本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)測(cè)繪，尤其是涉及基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析的無(wú)人機(jī)測(cè)繪方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)測(cè)繪在地理信息采集、地形建模和城市規(guī)劃等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)測(cè)繪方法主要依賴光學(xué)影像或單一激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，通過(guò)二維圖像拼接或稀疏點(diǎn)云生成地形模型。然而，在復(fù)雜地形環(huán)境（如山地、丘陵或城市邊緣區(qū)域）中，由于地形起伏較大、邊緣特征復(fù)雜以及植被遮擋等因素，傳統(tǒng)方法往往面臨測(cè)繪精度不足、關(guān)鍵特征點(diǎn)識(shí)別困難以及模型匹配效率低下的問(wèn)題。

2、近年來(lái)，三維點(diǎn)云技術(shù)因其能夠直接反映地表的空間結(jié)構(gòu)特征而備受關(guān)注?；诩す饫走_(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合無(wú)人機(jī)平臺(tái)，可以獲取高密度的三維坐標(biāo)信息，為構(gòu)建精細(xì)化地形模型提供了可能。然而，現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍存在若干局限性。首先，單一的點(diǎn)云數(shù)據(jù)難以與地理信息系統(tǒng)（gis）或其他參考模型有效對(duì)齊，導(dǎo)致模型偏差較大。其次，在關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)的識(shí)別上，傳統(tǒng)方法多依賴人工標(biāo)注或簡(jiǎn)單閾值分割，難以適應(yīng)地形多樣性，影響初始模型的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種能夠更加精準(zhǔn)對(duì)地面進(jìn)行測(cè)繪的無(wú)人機(jī)測(cè)繪方法及系統(tǒng)。

2、本發(fā)明公開(kāi)了基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析的無(wú)人機(jī)測(cè)繪方法，包括：

3、步驟s100，利用gis信息系統(tǒng)，獲取無(wú)人機(jī)同等高度的地理圖像，并在地理圖像上劃定需要進(jìn)行測(cè)繪的測(cè)繪區(qū)塊；

4、步驟s200，對(duì)測(cè)繪區(qū)塊上的關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)的海拔高度進(jìn)行確定，并基于關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)的海拔高度，構(gòu)建初始測(cè)繪三維模型；

5、步驟s300，對(duì)無(wú)人機(jī)的激光檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，構(gòu)建地面三維點(diǎn)云模型，并對(duì)地面三維點(diǎn)云模型進(jìn)行若干次初始模型調(diào)整，每次初始模型調(diào)整包括比例調(diào)整、旋轉(zhuǎn)以及平移，并在每次初始模型調(diào)整后，計(jì)算地面三維點(diǎn)云模型與初始測(cè)繪三維模型之間的初始匹配程度，將初始匹配程度大于等于預(yù)設(shè)值的初始模型調(diào)整策略進(jìn)行篩選保存；

6、步驟s400，對(duì)無(wú)人機(jī)拍攝的地面圖像以及測(cè)繪區(qū)塊進(jìn)行圖像特征比對(duì)分析，并基于分析結(jié)果，確定地面三維點(diǎn)云模型與初始測(cè)繪三維模型之間的二次匹配程度，基于二次匹配程度，選定出最優(yōu)的初始模型調(diào)整策略所對(duì)應(yīng)的地面三維點(diǎn)云模型，并基于在測(cè)繪區(qū)塊上的測(cè)繪標(biāo)記，確定三維點(diǎn)云模型測(cè)繪數(shù)據(jù)的輸出。

7、本發(fā)明的一些實(shí)施例中，對(duì)測(cè)繪區(qū)塊上的關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行確定的方法包括：

8、步驟s201，對(duì)測(cè)繪區(qū)塊進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并結(jié)合dem數(shù)據(jù)，確定出每一邊緣旁側(cè)的地理高度；

9、步驟s202，對(duì)每一邊緣的邊緣連續(xù)長(zhǎng)度以及邊緣曲折特征進(jìn)行確定，并對(duì)邊緣兩側(cè)的地理高度差異特征進(jìn)行確定；

10、步驟s203，基于邊緣的邊緣連續(xù)長(zhǎng)度、邊緣曲折特征以及邊緣兩側(cè)的地理高度差異特征，確定邊緣的邊緣關(guān)鍵性，并將邊緣關(guān)鍵性符合預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的邊緣認(rèn)定為關(guān)鍵邊緣，對(duì)關(guān)鍵邊緣的地理高度變化率進(jìn)行分析，將地理高度變化率大于等于預(yù)設(shè)值的邊緣區(qū)段認(rèn)定為關(guān)鍵邊緣區(qū)段，對(duì)關(guān)鍵邊緣區(qū)段按照預(yù)設(shè)間隔設(shè)定若干關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)，將關(guān)鍵邊緣區(qū)段之外的邊緣區(qū)段認(rèn)定為非關(guān)鍵邊緣區(qū)段，選定非關(guān)鍵邊緣區(qū)段的中心點(diǎn)為關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)。

11、本發(fā)明的一些實(shí)施例中，確定邊緣曲折特征的方法包括：

12、步驟s2031，在邊緣上均勻設(shè)定若干第一邊緣檢測(cè)點(diǎn)，并隨機(jī)選定若干第一邊緣檢測(cè)點(diǎn)，記為隨機(jī)檢測(cè)點(diǎn)，并將隨機(jī)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行兩兩隨機(jī)組合，得到若干隨機(jī)邊緣檢測(cè)點(diǎn)組，并對(duì)每一隨機(jī)邊緣檢測(cè)點(diǎn)組中的隨機(jī)邊緣檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行連線，得到若干隨機(jī)邊緣檢測(cè)線；

13、步驟s2032，對(duì)隨機(jī)邊緣檢測(cè)線進(jìn)行隨機(jī)組合，并確定出組合中隨機(jī)邊緣檢測(cè)線之間的線間夾角，并計(jì)算所有線間夾角的平均值，記為平均線間夾角，將平均線間夾角認(rèn)定為邊緣曲折參量。

14、本發(fā)明的一些實(shí)施例中，確定邊緣兩側(cè)的地理高度差異特征的方法包括：

15、步驟s2033，對(duì)邊緣上均勻設(shè)定若干第二邊緣檢測(cè)點(diǎn)，并相對(duì)每一第二邊緣檢測(cè)點(diǎn)的兩側(cè)設(shè)定有高度檢測(cè)點(diǎn)，且高度檢測(cè)點(diǎn)之間的連線相對(duì)邊緣垂直；

16、步驟s2034，計(jì)算相對(duì)的高度檢測(cè)點(diǎn)之間的高度差異量，并篩選出大于等于預(yù)設(shè)值的高度差異量，記為需關(guān)注高度差異量，并將需關(guān)注高度差異量對(duì)應(yīng)的第二邊緣檢測(cè)點(diǎn)認(rèn)定為需關(guān)注邊緣檢測(cè)點(diǎn)，計(jì)算需關(guān)注邊緣檢測(cè)點(diǎn)與所有第二邊緣檢測(cè)點(diǎn)的需關(guān)注邊緣檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)量占比，并將數(shù)量占比認(rèn)定為地理高度差異參量。

17、本發(fā)明的一些實(shí)施例中，基于邊緣的邊緣連續(xù)長(zhǎng)度、邊緣曲折特征以及邊緣兩側(cè)的地理高度差異特征，確定邊緣的邊緣關(guān)鍵性的方法包括：

18、步驟s2035，對(duì)邊緣曲折特征進(jìn)行參量化定義轉(zhuǎn)換，得到邊緣曲折參量，對(duì)邊緣兩側(cè)的地理高度差異特征進(jìn)行參量化定義轉(zhuǎn)換，得到地理高度差異參量；

19、步驟s2036，基于邊緣的邊緣連續(xù)長(zhǎng)度、邊緣曲折參量以及邊緣高度差異參量，確定邊緣的邊緣關(guān)鍵程度。

20、本發(fā)明的一些實(shí)施例中，構(gòu)建初始測(cè)繪三維模型和地面三維點(diǎn)云模型的方法包括：

21、步驟s204，構(gòu)建三維坐標(biāo)系，并基于關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)的所屬位置以及海拔高度，將關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)映射于三維坐標(biāo)系中，形成初始測(cè)繪三維模型；

22、步驟s205，對(duì)激光檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在三維坐標(biāo)系中構(gòu)建激光點(diǎn)云，形成地面三維點(diǎn)云模型。

23、本發(fā)明的一些實(shí)施例中，確定地面三維點(diǎn)云模型與初始測(cè)繪三維模型之間的初始匹配程度的方法包括：

24、步驟s301，將初始測(cè)繪三維模型和地面三維點(diǎn)云模型進(jìn)行重合，并確定出每一關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)在地面三維點(diǎn)云模型中最接近的激光映射點(diǎn)，將二者的組合記為模型映射點(diǎn)組，并計(jì)算點(diǎn)間距離；

25、步驟s302，基于關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)之間的位置關(guān)系，以及每一關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模型映射點(diǎn)組的點(diǎn)間距離，確定初始匹配程度。

26、本發(fā)明的一些實(shí)施例中，確定地面三維點(diǎn)云模型與初始測(cè)繪三維模型之間的二次匹配程度的方法包括：

27、步驟s401，對(duì)地面圖像以及測(cè)繪區(qū)塊分別進(jìn)行灰度化，得到地面圖像灰度圖以及測(cè)繪區(qū)塊灰度圖，并將地面圖像灰度圖和測(cè)繪區(qū)塊灰度圖進(jìn)行重合；

28、步驟s402，針對(duì)地面圖像灰度圖隨機(jī)選定若干第一灰度圖區(qū)塊，并確定第一灰度圖區(qū)塊的第一平均灰度值，以及第一平均灰度變化率；

29、步驟s403，對(duì)測(cè)繪區(qū)塊灰度圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)區(qū)塊掃描，并在每次動(dòng)態(tài)區(qū)塊停留分析時(shí)，確定動(dòng)態(tài)區(qū)塊內(nèi)的第二平均灰度值以及第二平均灰度變化率，若動(dòng)態(tài)區(qū)塊的第二平均灰度值和第一平均灰度值相同，且第二平均灰度變化率和第一平均灰度變化率相同，則將此時(shí)的動(dòng)態(tài)區(qū)塊認(rèn)定為第二灰度區(qū)塊，計(jì)算第一灰度區(qū)塊和第二灰度區(qū)塊之間的區(qū)塊間距，保留區(qū)塊間距小于等于預(yù)設(shè)值的第二灰度區(qū)塊；

30、步驟404，統(tǒng)計(jì)相對(duì)應(yīng)的第一灰度區(qū)塊和第二灰度區(qū)塊之間的區(qū)塊間距，并基于區(qū)塊間距所屬的預(yù)設(shè)區(qū)塊間距區(qū)間，確定第一灰度區(qū)塊于第二灰度區(qū)塊之間的接近參量，統(tǒng)計(jì)所有區(qū)塊間距對(duì)應(yīng)的接近參量的總和，記為二次匹配程度。

31、本發(fā)明的一些實(shí)施例中，還公開(kāi)了有基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析的無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)，包括：

32、第一模塊，用于利用gis信息系統(tǒng)，獲取無(wú)人機(jī)同等高度的地理圖像，并在地理圖像上劃定需要進(jìn)行測(cè)繪的測(cè)繪區(qū)塊；

33、第二模塊，用于對(duì)測(cè)繪區(qū)塊上的關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)的海拔高度進(jìn)行確定，并基于關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)的海拔高度，構(gòu)建初始測(cè)繪三維模型；

34、第三模塊，用于對(duì)無(wú)人機(jī)的激光檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，構(gòu)建地面三維點(diǎn)云模型，并對(duì)地面三維點(diǎn)云模型進(jìn)行若干次初始模型調(diào)整，每次初始模型調(diào)整包括比例調(diào)整、旋轉(zhuǎn)以及平移，并在每次初始模型調(diào)整后，計(jì)算地面三維點(diǎn)云模型與初始測(cè)繪三維模型之間的初始匹配程度，將初始匹配程度大于等于預(yù)設(shè)值的初始模型調(diào)整策略進(jìn)行篩選保存；

35、第四模塊，用于對(duì)無(wú)人機(jī)拍攝的地面圖像以及測(cè)繪區(qū)塊進(jìn)行圖像特征比對(duì)分析，并基于分析結(jié)果，確定地面三維點(diǎn)云模型與初始測(cè)繪三維模型之間的二次匹配程度，基于二次匹配程度，選定出最優(yōu)的初始模型調(diào)整策略所對(duì)應(yīng)的地面三維點(diǎn)云模型，并基于在測(cè)繪區(qū)塊上的測(cè)繪標(biāo)記，確定三維點(diǎn)云模型測(cè)繪數(shù)據(jù)的輸出。

36、本發(fā)明公開(kāi)了基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析的無(wú)人機(jī)測(cè)繪方法及系統(tǒng)，涉及無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)領(lǐng)域，利用gis獲取無(wú)人機(jī)高度地理圖像，劃定測(cè)繪區(qū)塊；確定關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)海拔高度，構(gòu)建初始三維模型；分析激光數(shù)據(jù)，生成地面點(diǎn)云模型，經(jīng)比例調(diào)整、旋轉(zhuǎn)、平移優(yōu)化，篩選初始匹配程度高的調(diào)整策略；通過(guò)地面圖像與測(cè)繪區(qū)塊特征比對(duì)，確定二次匹配程度，選出最優(yōu)點(diǎn)云模型，結(jié)合測(cè)繪標(biāo)記輸出數(shù)據(jù)。本發(fā)明創(chuàng)新融合gis定位、節(jié)點(diǎn)建模、點(diǎn)云優(yōu)化和圖像校準(zhǔn)，提升復(fù)雜地形測(cè)繪精度，適用于工程規(guī)劃等領(lǐng)域。

37、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。