CN118069768A - 一种基于无人机真正射影像的施工现场复合成果生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及施工现场监测技术领域，具体涉及一种基于无人机真正射影像的施工现场复合成果生成方法。本发明根据施工现场低空遥感数据和项目设计数据进行地理信息处理，获取施工现场的复合数据，实现将多个来源的数据整合到复合数据中，再根据施工现场低空遥感时间序列数据对复合数据进行实时更新，获取施工现场复合数字成果，实现将多个时间序列的数据整合到复合数字成果中，从而实现从时间维度、空间维度、对象维度等多个维度展现施工现场情况，为施工现场提供了更多样、更全面、更详细的数据，更便于查阅，有利于提高对施工现场进度动态监测、几何量测、施工复核的便利性，通过现场复合数字成果及时发现问题并提供科学决策参考。

Description

一种基于无人机真正射影像的施工现场复合成果生成方法
技术领域
本发明涉及施工现场监测技术领域，具体涉及一种基于无人机真正射影像的施工现场复合成果生成方法。
背景技术
施工单位在完成所承揽的工程建设施工项目的过程中，通常需要运用系统的观点和理论以及现代科学技术手段对施工项目进行计划、组织、安排、指挥、管理、监督、控制、协调等进行全过程管理。尤其需要对施工现场数据进行监测，以便及时掌握施工进度。然而施工现场情况复杂，资料多，想要更好地掌握现场情况，往往需要完全了解项目规划相关资料，还需要经验丰富的工作人员将项目规划相关资料与施工现场实际情况进行对比，才能了解当前施工进度。然而项目规划相关资料复杂，查阅不便，导致当前对施工现场数据监测不够便利。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于无人机真正射影像的施工现场复合成果生成方法，提高施工现场数据监测的便利性。
本发明采用的技术方案是，一种基于无人机真正射影像的施工现场复合成果生成方法。
在第一种可实现方式中，一种基于无人机真正射影像的施工现场复合成果生成方法，包括：
获取施工现场低空遥感数据和项目设计数据；
根据施工现场低空遥感数据和项目设计数据进行地理信息处理，获取施工现场的复合数据；
再次获取施工现场低空遥感时间序列数据；
根据施工现场低空遥感时间序列数据对复合数据进行实时更新，获取施工现场复合数字成果。
结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，获取施工现场低空遥感数据和项目设计数据，包括：
利用无人机采集施工现场的原始影像数据，将原始影像数据作为施工现场低空遥感数据；将施工项目资料中的施工设计图和数字线划图作为项目设计数据。
结合第二种可实现方式，在第三种可实现方式中，根据施工现场低空遥感数据和项目设计数据进行地理信息处理，获取施工现场的复合数据，包括：
根据原始影像数据获取施工现场的数字真正射影像和数字地表模型；
根据施工设计图和数字线划图获取合并栅格图；
根据合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型获取复合数据。
结合第三种可实现方式，在第四种可实现方式中，根据原始影像数据获取施工现场的数字真正射影像和数字地表模型，包括：
对原始影像数据进行数字微分纠正处理、密集点云匹配处理和镶嵌匀色处理，获得待处理影像数据；
基于CGCS2000地理坐标系，将待处理影像数据生成数字真正射影像和数字地表模型。
结合第三种可实现方式，在第五种可实现方式中，根据施工设计图和数字线划图获取合并栅格图，包括：
将施工设计图与数字线划图进行格式统一处理；
对格式统一后的施工设计图与数字线划图进行图层合并；
将合并后的图层转换为栅格格式，获得合并栅格图。
结合第三种可实现方式，在第六种可实现方式中，根据合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型获取复合数据，包括：
对合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型进行预处理；
对预处理后的合并栅格图进行几何配准处理，获得配准合并栅格图；
将配准合并栅格图、预处理后的数字真正射影像和数字地表模型进行波段组合，获得复合数据。
结合第六种可实现方式，在第七种可实现方式中，对合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型进行预处理，包括：
将合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型统一为CGCS2000地理坐标系；
利用高斯-克吕格投影，将CGCS2000地理坐标系转换为与施工现场当地条带号相适配的平面投影坐标系；
对数字真正射影像、数字地表模型和合并栅格图进行同尺寸重采样，分别获得预处理后的数字真正射影像和数字地表模型、合并栅格图。
结合第六种可实现方式，在第八种可实现方式中，将配准合并栅格图、预处理后的数字真正射影像和数字地表模型进行波段组合，获得复合数据，包括：
将配准合并栅格图作为第一波段，将预处理后的数字真正射影像作为第二波段，将预处理后的数字地表模型作为第三波段；
将第一波段、第二波段和第三波段进行波段叠加，形成复合数据。
结合第一种可实现方式，在第九种可实现方式中，再次获取施工现场低空遥感时间序列数据，包括：
在施工进行过程中，以相同航线、不同时间进行多次无人机建图航拍，获得施工现场低空遥感时间序列数据。
结合第一种可实现方式，在第十种可实现方式中，根据施工现场低空遥感时间序列数据对复合数据进行实时更新，获取施工现场复合数字成果，包括：
根据施工现场低空遥感时间序列数据获取新增数字真正射影像和新增数字地表模型；
将新增数字真正射影像和新增数字地表模型进行预处理，并叠加到复合数据，获得施工现场复合数字成果。
由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：
1.根据施工现场低空遥感数据和项目设计数据进行地理信息处理，获取施工现场的复合数据，实现将多个来源的数据整合到复合数据中，再根据施工现场低空遥感时间序列数据对复合数据进行实时更新，获取施工现场复合数字成果，实现将多个时间序列的数据整合到复合数字成果中，从而实现从时间维度、空间维度、对象维度等多个维度展现施工现场情况，为施工现场提供了更多样、更全面、更详细的数据，更便于查阅，有利于提高对施工现场数据监测的便利性。有利于提高对施工现场进度动态监测、几何量测、施工复核的便利性，便于通过现场复合数字成果及时发现问题并提供科学决策参考。
2.本方案将不同源的施工现场低空遥感数据和项目设计数据整合到一个施工现场复合数字成果中，实现了多源数据的有机结合，具有更高的信息密度和数据多样性，根据施工现场低空遥感时间序列数据对复合数据进行实时更新，便于进行多方位信息高精度对比，包括施工设计图与项目真实施工场景情况对比以及随时间变化的施工进度对比。还减少了信息孤岛效应，可为工程设计、规划、施工管理等过程提供更全面的信息支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本实施例提供的一种基于无人机真正射影像的施工现场复合成果生成方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。术语“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，A与B相对应指的是A与B之间是一种关联关系或绑定关系。
结合图1所示，本实施例提供了一种基于无人机真正射影像的施工现场复合成果生成方法，包括：
步骤S01、获取施工现场低空遥感数据和项目设计数据；
步骤S02、根据施工现场低空遥感数据和项目设计数据进行地理信息处理，获取施工现场的复合数据；
步骤S03、再次获取施工现场低空遥感时间序列数据；
步骤S04、根据施工现场低空遥感时间序列数据对复合数据进行实时更新，获取施工现场复合数字成果。
可选地，获取施工现场低空遥感数据和项目设计数据，包括：利用无人机采集施工现场的原始影像数据，将原始影像数据作为施工现场低空遥感数据；将施工项目资料中的施工设计图和数字线划图作为项目设计数据。
在一些实施例中，在施工现场，采用带RTK高精度实时定位的无人机进行定高飞行，并规划无人机的航线，以及设置飞行高度、旁向重叠率、航向重叠率等参数，最终获得施工现场的高分辨率的正射影像，即原始影像数据。同时，获取施工项目资料中的施工设计图和数字线划图。施工设计图与数字线划图都用于表达空间信息，传达工程设计或地理空间的几何和拓扑信息，用于描述工程项目的结构布局、尺寸等方面要素。
可选地，根据施工现场低空遥感数据和项目设计数据进行地理信息处理，获取施工现场的复合数据，包括：根据原始影像数据获取施工现场的数字真正射影像和数字地表模型；根据施工设计图和数字线划图获取合并栅格图；根据合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型获取复合数据。
可选地，根据原始影像数据获取施工现场的数字真正射影像和数字地表模型，包括：对原始影像数据进行数字微分纠正处理、密集点云匹配处理和镶嵌匀色处理，获得待处理影像数据；基于CGCS2000地理坐标系，将待处理影像数据生成数字真正射影像和数字地表模型。
在一些实施例中，数字真正射影像(Thematic Digital Orthophoto Map，TDOM)是一种专题数字正射影像地图，是在DOM(Digital Orthophoto Map，数字正射影像地图)的基础上，根据特定的主题需求，对影像进行分类、提取和标注，形成具有特定主题信息的地图。数字真正射影像的影像与常规影像不同的是，它具有正射特性，即影像上所有像素都位于同一水平面，没有受到地形高度的影响，更加真实和直观。
在一些实施例中，数字地表模型(Digital Surface Model，DSM)是一种用于表示地球表面三维形态的数字模型。本方案的数字真正射影像和数字地表模型均为TIF格式，为二维影像。它不仅包含了地形的高程信息，还包含了建筑物、植被等地表物体的信息。
可选地，根据施工设计图和数字线划图获取合并栅格图，包括：将施工设计图与数字线划图进行格式统一处理；对格式统一后的施工设计图与数字线划图进行图层合并；将合并后的图层转换为栅格格式，获得合并栅格图。
在一些实施例中，施工设计图为DWG格式，数字线划图为SHP格式。将DWG格式的施工设计图转换为SHP格式，然后再将SHP格式的数字线划图与施工设计图进行图层合并。最后将合并后的SHP图层转换为栅格格式，形成合并栅格图。
可选地，根据合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型获取复合数据，包括：对合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型进行预处理；对预处理后的合并栅格图进行几何配准处理，获得配准合并栅格图；将配准合并栅格图、预处理后的数字真正射影像和数字地表模型进行波段组合，获得复合数据。
可选地，对合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型进行预处理，包括：将合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型统一为CGCS2000地理坐标系；利用高斯-克吕格投影，将CGCS2000地理坐标系转换为与施工现场当地条带号相适配的平面投影坐标系；对数字真正射影像、数字地表模型和合并栅格图进行同尺寸重采样，分别获得预处理后的数字真正射影像和数字地表模型、合并栅格图。
在一些实施例中，将TDOM、DSM以及合并栅格图统一坐标系，采用CGCS2000地理坐标系。在实际应用中，为了更方便地测量与制图，需要将经纬度转换为米为单位作为空间衡量指标，因此利用高斯-克吕格投影，将CGCS2000地理坐标系转换为与项目所在施工现场当地条带号相适配的平面投影坐标系。然后将三个图像的像元重采样至相同大小，统一数字真正射影像、数字地表模型和合并栅格图的空间分辨率，完成预处理。
在一些实施例中，地球按照经度划分为多个区域，按照顺序为各区域编号，即条带号，也叫分度带。不同经度对应一个条带号，每个条带号对应一个投影坐标系。
可选地，CGCS2000地理坐标系转换公式如下所示：X＝(L-L0)*cosB，Y＝(L-L0)*sinB；其中，X和Y分别为平面投影坐标系中的横坐标和纵坐标，L和B分别为CGCS2000地理坐标系中的经度和维度，L0为中央经线的经度。
可选地，对预处理后的合并栅格图进行几何配准处理，获得配准合并栅格图，包括：采用无像控点的方式，将数字真正射影像与合并栅格图中的同名地物特征点进行特征匹配；根据特征匹配关系确定预设几何变换模型的参数；利用预设几何变换模型对预处理后的合并栅格图进行几何变换，获得配准后合并栅格图。
在一些实施例中，TDOM与DSM数据无需配准。在确保坐标系统以及分辨率一致后，基于TDOM数据，对合并栅格图进行几何配准。此过程采用无像控点的方式，从合并栅格图与TDOM中提取同名地物特征点，包括角点、建筑物边缘、道路交叉口等，利用图像处理工具或计算机视觉算法进行特征匹配。
可选地，预设几何变换模型包括仿射变换等。利用预设几何变换模型对预处理后的合并栅格图进行几何变化，使其与TDOM配准。
可选地，根据TDOM与合并栅格图之间的图像几何关系确定适当的几何变换模型。图像几何关系包括平移、旋转、缩放、畸变等。
可选地，利用预设几何变换模型对预处理后的合并栅格图进行几何变换之后，还包括：选择未用于配准的独立特征点进行验证，使用残差分析法对几何变换前后的合并栅格图中的坐标差异进行统计分析，获取残差分析结果；在残差分析结果满足预设精度要求的情况下，确定几何配准成功，否则优化几何变换模型的参数后，再次对预处理后的合并栅格图进行几何配准，直到残差分析结果满足精度要求为止。
可选地，残差分析结果包括残差分布、均值、标准差等。若残差分析结果不满足预设精度要求，则表明配准精度较低，调整几何变换模型参数或配准方法后，再次进行几何配准，实现优化配准精度，直到配准达到较高精度为止。
可选地，将配准合并栅格图、预处理后的数字真正射影像和数字地表模型进行波段组合，获得复合数据，包括：将配准合并栅格图作为第一波段，将预处理后的数字真正射影像作为第二波段，将预处理后的数字地表模型作为第三波段；将第一波段、第二波段和第三波段进行波段叠加，形成复合数据。
在一些实施例中，配准合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型均为TIF格式的栅格图，将三个栅格图通过波段组合的方式叠加在一起，形成新的TIF格式的复合数据。配准合并栅格图作为第一波段，预处理后的数字真正射影像作为第二波段，预处理后的数字地表模型作为第三波段，将第一波段、第二波段和第三波段组合，形成复合数字摄影测量结果，即复合数据。因此，复合数据包含了数字真正射影像、数字地表模型、施工设计图与数字线划图的关键特征，例如几何关系、结构物、地物高度、地表真实纹理等，为施工现场提供了更多样、更全面、更详细的数据。
可选地，再次获取施工现场低空遥感时间序列数据，包括：在施工进行过程中，以相同航线、不同时间进行多次无人机建图航拍，获得施工现场低空遥感时间序列数据。
可选地，根据施工现场低空遥感时间序列数据对复合数据进行实时更新，获取施工现场复合数字成果，包括：根据施工现场低空遥感时间序列数据获取新增数字真正射影像和新增数字地表模型；将新增数字真正射影像和新增数字地表模型进行预处理，并叠加到复合数据，获得施工现场复合数字成果。
在一些实施例中，按照上述原始影像数据获取数字真正射影像和数字地表模型的方式，对施工现场低空遥感时间序列数据中的各影像进行相同处理，得到新增数字真正射影像和新增数字地表模型；再将新增数字真正射影像和新增数字地表模型的坐标和空间分辨率与复合数据统一，然后将新增数字真正射影像和新增数字地表模型叠加到复合数据，获得基于时间序列影像的多通道复合数字摄影测量成果，即施工现场复合数字成果，实现施工现场复合数字成果的实时新增。这样，仅需要施工现场复合数字成果即可实现从时间维度、空间维度、对象维度等多个维度的查看对比施工现场资料，资料齐全且方便，为施工管理以及决策制定提供了极大地支持。
在一些实施例中，本方案将不同源数据整合到一个多波段多通道的施工现场复合数字成果中，实现了多源数据的有机结合，它同时包含坐标信息、施工设计几何信息、结构物属性、地物高度、地表真实纹理等信息，使得成果具有更高的信息密度和数据多样性。本方案减少了信息孤岛效应，可为工程设计、规划、施工管理等过程提供更全面的信息支持。同时仅用一张图，无需再经过其他数据处理，可实现多方位信息高精度对比，包括施工设计图与项目真实施工场景情况对比以及随时间变化的施工进度对比。基于施工现场复合数字成果的图像，能够用于计算实际施工阶段与设计阶段的平面几何偏差、体积偏差，以及量化各施工区域的进度变化情况，为施工管理以及决策制定提供支持。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种基于无人机真正射影像的施工现场复合成果生成方法，其特征在于，包括：
获取施工现场的低空遥感数据和项目设计数据；
根据施工现场低空遥感数据和项目设计数据进行地理信息处理，获取施工现场的复合数据；
再次获取施工现场低空遥感时间序列数据；
根据施工现场低空遥感时间序列数据对复合数据进行实时更新，获取施工现场复合数字成果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取施工现场低空遥感数据和项目设计数据，包括：
利用无人机采集施工现场的原始影像数据，将原始影像数据作为施工现场低空遥感数据；将施工项目资料中的施工设计图和数字线划图作为项目设计数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据施工现场低空遥感数据和项目设计数据进行地理信息处理，获取施工现场的复合数据，包括：
根据原始影像数据获取施工现场的数字真正射影像和数字地表模型；
根据施工设计图和数字线划图获取合并栅格图；
根据合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型获取复合数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据原始影像数据获取施工现场的数字真正射影像和数字地表模型，包括：
对原始影像数据进行数字微分纠正处理、密集点云匹配处理和镶嵌匀色处理，获得待处理影像数据；
基于CGCS2000地理坐标系，将待处理影像数据生成数字真正射影像和数字地表模型。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据施工设计图和数字线划图获取合并栅格图，包括：
将施工设计图与数字线划图进行格式统一处理；
对格式统一后的施工设计图与数字线划图进行图层合并；
将合并后的图层转换为栅格格式，获得合并栅格图。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型获取复合数据，包括：
对合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型进行预处理；
对预处理后的合并栅格图进行几何配准处理，获得配准合并栅格图；
将配准合并栅格图、预处理后的数字真正射影像和数字地表模型进行波段组合，获得复合数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型进行预处理，包括：
将合并栅格图、数字真正射影像和数字地表模型统一为CGCS2000地理坐标系；
利用高斯-克吕格投影，将CGCS2000地理坐标系转换为与施工现场当地条带号相适配的平面投影坐标系；
对数字真正射影像、数字地表模型和合并栅格图进行同尺寸重采样，分别获得预处理后的数字真正射影像和数字地表模型、合并栅格图。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将配准合并栅格图、预处理后的数字真正射影像和数字地表模型进行波段组合，获得复合数据，包括：
将配准合并栅格图作为第一波段，将预处理后的数字真正射影像作为第二波段，将预处理后的数字地表模型作为第三波段；
将第一波段、第二波段和第三波段进行波段叠加，形成复合数据。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，再次获取施工现场低空遥感数据，包括：
在施工进行过程中，以相同航线、不同时间进行多次无人机建图航拍，获得施工现场低空遥感时间序列数据。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据施工现场低空遥感时间序列数据对复合数据进行实时更新，获取施工现场复合数字成果，包括：
根据施工现场低空遥感时间序列数据获取新增数字真正射影像和新增数字地表模型；
将新增数字真正射影像和新增数字地表模型进行预处理，并叠加到复合数据，获得施工现场复合数字成果。
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