一种河湖地表水下地形同步采集方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种河湖地表水下地形同步采集方法及系统，采用搭载有相机和声纳球的无人机实现，声纳球与无人机通过线缆连接，所述方法包括：步骤S1，在起飞前制定采集任务，包括设置飞行高度、采集范围、起始点、相机航拍参数、声纳参数以及规划航线，其中，规划航线包括沿岸地表水下地形同步采集航线和地表补拍航线；步骤S2，无人机飞抵初始点；步骤S3，将声纳球放至水面，无人机按照沿岸地表水下地形同步采集航线航行，相机进行沿岸地表地形采集，声纳球进行水下地形采集；步骤S4，将声纳球收回到无人机，无人机按照所述地表补拍航线航行，相机进行地表地形采集。本发明专利技术可实现河湖地表水下地形的快速同步采集。地形的快速同步采集。地形的快速同步采集。

【技术实现步骤摘要】
一种河湖地表水下地形同步采集方法及系统


[0001]本专利技术属于工程测量
，具体涉及一种河湖地表水下地形同步采集方法及系统。

技术介绍

[0002]在针对河道湖泊的疏浚、治理等工程中需对水域周边的沿岸地形和水下地形进行调查采集。
[0003]目前的调查采集技术分类分为两大类：传统技术、三维建模技术。
[0004]传统技术主要为采集多个单点位置的高程和平面坐标数据，经过内业计算完成。沿岸地形采集设备包括全站仪、水准仪等；水下地形采集设备包括测深杆、测深仪等。最终成果常以勘测报告、地形地貌图、地质剖面图、典型断面图等文字和图片形式表现。
[0005]三维建模技术则是随着近年来无人机摄影、船载声纳和计算机图学技术的普及应用，而逐渐普及的一种方式。与传统技术相比，三维建模技术的特点在于数据采集效率、平面测量的精度、以及成果的可视化能力。最终成果一般为数据集，以点云或三维模型形式展示，并根据要求转化为图纸。通常地表和水下数据的采集是相互独立进行的，所得三维模型也是独立的。若需建立同时反映地表和水下地形的三维模型时，目前常采用的方法思路如下：
①
利用无人机载相机/激光雷达，航拍采集地表影像/点云，之后在计算机上三维重建得到地表三维模型；
②
利用无人船载声纳采集水下地形，对声纳读数进行反演，进而处理得到水下三维模型；
③
将前述模型转换为通用模型文件格式，在通用的模型处理软件(如3dsmax、Blender、UE、Unity等)中进行模型修剪、整合、美化，得到兼具地表水下地形的三维模型。
[0006]因此，若能将上述
①②
步骤同时进行，即在一次作业中完成无人机和声纳的遥控或自动化采集作业，则可以大大加快整体作业采集效率。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种河湖地表水下地形同步采集方法及系统，可实现河湖地表水下地形的快速同步采集，尤其适用于河湖疏浚、河湖治理类工程的沿岸和水下地形采集。
[0008]为了实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0009]一种河湖地表水下地形同步采集方法，采用搭载有相机和声纳球的无人机实现，所述声纳球与所述无人机通过线缆连接，所述方法包括：
[0010]步骤S1，在起飞前制定采集任务，包括设置飞行高度、采集范围、起始点、相机航拍参数、声纳参数以及规划航线，其中，规划航线包括沿岸地表水下地形同步采集航线和地表补拍航线；
[0011]步骤S2，所述无人机飞抵起始点；
[0012]步骤S3，将所述声纳球放至水面，所述无人机按照所述沿岸地表水下地形同步采
集航线航行，所述相机进行沿岸地表地形采集，所述声纳球进行水下地形采集；
[0013]步骤S4，将所述声纳球收回到所述无人机，所述无人机按照所述地表补拍航线航行，所述相机进行地表地形采集。
[0014]进一步的，所述沿岸地表水下地形同步采集航线按照以下方式规划：
[0015]对于河宽小于预设值的河流，航线为U形轨迹；
[0016]对于河宽不小于所述预设值的河流以及湖泊，航线为M形轨迹。
[0017]进一步的，所述地表补拍航线为“回”形轨迹。
[0018]进一步的，在步骤S4中，当无人机经过所述沿岸地表水下地形同步采集航线时，所述相机不采集影像。
[0019]进一步的，所述采集范围为地图平面上的四边形或近似四边形，需采集的河湖水域位于四边形平面内部；四边形的边与岸线间距设定为：在满足现场实际需求前提下，于河湖岸交界处，向岸侧外扩若干个相机照片画幅。
[0020]进一步的，初始点设置在起飞、降落无障碍的位置，位于河湖水体正上方且位于所述采集范围内。
[0021]进一步的，所述飞行高度的范围为25～50m。
[0022]一种河湖地表水下地形同步采集系统，用于实现如上文所述的河湖地表水下地形同步采集方法，包括无人机以及其上搭载的相机和声纳球，所述声纳球采用线缆与所述无人机连接。
[0023]进一步的，所述声纳球设置有五个声纳探头，其中一个探头位于声纳球正下方，探头朝下，用于声纳球正向测深，其余四个探头等间距排布于声纳球下半部，探头朝向固定，用于声纳球前下、后下、左下、右下四个方向的探测。
[0024]进一步的，所述无人机还设置有声纳中继模块，用于接收所述声纳球发射的关于读数的无线信号，并对声纳读数进行处理，计算生成图形数据，将所述图形数据传输至所述无人机的遥控图传单元，以传输至遥控设备上显示。
[0025]与现有技术相比，本方面所述系统使用便捷，相对应用成本较低，通过实施本系统对应的方法，可实现河湖地表影像与水下声纳数据的同步采集，尤其适用于河湖疏浚、河湖治理类工程的沿岸和水下地形采集。
[0026]本方面的优点主要体现在以下方面：
[0027]1.使用便捷。(1)本系统在使用时，仅需在无人机上挂载声纳球、声纳中继模块、线缆控制模块和牵引线，挂载重量可控制在2kg以内，无人机、电池和挂载的合计整体重量在10kg内，便于运输携带。(2)本系统可实现单人同步采集作业；
[0028]2.适用范围广。本系统可在不适用无人船的狭小水域、或人不易抵达的水域进行水下地形采集；
[0029]3.应用成本低廉。无人机、声纳挂载和遥控设备等软硬件整体参考成本在10万元以内。对应的，无人机、无人船/小型船舶、船载声纳的整体成本在数十万至上百万元；
[0030]4.快速采集。仅需一次外业即可完成河湖地表水下地形的同步采集，尤其适合河湖疏浚、河湖治理类工程的沿岸和水下地形采集。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一个实施例，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：
[0032]图1为本专利技术一实施例提供的河湖地表水下地形同步采集方法的流程图；
[0033]图2为本专利技术一实施例提供的河湖地表水下地形同步采集的工作方式示意图；
[0034]图3为本专利技术一实施例提供的河湖地表水下地形同步采集系统的结构图I；
[0035]图4为本专利技术一实施例提供的河湖地表水下地形同步采集系统的结构图II；
[0036]图5为本专利技术一实施例提供的声纳球的结构图；
[0037]图6为本专利技术一实施例提供的声纳探头的分布示意图。
具体实施方式
[0038]以下结合附图和具体实施方式对本专利技术提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施方式的目的。为了使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河湖地表水下地形同步采集方法，其特征在于，采用搭载有相机和声纳球的无人机实现，所述声纳球与所述无人机通过线缆连接，所述方法包括：步骤S1，在起飞前制定采集任务，包括设置飞行高度、采集范围、起始点、相机航拍参数、声纳参数以及规划航线，其中，规划航线包括沿岸地表水下地形同步采集航线和地表补拍航线；步骤S2，所述无人机飞抵起始点；步骤S3，将所述声纳球放至水面，所述无人机按照所述沿岸地表水下地形同步采集航线航行，所述相机进行沿岸地表地形采集，所述声纳球进行水下地形采集；步骤S4，将所述声纳球收回到所述无人机，所述无人机按照所述地表补拍航线航行，所述相机进行地表地形采集。2.如权利要求1所述的河湖地表水下地形同步采集方法，其特征在于，所述沿岸地表水下地形同步采集航线按照以下方式规划：对于河宽小于预设值的河流，航线为U形轨迹；对于河宽不小于所述预设值的河流以及湖泊，航线为M形轨迹。3.如权利要求1所述的河湖地表水下地形同步采集方法，其特征在于，所述地表补拍航线为“回”形轨迹。4.如权利要求1所述的河湖地表水下地形同步采集方法，其特征在于，在步骤S4中，当无人机经过所述沿岸地表水下地形同步采集航线时，所述相机不采集影像。5.如权利要求1所述的河湖地表水下地形同步采集方法，其特征在于，所述采集范围为地图平面上的四边...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元博，周如成，李文斌，刘学明，孙雄，陈晓勇，
申请(专利权)人：中铁上海工程局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：