一万平米以下无人机速拍建模方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一万平米以下无人机速拍建模方法。

背景技术

无人驾驶飞机简称无人机，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备，地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输，广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等；无人机起到空中载具的作用，是获取实景数据的高效工具，搭配高清摄像头或激光雷达高效获取到真实环境的空间数据，再通过算法校正和处理，最终得到点云数据或三维模型，代表的是实景模型技术；目前在森林防火监控方面，大多以人工巡视的方式为主，由于森林范围较大，需要较多的人员进行巡视，且人工巡视费时费力，效率低下，难以快速发现火情，有待进行改进。

发明内容

(一)发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一万平米以下无人机速拍建模方法，对航拍路径进行了专门的优化，做到了即拍、即传、即做的功能，大大减少了采集后的工作量和工作时间，提升了工作效率，能够快速准确的进行建模，建模方式更加便捷，模型涵盖面更加广泛，有助于快速发现火情并及时做出处理，使用效果好。

(二)技术方案

本发明提出了一万平米以下无人机速拍建模方法，包括以下步骤：

S1、获取GIS地图信息并对指定区域的面积计算，根据面积计算结果将指定区域划分为多个监控成像区域，并在每个监控成像区域布置无人机；

S2、设置无人机飞行参数，生成无人机飞行航线，无人机的飞行轨道采用螺旋圆形轨迹，无人机对监控成像区域进行多圆飞行模式；

S3、通过无人机对监控成像区域进行监控巡查并航拍采集成像区域信息，无人机将成像区域采集信息实时发送至后台建模终端；

S4、后台建模终端对采集信息进行接收，并对采集图像进行处理以获取项目地形地貌和现场实况；

S5、建模软件根据处理后信息生成进行建模，以生成成像区域的三维模型；

S6、根据三维模型寻找成像区域内的火源点，当成像区域存在火源点并被发现后，实时将火源点信息发送至消防指挥中心；

S7、消防指挥中心根据火源点信息制定救助方案，并引入5G技术进行信息传输，通过导入地图和成像区域三维模型来确定方位，最终安排人员进行消防处理。

优选的，航飞参数包括无人机飞行速度、云台俯仰角度、起降航高、最小飞行航高和最大飞行航高。

优选的，在S2中，生成无人机飞行航线的具体步骤如下：

获取监控成像区域的中心点和监控成像区域的各边的中点，以及获取监控成像区域的两对相对边上中点连线的长度；

以监控成像区域的中心点为椭圆形的中心，以监控成像区域的两对相对边上的中点的连线的长度分别为椭圆形的长轴长度和短轴长度生成椭圆形虚拟航线；

在监控成像区域的其中一对相对边上的中点连线中选取多个基准点，并分别过多个基准点作垂直于中点连线的基准线，基准线与椭圆形虚拟航线的多个交点为多个航点坐标；依序连接多个航点坐标，生成椭圆形飞行航线；

根据一定的数值要求减小长轴长度和短轴长度，并按照以上步骤来生成多个椭圆形飞行航线，相邻两椭圆形飞行航线的首尾相连，以最终形成螺旋圆形轨迹。

优选的，在S4中，对实时采集航拍图像的处理过程如下：

对航拍图像的各像素点进行重建；

对所采集到的航拍图像的每一个像素点验证假设的平面参数，获得各像素点的深度，并提取出密集点云数据；

对提取出的密集点云之间进行交叉验证，根据统计出的点云质量信息和重建点云的相片质量信息，过滤掉噪声点云；

通过德劳内模型对点云进行面片化处理，并依据片元的遮挡信息建立有向无环图，进而过滤噪声片元。

优选的，处理过程还包括以下操作：

对无人机采集的航拍图像进行检测和匹配，并构造外极几何图；采用混合式估计摄像机位姿和场景结构，捆绑调整优化摄像机位姿和场景，以得到场景的稠密描述；推导场景的几何、纹理以及反射属性。

优选的，通过空中三角解析法进行图像解析以将系列二维航拍图像转换为三维密集点云。

优选的，在S5中，还包括以下步骤：

在三维模型上判别出需要剔除的干扰物，选中并删除干扰物，对于删除后遗留的孔隙，通过孔隙周围的高程共同拟合出一个曲面，利用曲面填充该孔隙，重新构建模型表面三角网，使三维模型具有新的几何结构，依次完成所有干扰物的剔除及遗留孔隙的修补，形成具有新几何结构的三维模型。

本发明还提出了无人机速拍建模系统，包括数据采集单元、信号传输单元、远程控制终端和后台建模终端；数据采集单元通过信号传输单元通讯连接远程控制终端和后台建模终端；

其中，数据采集单元包括无人机、高清摄像模块和定位模块，信号传输单元包括反射器、接收器和控制器，远程控制终端包括遥控模块、导航模块、显示模块和航线规划模块，后台建模终端包括处理计算机、建模软件模块、存储模块和显示屏。

优选的，无人机还包括微处理器、供电模块、电量监测模块和电量分析模块；

供电模块电性连接用电部件，电量监测模块通讯连接电量分析模块，电量分析模块通讯连接微处理器；电量监测模块用于监测供电模块的待电量并将数据发送至电量分析模块，电量分析模块根据待电量数据分析无人机所能维持的运行时长并将分析信息实时发送至微处理器，微处理器将信息发送回远程控制终端；当供电模块的待电量低于一定值时，远程控制人员控制无人机返回以防电量耗尽而掉落损坏。

优选的，供电模块包括可充电锂电池和稳压电路，锂电池用于提供电源，稳压电路用于稳定电压以保证供电电压的稳定；无人机上设有太阳能发电板；太阳能发电板电性连接供电模块。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

在每个监控成像区域布置无人机，无人机的飞行轨道采用螺旋圆形轨迹，无人机对监控成像区域进行多圆飞行模式；之后通过无人机对监控成像区域进行监控巡查并航拍采集成像区域信息，无人机将成像区域采集信息实时发送至后台建模终端；随之后台建模终端对采集信息进行接收，并对采集图像进行处理以获取项目地形地貌和现场实况；最后建模软件根据处理后信息生成进行建模，以生成成像区域的三维模型；根据三维模型寻找成像区域内的火源点，实时将火源点信息发送至消防指挥中心，能够及时发现森林火情并快速做出反应，使用效果极佳，有助于推广使用；

本发明对航拍路径进行了专门的优化，做到了即拍、即传、即做的功能，大大减少了采集后的工作量和工作时间，提升了工作效率，能够快速准确的进行建模，建模方式更加便捷，模型涵盖面更加广泛。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明提出的一万平米以下无人机速拍建模方法，包括以下步骤：

S1、获取GIS地图信息并对指定区域的面积计算，根据面积计算结果将指定区域划分为多个监控成像区域，并在每个监控成像区域布置无人机；

S2、设置无人机飞行参数，生成无人机飞行航线，无人机的飞行轨道采用螺旋圆形轨迹，无人机对监控成像区域进行多圆飞行模式；

S3、通过无人机对监控成像区域进行监控巡查并航拍采集成像区域信息，无人机将成像区域采集信息实时发送至后台建模终端；

S4、后台建模终端对采集信息进行接收，并对采集图像进行处理以获取项目地形地貌和现场实况；

S5、建模软件根据处理后信息生成进行建模，以生成成像区域的三维模型；

S6、根据三维模型寻找成像区域内的火源点，当成像区域存在火源点并被发现后，实时将火源点信息发送至消防指挥中心；

S7、消防指挥中心根据火源点信息制定救助方案，并引入5G技术进行信息传输，通过导入地图和成像区域三维模型来确定方位，最终安排人员进行消防处理。

在一个可选的实施例中，航飞参数包括无人机飞行速度、云台俯仰角度、起降航高、最小飞行航高和最大飞行航高。

在一个可选的实施例中，在S2中，生成无人机飞行航线的具体步骤如下：

获取监控成像区域的中心点和监控成像区域的各边的中点，以及获取监控成像区域的两对相对边上中点连线的长度；以监控成像区域的中心点为椭圆形的中心，以监控成像区域的两对相对边上的中点的连线的长度分别为椭圆形的长轴长度和短轴长度生成椭圆形虚拟航线；在监控成像区域的其中一对相对边上的中点连线中选取多个基准点，并分别过多个基准点作垂直于中点连线的基准线，基准线与椭圆形虚拟航线的多个交点为多个航点坐标；依序连接多个航点坐标，生成椭圆形飞行航线；根据一定的数值要求减小长轴长度和短轴长度，并按照以上步骤来生成多个椭圆形飞行航线，相邻两椭圆形飞行航线的首尾相连，以最终形成螺旋圆形轨迹。

在一个可选的实施例中，在S4中，对实时采集航拍图像的处理过程如下：对航拍图像的各像素点进行重建；对所采集到的航拍图像的每一个像素点验证假设的平面参数，获得各像素点的深度，并提取出密集点云数据，通过空中三角解析法进行图像解析以将系列二维航拍图像转换为三维密集点云；对提取出的密集点云之间进行交叉验证，根据统计出的点云质量信息和重建点云的相片质量信息，过滤掉噪声点云；通过德劳内模型对点云进行面片化处理，并依据片元的遮挡信息建立有向无环图，进而过滤噪声片元。

在一个可选的实施例中，处理过程还包括以下操作：对无人机采集的航拍图像进行检测和匹配，并构造外极几何图；采用混合式估计摄像机位姿和场景结构，捆绑调整优化摄像机位姿和场景，以得到场景的稠密描述；推导场景的几何、纹理以及反射属性。

在一个可选的实施例中，在S5中，还包括以下步骤：在三维模型上判别出需要剔除的干扰物，选中并删除干扰物，对于删除后遗留的孔隙，通过孔隙周围的高程共同拟合出一个曲面，利用曲面填充该孔隙，重新构建模型表面三角网，使三维模型具有新的几何结构，依次完成所有干扰物的剔除及遗留孔隙的修补，形成具有新几何结构的三维模型。

本发明还提出了无人机速拍建模系统，包括数据采集单元、信号传输单元、远程控制终端和后台建模终端；数据采集单元通过信号传输单元通讯连接远程控制终端和后台建模终端；

其中，数据采集单元包括无人机、高清摄像模块和定位模块，信号传输单元包括反射器、接收器和控制器，远程控制终端包括遥控模块、导航模块、显示模块和航线规划模块，后台建模终端包括处理计算机、建模软件模块、存储模块和显示屏。

在一个可选的实施例中，无人机还包括微处理器、供电模块、电量监测模块和电量分析模块；供电模块电性连接用电部件，电量监测模块通讯连接电量分析模块，电量分析模块通讯连接微处理器；电量监测模块用于监测供电模块的待电量并将数据发送至电量分析模块，电量分析模块根据待电量数据分析无人机所能维持的运行时长并将分析信息实时发送至微处理器，微处理器将信息发送回远程控制终端；当供电模块的待电量低于一定值时，远程控制人员控制无人机返回以防电量耗尽而掉落损坏；

供电模块包括可充电锂电池和稳压电路，锂电池用于提供电源，稳压电路用于稳定电压以保证供电电压的稳定；无人机上设有太阳能发电板；太阳能将太阳能转化为电能，太阳能发电板电性连接供电模块，有助于提高无人机的续航性能，使用效果好。

本发明中，使用时，首先获取GIS地图信息并对指定区域的面积计算，根据面积计算结果将指定区域划分为多个监控成像区域，并在每个监控成像区域布置无人机；然后设置无人机飞行参数，生成无人机飞行航线，无人机的飞行轨道采用螺旋圆形轨迹，无人机对监控成像区域进行多圆飞行模式；之后通过无人机对监控成像区域进行监控巡查并航拍采集成像区域信息，无人机将成像区域采集信息实时发送至后台建模终端；随之后台建模终端对采集信息进行接收，并对采集图像进行处理以获取项目地形地貌和现场实况；最后建模软件根据处理后信息生成进行建模，以生成成像区域的三维模型；根据三维模型寻找成像区域内的火源点，当成像区域存在火源点并被发现后，实时将火源点信息发送至消防指挥中心，消防指挥中心根据火源点信息制定救助方案，并引入5G技术进行信息传输，通过导入地图和成像区域三维模型来确定方位，最终安排人员进行消防处理，能够及时发现森林火情并快速做出反应，使用效果极佳，有助于推广使用；

并且本发明对航拍路径进行了专门的优化，做到了即拍、即传、即做的功能，大大减少了采集后的工作量和工作时间，提升了工作效率，能够快速准确的进行建模，建模方式更加便捷，模型涵盖面更加广泛。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。