[发明专利]一种基于多源无人机遥感数据融合的数字地形建模方法

摘要

一种基于多源无人机遥感数据融合的数字地形建模方法，包括以下步骤：采集航拍图像、GPS数据、激光测距仪数据与无人机微机电系统姿态数据，获取后处理动态GPS数据，根据无人机微机电系统姿态数据对激光测距仪数据校正处理，并基于时间序列完成与后处理动态GPS数据同步处理，获取激光测距值与PPK‑GPS三维坐标值点源地形矩阵、航拍图像面源数字标高模型、数字标高模型地形矩阵，分别对数字标高模型地形矩阵进行偏置、优化及升维处理，依次获取数字标高模型差值矩阵和地形标高矩阵，对地形标高矩阵进行克里金空间插值，生成数字地形模型；本发明结合航拍图像处理技术面源DTM测绘面积大、激光测距仪、GPS数据点源DTM绝对精度高的优点，提高了测绘效率与建模精度。

主权项

1.一种基于多源无人机遥感数据融合的数字地形建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在无人机底部竖直安装图像采集设备和激光测距仪，并结合航拍图像拼接技术要求、图像采集设备参数以及激光测距仪性能，合理设置无人机飞行航高与路线，连续获取作业地块的航拍图像与激光测距值序列d，即激光测距仪距离地面的相对高度值；步骤二、在无人机顶部安装移动GPS模块，并在作业地块20千米范围内布置地面基站GPS模块，连续获取PPK‑GPS设备的地面基站GPS三维坐标值C_base[lat_base,lon_base,alt_base]，以及搭载在无人机遥感平台上的移动GPS三维坐标值C_rover[lat_rover,lon_rover,alt_rover]；步骤三、对地面基站GPS模块与机载移动GPS模块数据进行PPK后处理动态解算，获取无人机遥感平台的高精度三维坐标值C_UAV[lat_UAV,lon_UAV,alt_UAV]；步骤四、基于无人机微机电系统模块姿态参数俯仰角θ与翻滚角φ，根据公式d_corr＝d×cosθ×cosφ对激光测距值序列d进行校正，获取激光测距仪距离正下方地面的竖直距离值序列d_corr，然后利用均值滤波器进一步处理该竖直距离值序列d_corr，输出与PPK‑GPS频率一致的测距值序列d_lidar，并按照时间序列完成测距值序列d_lidar与PPK‑GPS标高值序列d_GPS的同步处理；步骤五、根据移动GPS模块与激光测距仪透镜之间的安装位置，对PPK‑GPS的标高值序列d_GPS与相应的激光测距值序列d_lidar进行求差运算，得到基于激光测距值与PPK‑GPS三维坐标值的点源地形矩阵C_GPS‑LiDAR[lat_UAV,lon_UAV,alt_GPS‑LiDAR]；步骤六、在作业地块内均匀布设地面控制点，并使用高精度GPS设备测量地面控制点的三维坐标值，以地面控制点的三维坐标值为约束条件，基于多视图三维重建技术，在图像拼接软件中生成面源数字标高模型DEM；步骤七：将该DEM模型导入地理信息处理软件，提取与点源地形矩阵C_GPS‑LiDAR[lat_UAV,lon_UAV,alt_GPS‑LiDAR]具有相同经纬度坐标的样本点的标高值，获取DEM地形矩阵C_DEM[lat_UAV,lon_UAV,alt_DEM]；步骤八、将DEM地形矩阵C_DEM[lat_UAV,lon_UAV,alt_DEM]的经纬度坐标值进行偏置处理，并提取经偏置采样处理得到的临近DEM采样点的三维坐标值，最终获取间隔距离一致、呈均匀网格状密集分布的偏置地形矩阵C_offset‑DEM[lat_offset,lon_offset,alt_offset]；步骤九、比较基于航拍图像的DEM地形矩阵C_DEM[lat_UAV,lon_UAV,alt_DEM]与偏置地形矩阵C_offset‑DEM[lat_offset,lon_offset,alt_offset]中的标高值的差异，对两矩阵中的标高值序列进行求差运算，得到DEM差值矩阵C_Δ[lat_offset,lon_offset,alt_Δ]；步骤十、对DEM差值矩阵C_Δ[lat_offset,lon_offset,alt_Δ]与点源地形矩阵C_GPS‑LiDAR[lat_UAV,lon_UAV,alt_GPS‑LiDAR]中的标高值序列进行求和运算，得到均匀密布且具有较高精度的优化DEM地形矩阵C_offset‑DEM′[lat_offset,lon_offset,alt_offset′]；步骤十一、将优化DEM地形矩阵C_offset‑DEM'[lat_offset,lon_offset,alt_offset']与点源地形矩阵C_GPS‑LiDAR[lat_UAV,lon_UAV,alt_GPS‑LiDAR]进行升维合并，得到高精度地形标高矩阵C[lat,lon,alt]；步骤十二、基于克里金空间插值模型，利用高精度地形标高矩阵C[lat,lon,alt]生成数字地形模型DTM。