[发明专利]一种基于激光投线仪和无人机的地形测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于激光投线仪和无人机的地形测量方法及系统，属于无人机数字地形测绘与工程绘图领域，本发明基于激光投线仪和无人机的地形测量方法，通过激光投线仪构建待测地形表面轮廓，利用边坡上方定点悬停的无人机获取边坡及其表面激光线的正射影像，并将采集的正射影像导入图像处理及三维建模软件，提取图像中的各条等高线并赋予高程值，建立所测区域地形的数字高程模型；本发明找到一种高效和经济的地形测绘、建模方法，从而解决传统方法笨拙，复杂，耗时，成本高等问题；能完成对数据的后期加工处理，呈现完整而精确的地形测绘数据，解决工程应用中地形数据的采集困难、耗时耗力的缺陷。

技术领域

本发明属于无人机数字地形测绘与工程绘图领域，具体涉及一种基于激光投线仪和无人机的地形测量方法及系统。

背景技术

地形等高线模型是DEM多种表达方式中的一种(网格、等高线、三角网)，是一系列等高线和对应高程值的集合，用于描述地面起伏状况，提取各种地形参数，如坡度、坡向等，广泛应用于各种线路选线(铁路、公路、输电线)的设计以及各种工程面积、体积、坡度计算中。

目前通用的DEM获取方式有：传统的接触式测量和以三维激光扫描、无人机倾斜摄影测量等技术为代表的非接触式测量技术。传统的接触式测量依托全站仪、GPS-RTK、水准仪、标尺等设备，以人工跑尺的工作方式开展，具有人力成本高、耗时长、效率低下等弊端。通过三维激光扫描获取的点云数据可建立高精度高分辨率的数字高程模型，却同样有数据量大、器械成本高、效率较低的缺陷。无人机倾斜摄影测量则是基于无人机空基平台，获取同一地物目标的多张二维遥感影像，通过建立相应的像方坐标系和物方坐标系，在像方坐标值向物方坐标系中坐标值的转化后，通过空三加密最终分析解译提取三维点云信息，但利用倾斜摄影技术建立地形模型过程中也存在着一定的技术难题：其一是因重叠率设置不当或光线变化带来的地物缺失和纹理变形问题；其二是当处理的数据量较大时，对计算机硬件和软件平台要求较高且耗时长，软件操作过程以及三维模型显示加载滞后等问题。

发明内容

针对现有技术中存在耗时长、成本高、操作复杂的问题，本发明的目的在于提供一种基于激光投线仪和无人机的地形测量方法及系统，解决了工程应用中地形数据的采集困难、耗时耗力的缺陷，同时因其成像特性适宜于夜间工作，为工程测绘建模提供了一种新方法。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于激光投线仪和无人机的地形测量方法，包括以下步骤：

步骤1、测量准备：围绕待测地形布设激光投线仪与无人机，将激光投线仪调平，投影点布设原则使投影线可覆盖所有待测地形，相邻投影点间的投影激光线保有一定重叠率，无人机飞至地形上方，航拍悬停点原则上使镜头可捕捉到全部地形表面；

步骤2、基准面和比例尺确定：

根据待测地形取适当的区域高程基准面，通过激光投线获取各测量控制点的相对高差Δx_i，各测量控制点在基准面内投影到地形上的距离保持一致，通过计算得到每个像素的实际大小，进而确定照片和模型的比例尺；

步骤3、投影和航拍：

通过三脚架调节激光投线仪至基准面，水平投影于裸露边坡地形表面，待投影稳定后，通过悬停于定点的无人机航拍获取边坡及其表面激光线的正射影像，随后调节三脚架每次升高等高距Δ(m)，对应每个测量控制点的投影激光线高程可由下式确定：

式(1)中，表示第i个测点第j条投线处的高程，投影和航拍过程保持无人机和激光投线仪位置不变，待一个测量控制点拍摄完成后，轮到下一个测量控制点重复步骤2、步骤3；

步骤4、图像处理与地形建模：

提取全部投影图像激光投线并赋予相应高程值，导入相应建模软件建立基于等高线的数字高程模型(DEM)。