一种基于无人机摄影的荒漠灌木高度测定方法

技术领域

本发明涉及高度计算技术领域，具体是指一种基于无人机摄影的荒漠灌木高度测定方法。

背景技术

利用无人机航拍调查是当前生态、水土保持、工程测量等学科常用的调查手段。然而以往的无人机航拍获取的主要是平面数据，即只能获得地面的二维信息，对于垂直方向上的信息获取不足。在外业调查中，地面物体的高度是十分重要的参数。以植被调查为例，利用无人机拍摄的正射影像仅能获得地面植被的盖度信息，但对于估算生物量极为重要的高度信息则难以获取，仍需人工实地测量。人工测量需要耗费极大的人力和时间成本，对于高大的目标物体往往需要进行目估测量，准确性大大降低。利用点云数据或激光雷达虽然可以获得三维立体信息，但需要极大的数据存储量和后期的运算量。

发明内容

本发明要解决上述技术问题，提供一种基于无人机摄影的荒漠灌木高度测定方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种基于无人机摄影的荒漠灌木高度测定方法，包括无人机和地面标示杆，所述的荒漠灌木高度测定方法包括以下步骤：

S1、首先在天气晴朗，风速<5m/s的上午10点以前或下午15点以后，通过无人机对地面标示杆和荒漠灌木进行拍照；

S2、提取无人机照片中包含的经纬度和拍摄时间信息，然后根据以下公式计算太阳高度角；

S31、计算拍摄日期的时序值θ

S32、将θ

S33、计算太阳倾角，公式如下：

δ＝0.006918-0.399912*cosθ+0.070257*sinθ-0.006758*cos2θ+0.000907sin2θ-0.002697cos3θ+0.001480sin3θ；

S4、计算时角，公式如下：

S5、计算太阳高度角，公式如下：

α

S51、太阳高度角的弧度值转为角度值，公式如下：

S6、手动测量功能，在Photoshop软件中测量照片上标尺长度和地面影子的长度，则影子的实际长度计算公式如下：

S7、由太阳高度角和影子长度反推植物高度，公式如下：

H＝tanα×s；

优选的，所述的无人机搭载的相机分辨率不小于2000万像素。

优选的，所述的无人机的飞行高度为10-20m，或根据目标物体的高度进行调节。

优选的，拍摄时间一般选定在天气晴朗的上午10点以前或下午15点以后。

优选的，所述的S3步骤中的θ

优选的，所述的α为当地太阳高度角、δ为太阳倾角、q为时角、φ为当地纬度，λ为当地经度，t为照片拍摄时间。

优选的，所述的s为影子实际长度、s

采用以上结构后，本发明具有如下优点：

本发明涉及一种利用物体影子长度和太阳高度角对目标物体高度进行测算方法。本方法可极大简化地面物体高度的测算，本发明尤其适用于荒漠地区稀疏灌木植物高度的估算，本发明也可用于其它相对开阔地区建筑物等高度的测算。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的测算示意图。

图2是本发明鸟瞰示意图。

具体实施方式

现在将详细提及本发明的具体实施方案。尽管结合这些具体的实施方案描述本发明，但应认识到不打算限制本发明到这些具体实施方案。相反，这些实施方案意欲覆盖可包括在由权利要求限定的发明精神和范围内的替代、改变或等价实施方案。在下面的描述中，阐述了大量具体细节以便提供对本发明的全面理解。本发明可在没有部分或全部这些具体细节的情况下被实施。在其它情况下，为了不使本发明不必要地模糊，没有详细描述熟知的工艺操作。

当与本说明书和附加权利要求中的“包括”、“方法包括”、或类似语言联合使用时，单数形式“某”、“某个”、“该”包括复数引用，除非上下文另外清楚指明。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

下面结合全文对本发明做进一步的详细说明。

结合附图1和图2，一种基于无人机摄影的荒漠灌木高度测定方法，包括无人机和地面标示杆，所述的荒漠灌木高度测定方法包括以下步骤：

S1、首先在天气晴朗，风速<5m/s的上午10点以前或下午15点以后，通过无人机对地面标示杆和荒漠灌木进行拍照；

S2、提取无人机照片中包含的经纬度和拍摄时间信息，然后根据以下公式计算太阳高度角；

S31、计算拍摄日期的时序值θ

S32、将θ

S33、计算太阳倾角，公式如下：

δ＝0.006918-0.399912*cosθ+0.070257*sinθ-0.006758*cos2θ+0.000907sin2θ-0.002697cos3θ+0.001480sin3θ；

S4、计算时角，公式如下：

S5、计算太阳高度角，公式如下：

α

S51、太阳高度角的弧度值转为角度值，公式如下：

S6、手动测量功能，在Photoshop软件中测量照片上标尺长度和地面影子的长度，则影子的实际长度计算公式如下：

S7、由太阳高度角和影子长度反推植物高度，公式如下：

H＝tanα×s。

优选的，所述的无人机搭载的相机分辨率不小于2000万像素。

优选的，所述的无人机的飞行高度为10-20m，或根据目标物体的高度进行调节。

优选的，所述的S3步骤中的θ

优选的，所述的α为当地太阳高度角、δ为太阳倾角、q为时角、φ为当地纬度的弧度值。

优选的，所述的s为影子实际长度、s

实施例一：

一种基于无人机摄影的荒漠灌木高度测定方法，包括无人机和地面标示杆，选用的无人机搭载的相机分辨率为5000万像素，飞行高度为20m

所述的荒漠灌木高度测定方法包括以下步骤：

S1、首先在天气晴朗，风速为4m/s时，通过无人机对内蒙古某地区域内的地面标示杆和荒漠灌木进行拍照，飞行高度为10m；

S2、提取无人机照片中包含的经纬度和拍摄时间信息，其中时间为2022年8月28日的下午17点，经度为106.1137°，纬度为40.4092°，则d

S31、计算拍摄日期的时序值θ

θ

S32、将θ

θ＝4.114195311

S33、计算太阳倾角，公式如下：

δ＝0.006918-0.399912*cosθ+0.070257*sinθ-0.006758*cos2θ+0.000907sin2θ-0.002697cos3θ+0.001480sin3θ (公式3)

计算太阳倾角δ为0.174429092

S4、计算时角

计算结果为1.066635283

S5、计算太阳高度角，公式如下：

其中φ为当地纬度的弧度值(40.4092)，δ为太阳倾角(9.994050798)，q为时角(1.066635283)，计算得到太阳高度角α

S51、太阳高度角的弧度值转为角度值，公式如下：

计算得到太阳高度角为28.34285386°

S6、手动测量功能，在Photoshop软件中测量照片上标尺长度(x)和地面影子的长度(s)，则影子的实际长度计算公式如下：

s为影子实际长度，x

S7、由太阳高度角和影子长度反推植物高度，公式如下：

H＝tanα×s#(公式8)

目标物体高度约为0.63m。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，全文中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。