CN114485573B - 一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，属于摄影测量技术领域。该方法包括以下步骤：S1、获得航片集H{1,2,3...n}；空中三角测量、生成DOM和DEM，并获得摄影瞬间GNSS位置集O{...}；S2、设置“提取标志”的航片集为P{...}；S3、集P{...}与DOM匹配后为J{...}，获取J{...}集中每张航片“提取标志”的中心点坐标信息，数据集为W{...}；S4、对应点连线与垂线夹角集φ{1,2,3...n}集；S5、依据φ{1,2,3...n}集统计数据判断航片姿态稳定性。本发明对不同类型无人机摄影瞬间的姿态稳定性进行评估，从而保证航空摄影测量的精度。
Description
技术领域
本发明属于摄影测量技术领域，具体而言，涉及一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法。
背景技术
近年来，无人机摄影测量技术快速发展，给测绘地理信息技术变革和产业发展带来了极大的促进作用。但摄影测量技术领域仍存在一部分未安装航摄仪陀螺稳定装置的无人机，或者无人机自身飞行姿态稳定性和抗风能力较差等技术现象。这种技术现象导致无人机在航摄瞬间摄影姿态不稳定，出现航摄相片倾斜角过大等问题，其对航空摄影测量的精度影响较大。目前，飞行姿态的稳定性研究依靠无人机陀螺设备测角，尚不存在一种通过无人机自身GNSS定位设备和航片集为数据源的航摄稳定性评价的可靠方法。
目前市场上的消费级无人机品牌和机型较多，其抗风能力以及平台摄影稳定性差别较大。为了解决上述问题，我们提出了一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，可在相同飞行环境下，利用本方法对不同类型无人机摄影瞬间的姿态稳定性进行评估。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述技术目的，本发明提供如下技术方案：一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，包括以下步骤：
S1、采用消费级无人机进行航空摄影测量，获得航片集H{1,2,3...n}；空中三角测量、生成数字正射影像DOM和数字高程模型DEM，并获得摄影瞬间GNSS位置集O{1,2,3...n}，其中，n为航片数据量，n≥10，所述摄影瞬间GNSS位置集O{1,2,3...n}为航片集H{1,2,3...n}摄影瞬间位置信息(X,Y,Z)；
S2、获得航片集H{1,2,3...n}的相片几何中心点集XZD{1,2,3...n}；在航片相片几何中心点设置“提取标志”，设置了“提取标志”的航片集为P{1,2,3...n}；
S3、DOM与相片集P{1,2,3...n}逐一自动、半自动、手动等方式匹配；匹配后航片数据集为J{1,2,3...n}；提取J{1,2,3...n}集中每张航片“提取标志”的中心坐标信息(X，Y，Z)，数据集为W{1,2,3...n}；
S4、获得W{1,2,3...n}集和O{1,2,3...n}集对应点连线与垂线夹角集φ{1,2,3..n}集，其中，所述夹角φ代表摄影瞬间相片倾角；
S5、获得φ{1,2,3..n}集绝对值平均值、φ{1,2,3..n}集标准差、φ{1,2,3..n}集最大值。
进一步优化本技术方案，所述S1中，采用的消费级无人机摄镜头可分为单镜头、双镜头、五镜头的上述类型，获得航片集H的航摄仪物镜主光轴为垂向。
进一步优化本技术方案，所述S1中，所述航片集H{1,2,3...n}满足航向重叠率不低于60％，旁向重叠率不低于30％。
进一步优化本技术方案，所述S1中，所述摄影瞬间GNSS位置集O{...}的获取方式为：通过软件提取H{1,2,3...n}的属性或相关联文件的方式获取摄影瞬间GNSS位置信息，所述摄影瞬间GNSS位置信息包含CORS或RTK等差分后精确位置信息。
进一步优化本技术方案，所述S1中，所述空中三角测量、生成数字正射影像DOM和数字高程模型DEM由航空摄影测量软件PIX4D、Smart3D等进行完成。
进一步优化本技术方案，所述S2中，所述航片相片几何中心点设置“提取标志”的过程为：在航片集H{1,2,3...n}的每张相片几何中心点设置9X9正方形“提取标志”，相片几何中心点与“提取标志”中心重合，设置“提取标志”的航片集为P{1,2,3...n}。
进一步优化本技术方案，所述S2中，所述相片几何中心点位于航片集H{1,2,3...n}的相片几何中心像素，所述相片几何中心通过获得相片的长、宽后计算获得。
进一步优化本技术方案，所述S3中，所述DOM与相片集P{1,2,3...n}逐一匹配，数字正射影像DOM与相片集P{1,2,3...n}依照特征点方式进行全自动、手动、半手动方式线性、非线性位置调整拼切进行匹配；数字正射影像DOM位置不发生形变，相片集P{1,2,3...n}经匹配后可能发生变形，匹配后的相片集为J{1,2,3...n}，所述相片集J{1,2,3...n}经匹配后获得与数字正射影像DOM一致的坐标参考。
进一步优化本技术方案，所述S5中，所述φ{1,2,3...n}集RMS越大本次飞行姿态稳定性越差，所述φ{1,2,3..n}集RMS的计算方式如下所示：
进一步优化本技术方案，所述S5中，依据φ{1,2,3..n}集判单张航片姿态稳定性如下式所示：
与现有技术相比，本发明提供了一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，其具有以下优点和进步性：在无陀螺仪测角设备状况下，通过无人机自身GNSS定位设备和航片集为数据源对航摄稳定性进行评价，可利用本方法实现在相同飞行环境下，对不同类型无人机摄影瞬间的姿态稳定性进行评估，从而保证航空摄影测量的精度。
附图说明
图1为本发明提出的一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法的流程示意图；
图2为本发明提出的一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法的“提取标志”设置样式图；
图3为本发明提出的一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法的航片几何中心设置“提取标志”图；
图4为本发明提出的一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法的航片匹配后“提取标志”图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1，图中{...}代表{1,2,3...n}，一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，包括以下步骤：
S1、采用消费级无人机进行航空摄影测量，获得航片集H{1,2,3...n}；空中三角测量、生成数字正射影像DOM和数字高程模型DEM，并获得摄影瞬间GNSS位置集O{1,2,3...n}，其中，n为航片数据量，n≥10，所述摄影瞬间GNSS位置集O{1,2,3...n}为航片集H{1,2,3...n}摄影瞬间位置信息(X,Y,Z)。
S2、获得航片集H{1,2,3...n}的相片几何中心点集XZD{1,2,3...n}；在航片相片几何中心点设置“提取标志”，设置航“提取标志”的航片集为P{1,2,3...n}。
进一步的，所述“提取标志”如图2所示，共9x9个像素，3x3个像素为一个正方形块，分别位于中心、左上角、右上角、左下角、右下角正方形块设置为黑色，其余设置白色；相片几何中心点像素位于9x9像素的几何中心。
进一步的，所述设置“提取标志”如图3所示。
S3、DOM与相片集P{1,2,3...n}逐一匹配；匹配后航片数据集为J{1,2,3...n}；提取J{1,2,3...n}集中每张航片“提取标志”中心点坐标信息(X，Y，Z)，数据集为W{1,2,3...n}。
进一步的，所述匹配后航片数据集为J{1,2,3...n}与DOM具有相同的坐标系和空间参考。所述提取J{1,2,3...n}集每张航片“提取标志”中心点标志坐标信息(X，Y，Z)，相片几何中心点坐标集为W{1,2,3...n}，相片几何中心点“提取标志”经匹配后如图4所示，利用全自动识别方法、手动方法、半手动方法进行提取其中心坐标(X，Y)，与DEM叠加分析获取(X,Y,Z)坐标。
S4、获得W{1,2,3...n}集和O{1,2,3...n}集对应点连线与垂线夹角集φ{1,2,3..n}集，其中，所述夹角φ代表摄影瞬间相片倾角。
S5、获得φ{1,2,3..n}集绝对值平均值、φ{1,2,3..n}集标准差、φ{1,2,3..n}集最大值、RMS，所述W{1,2,3..n}集和O{1,2,3..n}集按照投影变换的方法进行坐标系统一，以便求取夹角，依据φ{1,2,3..n}集统计值判断航片姿态稳定性。
具体的，所述S1中，采用的消费级无人机摄镜头可分为单镜头、双镜头、五镜头的上述类型，获得航片集H{...}的航摄仪物镜主光轴为垂向。
具体的，所述S1中，所述航片集H{1,2,3...n}满足航向重叠率不低于60％，旁向重叠率不低于30％。
具体的，所述S1中，所述摄影瞬间GNSS位置集O{...}的获取方式为：通过软件提取H{1,2,3...n}的属性或相关联文件的方式获取摄影瞬间GNSS位置信息，所述摄影瞬间GNSS位置信息包含CORS或RTK等差分后精确位置信息。
具体的，所述S1中，所述空中三角测量、生成数字正射影像DOM和数字高程模型DEM由航空摄影测量软件PIX4D、Smart3D等进行完成。
具体的，所述S2中，所述航片相片几何中心点设置“提取标志”的过程为：在航片集H{1,2,3...n}的每张相片相片几何中心点设置9X9正方形“提取标志”，相片几何中心点与“提取标志”中心重合，设置“提取标志”的航片集为P{1,2,3...n}。
具体的，所述S2中，所述相片几何中心点位于航片集H{1,2,3...n}的相片几何中心像素，所述相片几何中心通过获得相片的长、宽后计算获得。
具体的，所述S3中，所述DOM与相片集P{1,2,3...n}逐一匹配，数字正射影像DOM与相片集P{1,2,3...n}依照提取特征点方式进行全自动、手动、半手动方式线性、非线性位置调整拼切进行匹配；数字正射影像DOM位置不发生形变，相片集P{1,2,3...n}经匹配后可能发生变形，匹配后的相片集为J{1,2,3...n}，所述相片集J{1,2,3...n}经匹配后获得与数字正射影像DOM一致的坐标参考。
具体的，所述S5中，所述φ{1,2,3...n}集RMS越大本次飞行姿态稳定性越差，所述φ{1,2,3..n}集RMS的计算方式如下所示：
具体的，所述S5中，依据φ{1,2,3..n}集判断单航片姿态稳定性如下式所示：
本发明上述消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，通过无人机自身GNSS定位设备和航片集为数据源的航摄稳定性评价，可在相同飞行环境下对不同类型无人机摄影瞬间的姿态稳定性进行评估，从而保证航空摄影测量的精度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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技术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，因此本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用消费级无人机进行航空摄影测量，获得航片集H{1,2,3...n}；空中三角测量、生成数字正射影像DOM和数字高程模型DEM，并获得摄影瞬间GNSS位置集O{1,2,3...n}，其中，n为航片数据量，n≥10，所述摄影瞬间GNSS位置集O{1,2,3...n}为航片集H{1,2,3...n}摄影瞬间位置信息（X,Y,Z）；
S2、获得航片集H{1,2,3...n}的相片几何中心点集XZD{1,2,3...n}；在航片相片几何中心点设置“提取标志”，设置“提取标志”的相片集为P{1,2,3...n}；
S3、数字正射影像DOM与相片集P{1,2,3...n}逐一匹配；匹配后航片数据集为J{1,2,3...n}；提取J{1,2,3...n}集中每张航片“提取标志”的中心点坐标信息（X，Y，Z），数据集为W{1,2,3...n}；
S4、获得数据集W{1,2,3...n}和摄影瞬间GNSS位置集O{1,2,3...n}对应点连线与垂线夹角集φ{1,2,3..n}集，其中，所述夹角φ代表摄影瞬间相片倾角；
S5、获得φ{1,2,3..n}集绝对值平均值、φ{1,2,3..n}集标准差、φ{1,2,3..n}集最大值、RMS，依据φ{1,2,3..n}集统计值判断航片姿态稳定性；
所述S5中，所述φ{1,2,3...n}集RMS越大本次飞行稳定性越差，φ越大单航片姿态稳定越差,所述φ{1,2,3..n}集RMS的计算方式如下所示：
；
所述S5中，依据φ{1,2,3..n}集判断单张航片姿态稳定性如下式所示：
。
2.根据权利要求1所述的一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，其特征在于，所述S1中，采用的消费级无人机摄影镜头可分为单镜头、双镜头、五镜头中的一种或多种，获得航片集H{...}的航摄仪物镜主光轴为垂向。
3.根据权利要求1所述的一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，其特征在于，所述S1中，所述航片集H{1,2,3...n}满足航向重叠率不低于60%，旁向重叠率不低于30%。
4.根据权利要求1所述的一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，其特征在于，所述S1中，所述摄影瞬间GNSS位置集O{...}的获取方式为：通过软件提取航天集H{1,2,3...n}的属性或相关联文件的方式获取摄影瞬间GNSS位置信息，所述摄影瞬间GNSS位置信息包含CORS或RTK等差分后精确位置信息。
5.根据权利要求1所述的一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，其特征在于，所述S1中，所述空中三角测量、生成数字正射影像DOM和数字高程模型DEM由航空摄影测量软件PIX4D、Smart3等进行完成。
6.根据权利要求1所述的一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，其特征在于，所述S2中，所述航片相片几何中心点设置“提取标志”的过程为：在航片集H{1,2,3...n}的每张相片几何中心点设置9X9正方形“提取标志”，相片几何中心点与“提取标志”中心重合，设置“提取标志”的相片集为P{1,2,3...n}。
7.根据权利要求1所述的一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，其特征在于，所述S2中，所述相片几何中心点位于航片集H{1,2,3...n}的相片几何中心像素，所述相片几何中心通过获得相片的长、宽后计算获得。
8.根据权利要求1所述的一种消费级无人机摄影测量飞行稳定性评价方法，其特征在于，所述S3中，所述数字正射影像DOM与相片集P{1,2,3...n}逐一匹配，数字正射影像DOM与相片集P{1,2,3...n}依照特征点方式进行全自动、手动、半手动方式线性、非线性位置调整拼切进行匹配；数字正射影像DOM位置不发生形变，相片集P{1,2,3...n}经匹配后可能发生变形，匹配后的航片数据集为J{1,2,3...n}，所述匹配后的航片数据集J{1,2,3...n}经匹配后获得与数字正射影像DOM一致的坐标参考。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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