arctan2(X,Y) (25)

计算M_i与M_i+1的中点坐标M_middle1(x_middle1,y_middle1,z_middle1)，P_i+1点调转飞机的航向角，如果Yaw>＝180，则Yaw1＝Yaw-180，如果Yaw<180，则Yaw1＝Yaw+180；并利用P_i+1与Mmiddle1的连线作为射线计算俯仰角picth3，计算公式如式(26)所示；在Pi+1上进行第二次曝光，其中云台俯仰角为picth3：

其中，H_i+1为P_i+1的绝对高程，Z_middle为M_Middle点的高程值，(x_i+1,y_i+1)为M_i+1点的坐标；航线角与情况(1)中的计算方式相同；

(2)如果M_i+1的Z值为最大值，M_i的Z值为最小值，则计算M_i与M_i+1的连线的中点坐标M_middle(x_middle，y_middle,z_middle)，并利用Pi与Mmiddle的连线作为射线计算俯仰角picth1；曝光方式在Pi点以下pitch＝-90°进行第一次曝光，以pitch1的角度进行第二次曝光；其中Pithch₁计算公式如式(27)所示：

其中，H_i为P_i的绝对航高，Z_middle为M_Middle点的高程值，(x_i,y_i)为M_i点的坐标；航线角与情况(1)中计算方式相同；

(3)如果M_max位于M_i与M_i+1之间，M_i或M_i+1的Z值为最小值，则增加对应的M_max的曝光点P_max，计算P_i点与M_max点的中点M_middle坐标M_middle(x_middle，y_middle,z_middle)，在P_i俯仰角pitch＝-90°进行第一次曝光，以pitch1为俯仰角进行第二次曝光，其中Pitch1计算公式如式(28)所示，其中YAW的计算方式与情况(1)中相同，飞行到达P_max,上进行第三次曝光，其中云台俯仰角pitch2＝-90°，

计算M_max与M_i+1的中点坐标M_middle1(x_middle1,y_middle1,z_middle1)，飞行到达P_i+1点调转飞机的航向角，如果YAW>＝180，则YAW1＝YAW-180，如果YAW<180，则YAW1＝YAW+180，并利用P_i+1与Mmiddle的连线作为射线计算俯仰角picth3，计算公式如式(29)所示；在P_i+1上进行第四次曝光，其中云台俯仰角为picth3，调整航线为YAW继续飞行，

(4)如果M_min位于M_i与M_i+1之间，M_i或M_i+1的Z值为最大值，则增加对应的M_min的曝光点P_min，在M_i俯仰角pitch＝-90°进行第一次曝光，增加曝光点P_min,计算M_min与M_i+1的中点坐标M_middle(x_middle,y_middle,z_middle)，飞行到达P_min点，并利用P_min与Mmiddle的连线作为射线计算俯仰角picth1，计算公式如式(30)所示，在M_j上进行第二次曝光，其中云台俯仰角为picth1：

调转飞机的航向角，如果YAW>＝180，则YAW1＝YAW-180，如果YAW<180，则YAW1＝YAW+180；计算M_min与M_i的中点坐标M_middle1(x_middle1,y_middle1,z_middle1)；并利用P_min与Mmiddle1的连线作为射线计算俯仰角pitch3，在点P_min上以俯仰角pitch3进行第三次曝光，计算公式如式(31)所示：

在P_i+1上进行第四次曝光，其中云台俯仰角为picth4＝-90；恢复YAW航向继续进行数据采集。

2.根据权利要求1所述的地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法，其特征在于，步骤S2中，通过以下步骤计算摄影基线长度和航带间距：

1)根据相机CCD像元的大小值P与阵列数目P_x*P_y确定相机像幅边长Lx、Ly，利用相机主焦距F和相对航高h确定摄影比例尺m，其中：

L_x＝p×p_x；

L_y＝p×p_y；

2)利用所述像幅边长Lx、Ly、摄影比例尺m、航向重叠度q_x和旁向重叠度q_y确定摄影基线长度B_x和航带间距B_y：

B_x＝(1-p_x)*m*L_x；

B_y＝(1-q_x)*m*L_y。

3.根据权利要求2所述的地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法，其特征在于，步骤S3中，航点坐标的计算方法如下：

1)大地坐标系以东西方向为X轴，以南北方向为Y轴，将坐标轴顺时针旋转θ：

原始坐标系下的坐标为(X，Y)，旋转之后的坐标为(x，y)，则：

x＝Xcosθ+Ysinθ，

y＝Xcosθ-Ysinθ；

2)计算转换后的测区坐标x方向的最小坐标x_min和最大坐标x_max，利用所述最大坐标和最小坐标计算航带的区间长度dx：

d_x＝x_max-x_min；

3)根据x方向上的区间长度dx和所述摄影基线长度B_x、计算航带数N_x：

4)利用航带数N_x、X方向区间长度d_x、摄影基线长度B_x计算X坐标偏移值offset_x：

5)利用所述x_min、航带数N_x、X坐标偏移值offset_x计算出各个航带的空间地理坐标x_i：

x_i＝x_min+i*B_x-offset；

6)测区多边形边缘坐标在旋转后的坐标系下的坐标值为(x_i，y_i)，利用(x_i，y_i)和(x_i+1，y_i+1)构建两点直线方程，并与各条航线直线方程x＝x_i的交点，求得每条航线的y坐标最大值y_imax和最小值y_imin，利用求得的y间距d_y，并根据航带间隔N_y计算各条航线上的y坐标：

d_y＝y_max-y_min，

y_ij＝yi_min+j*B_y-offset，

其中，j的取值范围为[0，N_y]；

7)遍历所有航线求得各条航线的坐标为(x_k，y_k)，通过坐标反变换将其转化为大地坐标系坐标(X_k,Y_k)，计算公式为：

X_k＝x_kcosθ-y_ksinθ,

Y_k＝y_kcosθ+x_ksinθ。

4.根据权利要求3所述的地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法，其特征在于，步骤S4中，航摄点的相对航高h_j的计算公式如下：

h_j＝H_j+h-H₀，

其中：

H_j为每个航摄曝光点的投影点高程，即地面点高程；

h为设计相对航高；

h_i+H为曝光点的绝对高程Hi；

H₀为起飞点的绝对高程。

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