CN113188520B - 一种区域分块环绕型航线的规划方法、系统及航摄方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种区域分块环绕型航线的规划方法，包括如下步骤：步骤一：采用若干区域块对测试区域进行分割；步骤二：基于各所述区域块的分割布局及区域块的特征参数进行环绕型航线预规划；步骤三：确定所述环绕型航线的有效航摄区域；步骤四：剔除与测试区域无交集的有效航摄区域所对应的环绕型航线，最终形成用于对测试区域进行航摄的规划航线。本发明采用若干相连的区域块对测试区域进行分割能够确保测试区域能够被区域块完全覆盖，再结合航摄航线预规划和有效航摄区域的预测能够实现对测试区域的完全测量，同时对无效航摄区域的剔除能够确保在航摄过程中不会对测试区域以外的区域进行不必要的测量，以此来降低测量成本并节省测量时间。

Description

一种区域分块环绕型航线的规划方法、系统及航摄方法

技术领域

本发明涉及倾斜摄影技术领域，具体涉及一种区域分块环绕型航线的规划方法、系统及航摄方法。

背景技术

倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，该技术通过从一个垂直、四个倾斜的五个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理。它不仅能够真实地反映地物情况，高精度地获取实物纹理信息，还可以结合先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维模型。为保证摄影工作的顺利进行，在进行摄影之前需进行航线的规划，目前，发明专利(CN 111928825 A)一种无人机连续圆环绕倾斜摄影航拍方法中公开了一种在目标区域设定弓字形圆心排布线，在弓字形圆心排布线上等距均匀排布若干同半径圆形航线的圆心，此种规划方式针对某些具有特殊不规则形状的目标区域的规划，会出现所规划的航线在航摄过程中无法完整的对目标区域进行测量，或者出现过度测量的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种区域分块环绕型航线的规划方法、系统及航摄方法，针对某些具有特殊不规则形状的目标区域的规划，会出现所规划的航线在航摄过程中无法完整的对目标区域进行测量，或者出现过度测量的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种区域分块环绕型航线的规划方法，航线的规划方法包括如下步骤：

步骤一：采用若干区域块对测试区域进行分割；

步骤二：基于所述区域块的特征点进行环绕型航线预规划；

步骤三：确定所述环绕型航线的有效航摄区域；

步骤四：剔除与测试区域无交集的有效航摄区域所对应的环绕型航线，最终形成用于对测试区域进行航摄的规划航线。针对目前倾斜摄像技术中无法针对某些具有特殊不规则形状的目标区域做出完全覆盖目标区域的航线规划的问题，本发明提供了一种针对区域分块环绕型航线的规划方法，其中采用若干相连的区域块对测试区域进行分割能够确保测试区域能够被区域块完全覆盖，再结合航摄航线预规划和有效航摄区域的预测能够实现对测试区域的完全测量，同时对与测试区域无交集的有效航摄区域的剔除能够确保在航摄过程中不会对测试区域以外的区域进行不必要的测量，以此来降低测量成本并节省测量时间。且本发明不仅仅能针对不规则测试区域进行航线规划，对于具有规则形状的测试区域本发明也能够提供一种完全覆盖测试区域且不会出现对不必要区域进行测试的情况。

进一步的技术方案：

步骤一中所述测试区域采用若干所述区域块进行分割时，所述测试区域边缘不足一块区域块面积的部分用一个区域块覆盖。

进一步的：若干所述区域块在对测试区域进行分割时，相邻的区域块彼此相连，若干所述区域块能完全覆盖测试区域。

进一步的：所述区域块为多边形块。

进一步的：所述区域块采用方形块。

进一步的：所述区域块的边长与航片要求的重叠度呈反相关。

进一步的：步骤二以所述区域块的特征点为中心，以预定半径R为环绕型航线的半径进行环绕型航线的预规划；

进一步的：所述环绕型航线为圆形或正多边形；

进一步的：所述步骤二中所述区域块的特征点为区域块的顶点或区域块的中心点；

进一步的：当环绕型航线为圆形时，以所述区域块的特征点为圆心，预定半径R为半径，预规划出圆形的环绕型航线。

进一步的：所述预定半径R满足公式R＝H*tanβ，其中H为航高，β相机俯仰角，相机俯仰角β是相机轴心线与竖直面的夹角。

进一步的：步骤三中针对有效航摄区域的确定方法如下：

以O点作为圆心，OA作为半径的圆形区域即为有效航摄区域，所述O点是环绕型航线圆心向地面的正投影点，A点为相机轴心线向地面正投影所在直线与相机视场的地面相交面的交点中靠近相机的一点。

采用一种区域分块环绕型航线的规划方法所得规划航线进行航摄的一种航摄方法，航摄仪沿所述规划航线中各个环绕型航线顺次飞行并进行航摄；本航摄方法能够有效的完成对不规则测试区域进行完全测量，同时不会出现对测试区域以外的不必要区域进行测量，从而更加高效的完成测试区域的测量工作。

进一步的：每一个环绕型航线上设置有n个拍摄点，所述拍摄点在所述环绕型航线上等间距分布；所述拍摄点数量与待测物密集程度呈正相关，当待测物密集程度越高时，所述拍摄点数量越多。

一种用于实现所述环绕型航线规划方法的规划系统，所述规划系统包括分割模块、航线预规划模块、有效航摄区域确定模块和航线确定模块，所述分割模块用于采用若干区域块对测试区域进行分割；

所述航线预规划模块，用于基于所述区域块的分割布局及区域块的特征参数进行环绕型航线预规划；；

所述有效航摄区域确定模块，用于确定所述环绕型航线的有效航摄区域；

所述航线确定模块，用于剔除与测试区域无交集的有效航摄区域所对应的环绕型航线，最终形成用于对测试区域进行航摄的规划航线。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种区域分块环绕型航线的规划方法、系统及航摄方法，其中采用若干相连的区域块对测试区域进行分割能够确保测试区域能够被区域块完全覆盖，再结合航摄航线预规划和有效航摄区域的预测能够实现对测试区域的完全测量，同时对与测试区域无交集的有效航摄区域的剔除能够确保在航摄过程中不会对测试区域以外的区域进行不必要的测量，以此来降低测量成本并节省测量时间。

2、本发明一种区域分块环绕型航线的规划方法、系统及航摄方法，本发明对规则测试区域和不规则测试区域均能够有效的完成其航线的规划。

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为本发明航线规划的示意图；

图2为本发明区域块分割分布示意图；

图3为本发明有效航摄区域预测时空间位置示意图

图4为本发明有效航摄区域分布示意图；

图5为本发明剔除与测试区域无交集的有效航摄区域后的区域块分割分布示意图；

图6为本发明航摄点分布示意图；

图7为本发明实施例3测试区域的分割示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-测试区域，2-区域块，3-环绕型航线，4-有效航摄区域，5-相机视场的地面相交面，20-顶点，30-航摄点。

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1：

如图1～图6所示，本发明一种区域分块环绕型航线的规划方法，环绕型航线的规划方法包括如下步骤：

步骤一：采用若干区域块2对测试区域1进行分割；

步骤二：基于所述区域块2的特征点进行环绕型航线3预规划；

步骤三：确定所述环绕型航线3的有效航摄区域4；

步骤四：剔除与测试区域1无交集的有效航摄区域4所对应的环绕型航线3，最终形成用于对测试区域1进行航摄的规划航线。本实施例提供了一种区域分块环绕型航线的规划方法，其中采用若干相连的区域块2对测试区域1进行分割能够确保测试区域1能够被区域块完全覆盖，再结合航摄航线预规划和有效航摄区域4的预测能够实现对测试区域1的完全测量，同时对与测试区域1无交集的有效航摄区域4的剔除能够确保在航摄过程中不会对测试区域1以外的区域进行不必要的测量，以此来降低测量成本并节省测量时间。且本实施例提供的航线的规划方法也同样适用于规则区域的航线规划。

步骤一中所述测试区域1采用若干所述区域块2进行分割时，所述测试区域1边缘不足一块区域块2面积的部分用一个区域块2覆盖。为了满足航片的重叠度要求，得到优质的测量结果，对于测试区域1边缘的面积较小且未被区域块2进行覆盖的区域，本实施例采用区域块2对其进行覆盖直至所述区域块2完全的覆盖测试区域1。

若干所述区域块2在对测试区域1进行分割时，相邻的区域块2彼此相连，若干所述区域块2能完全覆盖测试区域1。本实施例优选的采用如图2所示的区域块2之间两两相连的分块方式对测试区域1进行区域的划分；进行测试区域1的分割对于区域块2大小是否一致无特定的要求；同时可以采用区域块2彼此不相连或彼此重叠等分块方式，只要分块后获得的区域块2的顶点或中心点的排布满足环绕型航线3规划的要求，即可作为本实施例所提区域块2的分块方式的等效替换方式。

所述区域块2为多边形块，且所述区域块2的边长与航片要求的重叠度呈反相关。本实施例中所述的多边形块优选为方形块，同时三角形块、矩形块及其他满足本实施例要求的多边形块均可对本实施例中优选的方形块进行等效替换。所述区域块2的边长L可以采用公式：L＝r×(1-P)或L＝r/P来进行计算得到，公式中r为调整参数，P为重叠度，其中调整参数r可以为航摄高度H，此外，也可采用其他满足边长与重叠度呈反相关的计算公式。当区域块2为矩形块时，矩形块的长宽可根据航线重叠度和旁向重叠度来确定。

步骤二以所述区域块2的特征点为中心，以预定半径R为环绕型航线3的半径进行环绕型航线3的预规划；所述环绕型航线3为圆形或正多边形；所述步骤二中所述区域块2的特征点为区域块2的顶点20或区域块2的中心点；当环绕型航线3为圆形时，以所述区域块2的特征点为圆心，预定半径R为半径，预规划出圆形的环绕型航线3；本实施中所优选的环绕型航线3是以区域块2的顶点20为圆心，预定半径R为半径的圆形的环绕型航线3；除此种环绕型航线3的形式外还包括：以区域块2的中心点为圆心，预定半径R为半径的圆形环绕型航线3；或以区域块2的顶点20为中心，预定半径R为半径的正多边形；或以区域块2的中心点为中心，预定半径R为半径的正多边形块(正多边形外接圆的半径既是正多边形的半径)，故能够对测试区域1进行全覆盖式测量的航线轨迹均可对本实施例所采用的方式进行等效替换，如椭圆等满足要求的轨迹也可等效替换本实施例中所采用的圆形或正多边形航线。

所述预定半径R满足公式R＝H*tanβ，其中H为航高，β相机俯仰角，相机俯仰角β是相机轴心线与竖直面的夹角。且一般情况下相机俯仰角β为45°，故此时环形航线3的半径R等于航高H。

步骤三中针对有效航摄区域4的确定方法如下：

以O点作为圆心，OA作为半径的圆形区域即为有效航摄区域4，所述O点是环绕型航线3圆心向地面的正投影点，A点为相机轴心线向地面正投影所在直线与相机视场的地面相交面5的交点中靠近相机的一点。如图3所示，有效航摄区域4的确定还可以O为圆心，OB作为半径来划分有效航摄区域4，其中点B为相机轴心线向地面正投影所在直线与相机视场的地面相交面5的交点中远离相机的一点；或以O点为圆心，环形航线的半径R为半径划分有效航摄区域4；或以O点为圆心，半径取OA～OB之间的值来划分有效航摄区域4等。有效航摄区域4与相机的视场和环形航线3的半径有关，所以有效航摄区域4需要满足有足够的航片重叠范围，且有效航摄区域4也不仅仅限于圆形，也可采用方形及其他多边形。本实施例中优选OA为有效航摄区域4的半径，半径OA能够在满足航片足够重叠度的同时减少对无效区域的规划，可减少航测的工作量，缩短航测时间。

步骤四在完成有效航摄区域4的预测之后，将所有预测的有效航摄区域4中与测试区域1没有交集的有效航摄区域4对应的环绕型航线3进行剔除，最终形成用于对测试区域1进行航摄的规划航线。在之前预规划的环绕型航线3中可能会存在航摄仪沿着预规划的环绕型航线3进行飞行时，其有效航摄区域4与测试区域1间没有交集的情况，换言之沿该条环形环线3的飞行航摄工作并不能对测试区域1起到较好的测量作用，不仅浪费了物质资源，还会浪费时间延长测量时间，故本实施例在对航线进行预规划后对有效航摄区域4进行预测，并剔除所有预测的有效航摄区域4中与测试区域1没有交集的有效航摄区域4对应的环绕型航线3，从而保证在进行航摄时不会对无效区域进行不必要的测量。

实施例2：

采用一种区域分块环绕型航线的规划方法所得规划航线进行航摄的一种航摄方法，航摄仪沿所述规划航线中各个环绕型航线3顺次飞行并进行航摄。本航摄方法中的航摄高度H满足公式

其中GSD表示地面分辨率，p表示像元大小，f表示焦距，α表示相机的视场角，β表示相机的俯仰角。本实施例中提供的航摄方法能够有效的完成对测试区域1进行完全测量，同时不会出现对测试区域1以外的不必要区域进行测量，从而更加高效的完成测试区域1的测量工作。其中相机的视场角为α有所选用相机的确定，相机的俯仰角为β优选为45度。

每一个环绕型航线3上设置有n个拍摄点30，所述拍摄点30在所述环绕型航线3上等间距分布。所述拍摄点30数量与待测物密集程度呈正相关，当待测物密集程度越高时，所述拍摄点30数量越多。所述拍摄点30数量越多对待测物的测量就越精细，但相应的航片处理工作就会越复杂，所以本实施例对于拍摄点30数量优选为40个，此时的40个拍摄点不仅能够满足对待测物进行精细的测量，还不会增大航片处理的难度。

实施例3：

如图7所示，基于实施例1的一种区域分块环绕型航线的规划方法，本实施例提供一种具体的对测试区域1进行分割的方法，具体方法如下：在确定测试区域1后，首先绘制出测试区域1的外接矩形，然后做出矩形的两条对角线确定外接矩形的中心点；再以上述中心点为基准，绘制若干相连的区域块2将测试区域1完全覆盖，此时区域块2优选为方形块，且所述方形块的各边跟别与外接矩形的长宽平行，其中根据公式：L＝r×(1-P)或L＝r/P来确定方形块的边长，同时对于方形块边长的确定还应该考虑航线重叠度和旁向重叠度的影响。完成上述工作后结合测试区域1和区域块2的分割排布情况，找到所有区域块2中与测试区域1没有任何交集的区域块2，并将其剔除最终完成对测试区域1的分割。本实施例提供的这种从测试区域1中心开始向外对测试区域1进行分割的方式，相较于其他如从测试区域边缘开始分割的方法，本方法用于分割测试区域1的区域块2分布较为对称，在对测试区域1进行完全覆盖的同时，能够增大有效拍摄区域所对应的测试区域1的航片的重叠度，进而保证后期进行优质的三维重建。

实施例4：

一种用于实现所述环绕型航线规划方法的规划系统，所述规划系统包括分割模块、航线预规划模块、有效航摄区域确定模块和航线确定模块，所述分割模块用于采用若干区域块2对测试区域1进行分割；

所述航线预规划模块，用于基于所述区域块2的分割布局及区域块2的特征参数进行环绕型航线3预规划；；

所述有效航摄区域确定模块，用于确定所述环绕型航线3的有效航摄区域4；

所述航线确定模块，用于剔除与测试区域1无交集的有效航摄区域4所对应的环绕型航线3，最终形成用于对测试区域1进行航摄的规划航线。

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 (7)

1.一种区域分块环绕型航线的规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：采用若干区域块(2)对测试区域(1)进行分割，且若干所述区域块(2)完全覆盖测试区域(1)；

步骤二：基于各所述区域块(2)的特征点进行环绕型航线(3)预规划；

步骤三：确定所述环绕型航线(3)的有效航摄区域(4)；

步骤四：剔除与测试区域(1)无交集的有效航摄区域(4)所对应的环绕型航线(3)，最终形成用于对测试区域(1)进行航摄的规划航线；

步骤二以所述区域块(2)的特征点为中心，以预定半径R为环绕型航线(3)的半径进行环绕型航线(3)的预规划；

所述区域块(2)的边长与航片要求的重叠度呈反相关；

所述环绕型航线(3)为圆形或正多边形；

所述步骤二中所述区域块(2)的特征点为区域块(2)的顶点(20)或区域块(2)的中心点；

当环绕型航线(3)为圆形时，所述中心即为圆心；

所述预定半径R满足公式R＝H*tanβ，其中H为航高，β为相机俯仰角，相机俯仰角β是相机轴心线与竖直面的夹角；

步骤三中针对有效航摄区域(4)的确定方法如下：

以O点作为圆心，OA作为半径的圆形区域即为有效航摄区域(4)，所述O点是环绕型航线(3)圆心向地面的正投影点，A点为相机轴心线向地面正投影所在直线与相机视场的地面相交面(5)的交点中靠近相机的一点。

2.根据权利要求1所述的一种区域分块环绕型航线的规划方法，其特征在于，步骤一中所述测试区域(1)采用若干所述区域块(2)进行分割时，所述测试区域(1)边缘不足一块区域块(2)面积的部分用一个区域块(2)覆盖。

3.根据权利要求1所述的一种区域分块环绕型航线的规划方法，其特征在于，若干所述区域块(2)在对测试区域(1)进行分割时，相邻的区域块(2)彼此相连。

4.根据权利要求1所述的一种区域分块环绕型航线的规划方法，其特征在于，所述区域块(2)为多边形块。

5.根据权利要求4所述的一种区域分块环绕型航线的规划方法，其特征在于，所述区域块(2)采用方形块。

6.采用权利要求1～5任意一项所述规划航线进行航摄的一种航摄方法，其特征在于，航摄仪沿所述规划航线中各个环绕型航线(3)顺次飞行并进行航摄。

7.一种用于实现权利要求1～5任意一项所述环绕型航线规划方法的规划系统，其特征在于，所述规划系统包括分割模块、航线预规划模块、有效航摄区域确定模块和航线确定模块，所述分割模块用于采用若干区域块(2)对测试区域(1)进行分割；

所述航线预规划模块，用于基于各区域块(2)的特征点进行环绕型航线(3)预规划；

所述有效航摄区域确定模块，用于确定所述环绕型航线(3)的有效航摄区域(4)；

所述航线确定模块，用于剔除与测试区域(1)无交集的有效航摄区域(4)所对应的环绕型航线(3)，最终形成用于对测试区域(1)进行航摄的规划航线。

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