CN114942013A - 用于地形信息采集的遥感无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于地形信息采集的遥感无人机。本发明中，无人机本体在采用低空飞行模式进行地形信息采集的时候更靠近地面，因此也就能更有效的避免恶劣气候、不良天气等环境因素对无人机技术地形测绘工作产生的影响，让地形测绘工作的质量能得到更好的保证。在采用低空飞行模式的时候，无人机设备控制人员也就能更便捷、高效的完成无人机设备的起飞以及降落，让无人机设备的起降操作得到更好的控制，避免由于无人机设备起降受到影响而造成设备损伤。利用无人机进行航空摄影测量工作的话，不仅促进了测量工作灵活性的有效提升，同时通过在复杂地形使用无人机航空摄影测量技术，确保了测量工作的安全顺利进行，降低人员伤亡现象发生的几率。
Description
技术领域
本发明属于地形信息采集技术领域，具体为用于地形信息采集的遥感无人机。
背景技术
目前，无人机遥感技术是在航空遥感技术领域不断发展的一门新型技术。无人机遥感具有许多优点，如自身任务的灵活性较高、经济效益低、成本较低。不仅专业机构进行科学研究或管理时使用无人机进行侦测和监察，无人机的使用还深入日常生活的方方面面，如大到农业生产过程中农药的喷洒，地理研究中自然灾害发生情况的勘察、地质勘探研究、地图修改的测量测绘，小到交通安全的日常监测、油田配电网巡检、油田无人机热成像管道巡检、无人机的航拍、跟踪测定等。
但是常见的采集系统中，无人机的图像处理功能较为单一，使得后续的图像分析处理的准确度较差。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供用于地形信息采集的遥感无人机。
本发明采用的技术方案如下：用于地形信息采集的遥感无人机，包括启动模块、数据采集模块、无人机图像处理模块、网络连接模块、服务器模块、数据处理模块、数据下载处理模块、数据导出模块、匀色裁边模块、全景图影像拼接处理模块、低空遥感影像匹配模块、无人机本体、起飞螺旋桨、防护底支架、系统本体，所述无人机本体的四个边角处设置有四个起飞螺旋桨，所述无人机本体的下表面设置有系统本体，所述系统本体的底部固定安装有采集摄像头，所述无人机本体的下表面两侧固定连接有两个防护底支架；
所述启动模块的输出端连接有所述数据采集模块的输入端，所述数据采集模块的输出端连接有所述无人机图像处理模块的输入端，所述无人机图像处理模块的输出端连接有所述网络连接模块的输入端，所述网络连接模块的输出端连接有所述服务器模块的输入端，所述服务器模块的输出端连接有所述数据处理模块的输入端，所述数据处理模块的输出端连接有所述数据下载处理模块的输入端，所述数据下载处理模块的输出端连接有所述数据导出模块的输入端。
在一优选的实施方式中，所述无人机图像处理模块的内部固定安装有匀色裁边模块、全景图影像拼接处理模块和低空遥感影像匹配模块，所述匀色裁边模块、全景图影像拼接处理模块和低空遥感影像匹配模块的输出端连接有所述无人机图像处理模块的输入端。
在一优选的实施方式中，所述数据采集模块兼容和延续各地形测量单位普及的各型单波束测深装备和RTK定位设备以及工控电脑及数据采集软件；在数据采集软件采集到GPs定位数据、地形仪数据文件后(以测线文件为单位)，系统新增加的测线数据文件回传功能将采集的数据文件进行加密，通过网络回传到指定IP和端口的航道地形数据服务器。
在一优选的实施方式中，所述匀色裁边模块在原始的影像上进行匀色处理，所述匀色裁边模块利用影像的裁剪软件和系统裁剪边缘地区无关的影像信息。
在一优选的实施方式中，所述全景图影像拼接处理模块空中三角测量生成数字高程模型正射影像图之后，通过测定方位元素，使影像的匹配能够出现较多的离散三维微点，通过人机交互的形式获得正射影像；在获得正射影像之后调整精度，随机抽取地面的检测控制点，将检测结果列成正射影像精度检查表，同时对检测点进行编号，记录坐标差和坐标的偏移量。
在一优选的实施方式中，所述低空遥感影像匹配模块将低空遥感影像作为一个统一协调的整体，对全局进行分析以后，通过结构信息对每一层的影像进行详细的分析和融合，最终将视差图进行一致性检测；检测时，应该从粗测到精细测量；利用金字塔匹配的策略将影像变成金字塔结构，从底层开始，相邻像素之间重新采样后形成新的像素，直到形成金字塔的最顶尖。
在一优选的实施方式中，所述网络连接模块使用WebService技术进行网络连接。
在一优选的实施方式中，所述服务器模块(5)包括地形数据服务器和webservice地形数据服务器。
在一优选的实施方式中，所述数据处理模块调用微软chart控件实现地形数据展示和界面交互，提供了手动修正功能。
在一优选的实施方式中，所述数据下载处理模块的内部设置有地形文件的服务器下载或者本地导入功能、错误地形数据自动滤波纠正和半自动滤波处理及地形数据的重采样、历史底图的对比分析功能。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，无人机本体在采用低空飞行模式进行地形信息采集的时候更靠近地面，因此也就能更有效的避免恶劣气候、不良天气等环境因素对无人机技术地形测绘工作产生的影响，让地形测绘工作的质量能得到更好的保证。其次，在采用低空飞行模式的时候，无人机设备控制人员也就能更便捷、高效的完成无人机设备的起飞以及降落，让无人机设备的起降操作得到更好的控制，避免由于无人机设备起降受到影响而造成设备损伤。
2、本发明中，无人机与其他在人飞机最大的不同就在于，其不管是起飞还是降落，都不需要专用的场地。因此，如果利用无人机进行航空摄影测量工作的话，不仅促进了测量工作灵活性的有效提升，同时通过在复杂地形使用无人机航空摄影测量技术，确保了测量工作的安全顺利进行，降低人员伤亡现象发生的几率。
3、本发明中，无人机图像处理模块可以对拍摄采集到的数据进行初步处理，从而通过无人机图像处理模块内部的匀色裁边模块、全景图影像拼接处理模块、低空遥感影像匹配模块恢复和改善影像获取的设备，优化技术，使影像变得清晰，从而更准确、更科学、更逼真地还原影像背后的数据信息，为相关行业的发展提供技术支持，提高了后续对于采集到的图像处理时的速率，提高了系统的准确性。
附图说明
图1为本发明的无人机结构示意简图；
图2为本发明中系统框图；
图3为本发明中无人机图像处理模块内部系统框图。
图中标记：1-启动模块、2-数据采集模块、3-无人机图像处理模块、4-网络连接模块、5-服务器模块、6-数据处理模块、7-数据下载处理模块、8-数据导出模块、9-匀色裁边模块、10-全景图影像拼接处理模块、11-低空遥感影像匹配模块、12-无人机本体、13-起飞螺旋桨、14-防护底支架、15-系统本体。
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。
参照图1-3，
用于地形信息采集的遥感无人机，包括启动模块1、数据采集模块2、无人机图像处理模块3、网络连接模块4、服务器模块5、数据处理模块6、数据下载处理模块7、数据导出模块8、匀色裁边模块9、全景图影像拼接处理模块10、低空遥感影像匹配模块11、无人机本体12、起飞螺旋桨13、防护底支架14、系统本体15，无人机本体12的四个边角处设置有四个起飞螺旋桨13，无人机本体12的下表面设置有系统本体15，系统本体15的底部固定安装有采集摄像头，无人机本体12的下表面两侧固定连接有两个防护底支架14；
启动模块1的输出端连接有数据采集模块2的输入端，数据采集模块2的输出端连接有无人机图像处理模块3的输入端，无人机图像处理模块3的输出端连接有网络连接模块4的输入端，网络连接模块4的输出端连接有服务器模块5的输入端，服务器模块5的输出端连接有数据处理模块6的输入端，数据处理模块6的输出端连接有数据下载处理模块7的输入端，数据下载处理模块7的输出端连接有数据导出模块8的输入端。
无人机图像处理模块3的内部固定安装有匀色裁边模块9、全景图影像拼接处理模块10和低空遥感影像匹配模块11，匀色裁边模块9、全景图影像拼接处理模块10和低空遥感影像匹配模块11的输出端连接有无人机图像处理模块3的输入端。
数据采集模块2兼容和延续各地形测量单位普及的各型单波束测深装备和RTK定位设备以及工控电脑及数据采集软件。在数据采集软件采集到GPs定位数据、地形仪数据文件后(以测线文件为单位)，系统新增加的测线数据文件回传功能将采集的数据文件进行加密，通过网络回传到指定IP和端口的航道地形数据服务器。
匀色裁边模块9在原始的影像上进行匀色处理，在匀色时需要注意颜色的反差，灰度、纹理的变化，要保证匀色后图像能够过渡自然。同时，可以利用影像的裁剪软件和系统裁剪边缘地区无关的影像信息。
全景图影像拼接处理模块10空中三角测量生成数字高程模型正射影像图之后，通过测定方位元素，使影像的匹配能够出现较多的离散三维微点，通过人机交互的形式获得正射影像。在获得正射影像之后还需要调整精度，随机抽取地面的检测控制点，将检测结果列成正射影像精度检查表，同时对检测点进行编号，记录坐标差和坐标的偏移量，以有效分析正射影像的精度。另外，还可以根据实验结果再次分析影像处理后应用的可能性。
低空遥感影像匹配模块11利用相关函数关系，寻找它们之间的相似结构，通过数学定义测算影像的坐标位置和映射的变换。在匹配时还要监测遥感影像匹配的测度，通过函数关系和相关系数以及协方差函数计算。从匹配策略角度考虑，可以匹配分配的层次，将低空遥感影像作为一个统一协调的整体，在若干信息处理过程中，对全局进行分析以后，通过结构信息对每一层的影像进行详细的分析和融合，最终将视差图进行一致性检测。检测时，应该从粗测到精细测量。利用金字塔匹配的策略将影像变成金字塔结构，从底层开始，相邻像素之间重新采样后形成新的像素，直到形成金字塔的最顶尖。
网络连接模块4使用WebService技术进行网络连接，WebService是一种部署在Web上的对象和组件，描述了一些操作的接口，通过标准化的xML消息传递机制，使用标准规范的基于xML的WsDL语言进行服务描述WebService体系结构基于三种角色(服务提供者、服务注册中心和服务请求者)之间的交互；包括服务的发布、查找和绑定操作。服务提供者定义了服务描述，并把它发布到服务请求者或服务注册中心。服务请求者使用查找操作来从本地或服务注册中心检索服务描述，然后使用服务描述与服务提供者进行绑定并调用webService实现交互；网络连接模块4采用移动、联通、电信运营商提供的5G移动网络传输服务，将数据采集端与互联网连接，并负责数据的传输和通讯功能，在具体的实施过程中通过配置5G网卡和相配套的软件实现。
服务器模块5包括地形数据服务器和webservice地形数据服务器。地形数据服务器提供FTP服务，接收和提供下载地形测线文件。WebService地形数据服务器中的数据库采用oracle1lg，它可接收各地形站的地形数据，并提供地形站目录信息、各地形站地形的接口查询功能。
数据处理模块6调用微软chart控件实现地形数据展示和界面交互，提供了手动修正功能，并在界面中调用地形滤波算法的d11库，为支持底图对比功能，调用cadio.dll实现导入.d对工程底图进行底图对比的功能。
数据下载处理模块7的内部设置有地形文件的服务器下载或者本地导入功能、错误地形数据自动滤波纠正和半自动滤波处理及地形数据的重采样、历史底图的对比分析功能；数据导出模块8的内部自定义数据导出格式，以方便导入到后续成图系统中处理，导出字段包括点号、时间、北坐标、东坐标、原始地形值、实时地形值、地形改正后的高程值(相对于航行基准面高程)等信息。
无人机本体12在采用低空飞行模式进行地形信息采集的时候更靠近地面，因此也就能更有效的避免恶劣气候、不良天气等环境因素对无人机技术地形测绘工作产生的影响，让地形测绘工作的质量能得到更好的保证。其次，在采用低空飞行模式的时候，无人机设备控制人员也就能更便捷、高效的完成无人机设备的起飞以及降落，让无人机设备的起降操作得到更好的控制，避免由于无人机设备起降受到影响而造成设备损伤。
本发明中，无人机与其他在人飞机最大的不同就在于，其不管是起飞还是降落，都不需要专用的场地。因此，如果利用无人机进行航空摄影测量工作的话，不仅促进了测量工作灵活性的有效提升，同时通过在复杂地形使用无人机航空摄影测量技术，确保了测量工作的安全顺利进行，降低人员伤亡现象发生的几率。
本发明中，无人机图像处理模块3可以对拍摄采集到的数据进行初步处理，从而通过无人机图像处理模块3内部的匀色裁边模块9、全景图影像拼接处理模块10、低空遥感影像匹配模块11恢复和改善影像获取的设备，优化技术，使影像变得清晰，从而更准确、更科学、更逼真地还原影像背后的数据信息，为相关行业的发展提供技术支持，提高了后续对于采集到的图像处理时的速率，提高了系统的准确性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.用于地形信息采集的遥感无人机，包括启动模块(1)、数据采集模块(2)、无人机图像处理模块(3)、网络连接模块(4)、服务器模块(5)、数据处理模块(6)、数据下载处理模块(7)、数据导出模块(8)、匀色裁边模块(9)、全景图影像拼接处理模块(10)、低空遥感影像匹配模块(11)、无人机本体(12)、起飞螺旋桨(13)、防护底支架(14)、系统本体(15)，其特征在于：所述无人机本体(12)的四个边角处设置有四个起飞螺旋桨(13)，所述无人机本体(12)的下表面设置有系统本体(15)，所述系统本体(15)的底部固定安装有采集摄像头，所述无人机本体(12)的下表面两侧固定连接有两个防护底支架(14)；
所述启动模块(1)的输出端连接有所述数据采集模块(2)的输入端，所述数据采集模块(2)的输出端连接有所述无人机图像处理模块(3)的输入端，所述无人机图像处理模块(3)的输出端连接有所述网络连接模块(4)的输入端，所述网络连接模块(4)的输出端连接有所述服务器模块(5)的输入端，所述服务器模块(5)的输出端连接有所述数据处理模块(6)的输入端，所述数据处理模块(6)的输出端连接有所述数据下载处理模块(7)的输入端，所述数据下载处理模块(7)的输出端连接有所述数据导出模块(8)的输入端。
2.如权利要求1所述的用于地形信息采集的遥感无人机，其特征在于：所述无人机图像处理模块(3)的内部固定安装有匀色裁边模块(9)、全景图影像拼接处理模块(10)和低空遥感影像匹配模块(11)，所述匀色裁边模块(9)、全景图影像拼接处理模块(10)和低空遥感影像匹配模块(11)的输出端连接有所述无人机图像处理模块(3)的输入端。
3.如权利要求1所述的用于地形信息采集的遥感无人机，其特征在于：所述数据采集模块(2)兼容和延续各地形测量单位普及的各型单波束测深装备和RTK定位设备以及工控电脑及数据采集软件；在数据采集软件采集到GPs定位数据、地形仪数据文件后(以测线文件为单位)，系统新增加的测线数据文件回传功能将采集的数据文件进行加密，通过网络回传到指定IP和端口的航道地形数据服务器。
4.如权利要求1所述的用于地形信息采集的遥感无人机，其特征在于：所述匀色裁边模块(9)在原始的影像上进行匀色处理，所述匀色裁边模块(9)利用影像的裁剪软件和系统裁剪边缘地区无关的影像信息。
5.如权利要求1所述的用于地形信息采集的遥感无人机，其特征在于：所述全景图影像拼接处理模块(10)空中三角测量生成数字高程模型正射影像图之后，通过测定方位元素，使影像的匹配能够出现较多的离散三维微点，通过人机交互的形式获得正射影像；在获得正射影像之后调整精度，随机抽取地面的检测控制点，将检测结果列成正射影像精度检查表，同时对检测点进行编号，记录坐标差和坐标的偏移量。
6.如权利要求1所述的用于地形信息采集的遥感无人机，其特征在于：所述低空遥感影像匹配模块(11)将低空遥感影像作为一个统一协调的整体，对全局进行分析以后，通过结构信息对每一层的影像进行详细的分析和融合，最终将视差图进行一致性检测；检测时，应该从粗测到精细测量；利用金字塔匹配的策略将影像变成金字塔结构，从底层开始，相邻像素之间重新采样后形成新的像素，直到形成金字塔的最顶尖。
7.如权利要求1所述的用于地形信息采集的遥感无人机，其特征在于：所述网络连接模块(4)使用WebService技术进行网络连接。
8.如权利要求1所述的用于地形信息采集的遥感无人机，其特征在于：所述服务器模块(5)包括地形数据服务器和webservice地形数据服务器。
9.如权利要求1所述的用于地形信息采集的遥感无人机，其特征在于：所述数据处理模块(6)调用微软chart控件实现地形数据展示和界面交互，提供了手动修正功能。
10.如权利要求1所述的用于地形信息采集的遥感无人机，其特征在于：所述数据下载处理模块(7)的内部设置有地形文件的服务器下载或者本地导入功能、错误地形数据自动滤波纠正和半自动滤波处理及地形数据的重采样、历史底图的对比分析功能。
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- 2022-04-29 CN CN202210473313.3A patent/CN114942013B/zh active Active
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