基于遥感影像的工作底图和无人机技术的航线像控点分布算法的制作方法

本发明涉及河湖划界领域，尤其是基于遥感影像的工作底图和无人机技术的航线像控点分布算法。

背景技术：

1、水是人类乃至万物赖以生存、生长的源泉。河道作为水的重要载体，其重要性不言而喻。随着经济的快速发展和生产力的迅速提升，人们对于河道的开发力度也日益增强，部分河道侵占严重，导致河道防洪压力增大。同时存在着河道污染、河道周围不合理的采砂、未划定河道行洪区等诸多问题。面对这些问题，首先要做好河道的确权划界工作，为河道整治工作做好前期准备，为河道综合治理提供基础保障。因此进行科学、合理以及高效的河道确权划界工作显得尤为重要。

2、航空摄影测量是由飞机、卫星等飞行器搭载传感器从空中拍摄的照片，配合拍摄时飞行器自带的导航定位系统，获取pos信息，结合地面控制点，经内业处理后生产数字高程模型（dem）、数字线划图（dlg）、数字正射影像图（dom）和数字栅格地图（drg）。

3、近年来，随着国内无人机飞行器技术的不断发展，低空无人机航空摄影一般都是轻小型无人机搭载重量约为500g的单反相机进行低空飞行，按技术要求拍摄像片，结合飞机自带的实时差分系统或者后差分系统在拍摄瞬间记录的无人机位置姿态数据，经位置校准到像片后，形成像片的姿态参数pos，两种数据形成完整的航空摄影测量原数据。这种低空无人机航空摄影测量的优势在于对于很多区域也不需要严格的空域限制，而且飞行高度一般都在1km以内，起飞场地要求简单，操作简单，对于很多紧急情况能及时相应作出调整，在实际应用中非常灵活，这就使低空无人机航空摄影测量迅速普及大众化，得到各个测绘单位的广泛青睐。

4、传统的地理相关信息采集方式主要是人工逐点进行，这种方法程序复杂，需要大量的时间、人力，而且成果也不精细，甚至有的地方无法进行作业，比如人力不能到达的危险陡峭山崖。采用传统的实地测量法进行无堤防河道确权划界工作存在耗时较长且耗资巨大，绘图误差导致制图精度低，多部门间信息共享效率低等诸多问题。

5、为此，我们提出基于遥感影像的工作底图和无人机技术的航线像控点分布算法解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于遥感影像的工作底图和无人机技术的航线像控点分布算法，以解决上述背景技术中提出传统的地理相关信息采集方式主要是人工逐点进行，这种方法程序复杂，需要大量的时间、人力，而且成果也不精细，甚至有的地方无法进行作业，比如人力不能到达的危险陡峭山崖。采用传统的实地测量法进行无堤防河道确权划界工作存在耗时较长且耗资巨大，绘图误差导致制图精度低，多部门间信息共享效率低等的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供基于遥感影像的工作底图和无人机技术的航线像控点分布算法，河湖划界无人机技术航线像控点分布工作流程如下：

3、s1:确定航测范围，通过遥感影像确定工作底图；

4、s2:根据工作底图进行数据处理，获得河段3d点云数据和按比例的正射影像数据；

5、s3:建立3d模型，设定无人机航线路径，将无人机数据插入到3d模型中并进行划界场景模拟；

6、s4:设置两组无人机进行像控点布设，标记特殊点，包括堤岸、农田、村庄、道路等，分析它们和河流之间的相对位置，并且计算出安全位置，得出初始划界线；

7、s5:根据划界的安全数据，无人机根据数据处理后的像控点进行飞行采集，在飞行的过程中可以通过3d模拟进行数据比对和记录；

8、s6:将无人机飞行航线和初始划界线进行比对，在比对的过程中，针对有差异的像控点进行分析，然后根据3d模型结合安全划界位置矫正；

9、s7:矫正完成，分布所有的正确的像控点，通过3d实现实时模拟并存储数据，然后形成实际的划界数据。

10、在进一步的实施方式中，建立3d模型需要通过现场调研及资料收集确定无堤河段的范围，基于立体像对、正射影像以及河道大断面测量数据。

11、在进一步的实施方式中，3d模型的建立利用hec-ras软件建立河道一维数学模型计算分析河段设计水面线，绘制设计水面线与岸坡交线获得无堤河段管理范围基准线，利用arcscene三维模型对淹没范围进行分析，检验合理性，当获得研究区精确的dem数据，运用arcscene进行3d可视化，从dem表面获取高程，使正射影像浮动于den表面得到3d模型。

12、在进一步的实施方式中，无人机航线像控点矫正算法步骤如下：

13、s1：无人机像控点布设的过程中，根据划界要求判定像控点的定位情况；

14、s2：当无人机到达像控点位置时，结合实际数据不符合划界要求则需要矫正像控点；

15、s3：无人机根据实际的情况进行位置调整，并上传矫正信息和摄影信息并移动至准确的像控点，同时准确的像控点位置上传并实时模拟划线；

16、s4：当无人机到达的像控点符合划界要求则直接进行上传信号并实时模拟划线。

17、在进一步的实施方式中，矫正像控点需要插入安全数据范围和特殊位置数据，特殊位置数据包括堤岸、农田、村庄、道路和障碍物等.

18、在进一步的实施方式中，无人机像控点矫正是根据相机中给定的畸变参数，利用空三加密软件中畸变改正模块对所需加密的影像进行重采样，并输出改正后的影像，然后建立航带，添加改正后的影像，并根据畸变改正时影像的旋转方向对航带进行旋转调整，导入pos数据，输出新的像控点位置信息。

19、在进一步的实施方式中，两组无人机同步飞行，一组无人机搭载信号基站，另一组无人机搭载相机摄影设备，两组无人机之间信号传输，两组无人机之间搭载防信号干扰设备。

20、在进一步的实施方式中，影像内业处理流程为：

21、s1：影像匹配；

22、s2：利用加密成果以及原始影像数据进行定向并恢复立体模型；

23、s3：dem立体编辑；

24、s4：dom数据生产；

25、s5：基于空三加密成果以及测区dem成果进行正射纠正；

26、s6：利用直观的三维立体模型进行dsm的制作以及后续的工作。

27、在进一步的实施方式中，所述影像匹配是通过建立集群化数据处理系统的数据处理工程，利用空三加密成果以及原始影像数据，进行多核多线程影像匹配，生成测区初始dem；

28、在进一步的实施方式中，dem立体编辑是在立体环境中载入对应区域初始dem，采用系统编辑工具对建筑、树木、桥梁等区域进行修改，对未能反映真实地表高程的飞点以及误差区域进行编辑，之后经数据接边及质量检查，合格后作为成果dem输出。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、本发明中，通过低空无人机摄影测量得到河段地形图精度基本符合要求，为后续管理范围线以及保护范围线的规划提供了相对准确的底图，改革了传统测绘数据采集方法，大大减少了外业工作者的工作难度和强度，不仅为河湖划界提供了一种行之有效的方法，也为地形图测量提供了一种便利，通过运用不同型号的无人机和照相机可以实现各种比例尺的地形图测量。

31、本发明中，通过三维建模，可很大程度的还原现场，当获得研究区精确的dem数据，运用arcscene进行3d可视化，在山区河道管理范围划定中，从dem表面获取高程，使正射影像浮动于den表面得到三维模型。类似沙盘的效果，不仅增加立体感，也为土地开发整理的规划设计提供信息支持，可以对于周边山体坡度坡向、水源分布情况、原有道路设施和排灌设施布局有一个直观的了解，也为后续相关工作提供便利，例如：河道治理、河道规划、修建河堤等等，实现一次航测成果，多次利用。

32、本发明中，利用软件功能模块对所构建的自由网进行平差，逐步剔除粗差较大的连接点，在保证连接点数量及分布的同时提高自由网的精度，以保证后续区域网平差的精度。导入航外像片控制点坐标数据，先对所需加密区域的四角进行像片控制点像点坐标观测，然后进行初步的控制网平差，在此基础上，借助软件的预测功能并对照控制点对其他像片控制点和检测点进行转点，全部像片控制点和检测点观测完成后调用平差模块进行区域网平差，并用检测点检查空三的精度是否满足规范要求，若精度满足空三规范要求，则输出空三加密成果。将传统测量技术与正射影像相结合，在同一平台上搭载多个传感器，全自动、多角度、高效率、精准拍摄，短时间就能获取海量的高精度数据，可以满足河湖划界工作降低成本、缩短项目时间的要求。