无人机测绘地理信息定位技术

无人机测绘地理信息定位技术

梁丽

身份证号： 45270219880220****

摘要：无人机遥感测绘技术广泛应用于社会生产的各领域内，是现代化测绘测量体系中重要的组成部分。为满足植保无人机在复杂地形环境下的工作效率，本文从植保无人机复杂地形工作存在的问题出发，对植保无人机自主作业过程中的关键环节进行了重点探讨，旨在为无人机遥感测绘技术在农业中的具体应用提供有价值的参考。

关键词：无人机；遥感测绘技术；三维模型

1复杂地形中植保无人机自主作业方案

1.1 方案设计

为解决植保无人机在复杂地形环境下自主作业问题，本文提出了基于无人机测绘技术的复杂地形植保无人机自主作业解决方案。

首先，采用航拍无人机获取多角度的、高度重叠的地面影像信息；

然后，运用基于无人机测绘技术的地形三维模型构建地面影像并生成具有高程信息的地形三维模型。高程信息主要是用于随高度调整的航线，是植保无人机在复杂地形完成自主作用的基础。

最后，通过校正算法对三维模型进行校正，使其精度能够满足植保人机作业需求。

1.2 影响三维模型精度因素

为了确保地形三维模型的精度，建立三维模型前获取的原始影像集应保证较高的精度，主要包括如下几个方面：

（1）影像地面分辨率。影像地面分辨率特指地面采样距离（GSD），即单位像素对应的实际地表长度，固定相机焦距情况下，仅无人机的相对地面飞行高度影响影像分辨率。

（2）影像重叠度。重叠度指两张同尺寸的影像重叠区域占单张影像总体面积的比例，影像有一定的重叠度才有重建可能。从类型上讲，重叠度分为航向重叠度和旁向重叠度，航向重叠度主要对相机拍摄相邻两张照片间距造成影响，而旁向重叠度则对相邻航线间距产生影响。

（3）影像锐度。锐度体现了影像界限的清晰程度，影像锐度越高，对于提取特征点方面则具有更大优势。

（4）多视角影像。无人机搭载前、后、左、右、垂直五个方向的镜头拍摄地物影像，再经影像几何校正、特征点提取、立体匹配等系统处理，可得到地物全方位信息数据。

（5）影像畸变。航摄相机往往采用广角镜头，但是广角镜头常带有较大的畸变，会对图像质量造成影响，因此，需通过相机标定镜头畸变，最终生成校正图像。

结合上述影响因素，对影响植保无人机在复杂地形中自主作业的航拍航线规划、三维重建以及三模模型校正等关键流程进行探讨。

2影像获取及重建前处理

航拍航线规划涉及到众多参数，根据参数关联对象差异可划分为拍摄区域、无人机和搭载相机三部分。航线长度、航线间距、旁向重叠度、航线方向受拍摄区域相关参数影响；航高、航速等受拍摄区域相关参数影响；光圈、快门、拍摄间隔时间等受搭载相机影响。上述参数需按照顺序逐步确定，最终完成完整的航线，其流程图如图1所示。

图1 航线规划流程图

2.1航高设计

航高设计时应结合成图比例尺确定适宜的GSD，根据相机焦距f和像元尺寸size，最终计算相对航高H。上述变量间的关系如图2所示。

图2 GSD、像元尺寸、焦距、相对航高之间的关系

根据图2，地面地物通过投影中心投影至图像平面，同时结合光沿直线传播原理，最终可得到投影中心至地面的平面垂线距离H。H公式如下所示。

在实际中，焦距f远小于H，可近似认为无人机航高与平面垂直距离H相等。

2.2航线整体设计

在确定了航线高度H、相邻航线间距透、飞行速度v、相机的若干参数后，结合被测区域长宽，即可规划和确定实际航线，具体的设计流程如图3所示。

图3 航线设计流程图

航线规划应在条件允许情况下，尽可能地在单次作业中完成备测区域拍摄。该原则主要是尽量保持拍摄条件一致，降低误差率。同时，因相机高度在重建过程确定了高度基准面，并以此基准面计算模型物面高程，所以，在无人机飞行建模过程中航线高度应保持一致。

3影像数字三维模型重建

通过摄像机对场景物体的图像信息进行拍摄获取，经分析处理，综合计算机视觉知识推导建立现实环境下的物体三维信息，重建物体数字三维模型。

4三维模型校正算法总体方案

地形三维模型精度较低，主要原因是存在弯顶畸变和偏移问题。弯顶畸变主要因影像径向畸变等系统误差逐步累积后形成，外在表现为水平参考面重建后变形为弯形面。偏移主要是因影像切向畸变或者POS信息不准确形成，表现为某些点的真实坐标与模型内坐标无法建立对应关系。为解决上述问题，本文植保无人机应用上提出一种校正算法。

5基于地形三维模型的植保无人机航线规划

5.1航线规划流程

地形三维模型在满足精度要求后，还需应用到实践作用中，用于植保无人机规划航线。无人机航线规划是保证植保无人机可否正常、高效作业的关键，航线规划质量直接影响着无人机作业覆盖、作业效率。

5.2 航线高程采样

本文在基于地形三维模型的植保无人机航线规划基础上，增加了地形高程信息，使植保无人机可在较为复杂、同时带有高度变化的地形中仍然能够与作物保持同样的相对高度自主作业。如图7所示。

结束语

结合植保无人机作业场景特点，以及复杂地形测绘需求，本文提出了在植保无人机复杂地形自主作业过程中影响工作效率的关键环节的解决方案，重点对航拍航线规划、三维重建以及三模模型校正等关键流程进行了探讨。

参考文献：

[1]郑艳光. 工程测绘中无人机遥感测绘技术的应用研究[J]. 世界有色金属, 2019.

[2]胡志华, 刘昌平, 陈博,等. 矿区复杂地形下无人机测绘与RTK测量的互补性研究[J]. 建筑技术, 2019(3).

[3]黄吉川. 无人机测绘数据处理关键技术及应用探究[J]. 2019.