一种面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法技术方案

本发明专利技术属于无人机技术领域，特别涉及一种面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法，用于解决无人机载高光谱成像系统无法针对目标区域的具体情况作出调整，导致出现航线多而短的问题。该方法只须按序输入多边形目标区域顶点的经纬度、无人机飞行的距地高度、成像光谱仪视场角以及图像旁向重叠率等参数，即可自动、快速生成航线文件，无须其它任何软件的参与。所生成的航线满足多边形目标区域航线最长且最少的要求，极大提高了无人机飞行效率，从而确保在有限飞行时间内获取更多的高光谱图像数据，同时确保转弯处图像形变误差不影响到区域范围内的图像质量。响到区域范围内的图像质量。响到区域范围内的图像质量。

【技术实现步骤摘要】
一种面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法


[0001]本专利技术属于无人机
，特别涉及一种面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法。

技术介绍

[0002]多旋翼无人机是一种由电力驱动的航空器，可通过地面飞行控制设备或自身程序控制飞行。其优点在于体积小、重量轻、操作简单、易于维护、能够垂直起降、以及自由悬停。高光谱成像技术集图像信息和光谱信息于一体，其主要工作部件是成像光谱仪，通常包含数十到数百个波段，光谱分辨率一般小于10nm。通过探测目标的二维几何空间与一维光谱信息，并获取高光谱分辨率的连续、窄波段图像数据，以表征地物特征及空间差异。搭载多旋翼无人机的高光谱成像系统，结合二者优势，可随时获取高光谱和高空间分辨率地物表面信息，极大丰富了天空地一体化遥感监测手段，已成为当前各领域遥感应用的热点。
[0003]受多旋翼无人机的供电量限制，高光谱成像系统实际飞行时间往往不超过30分钟。因此，提高成像系统的飞行效率是可获取更多图像信息的前提，这就对无人机航线的合理规划提出了更高要求。从当前高光谱成像系统的应用市场来看，尽管无人机厂商均开发了飞行控制和航线规划的集成软件系统，但是并无专门针对高光谱成像的航线规划，利用其航线规划功能时，需在软件界面上通过构建测区边界并调整相关参数以生成航线。该方法通常会自动生成较大范围边界以防止漏拍目标区域，显然有悖于提高飞行效率的目的；通过在软件界面上点击并生成测区边界的办法，易造成空间定位精度不准确的问题；此外，软件所构建的航向固定，通常为南北向(经线方向)，无法针对目标区域的具体情况作出调整，因而可能会出现航线多而短的问题，导致无人机频繁用于转向和飞往下一条航线，造成不必要的过多的电量消耗，从而制约了飞行效率的提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法，用于解决无人机载高光谱成像系统无法针对目标区域的具体情况作出调整，导致出现航线多而短的问题，同时确保转弯处图像形变误差不影响到区域范围内的图像质量。
[0005]本专利技术的实施例内容如下：
[0006]一种面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法，包括以下步骤：
[0007]获取包含待测区域的第一多边形各顶点的坐标数据；
[0008]判断第一多边形的凹凸性，如为凹多边形，则将第一多边形转换为第二多边形，且第二多边形为凸多边形；
[0009]等比例放大第二多边形，得到第三多边形，第三多边形包含第二多边形和缓冲区，计算第三多边形各顶点坐标数据；
[0010]确定第三多边形外接矩形，将第三多边形绕外接矩形的中心以等间隔角度旋转，共旋转180度，每旋转一次就重新确定外接矩形，使重新确定的外接矩形各条边保持原来方
向，确定旋转过程中某一边a的最小长度d，及此时外接矩形总旋转角度A
t
；
[0011]将最小长度d除以无人机飞行间距，得到航线最小条数；
[0012]最小条数的航线与边a垂直，与第三多边形的边相交，将各条航线上的交点按照首
‑
尾
‑
尾
‑
首的顺序相连，得到无人机航线，再将其按照与第三多边形旋转角度相反的方向旋转A
t
，即可得到待测区域的无人机航线。
[0013]进一步地，第一多边形为包含待测区域的最小多边形。
[0014]进一步地，第一多边形各顶点的坐标数据为顶点的经纬度值。
[0015]进一步地，边a为东西向。
[0016]进一步地，将第一多边形转换为第二多边形的方法包括以下步骤：
[0017]按顺时针方向依次连接第一多边形上任意3个相邻顶点，形成两个向量；
[0018]计算两个向量的叉积，若叉积为正，则删除3个顶点中的中间顶点；
[0019]按上述方法依次判断第一多边形上所有顶点是否需要删除，连接无需删除的顶点，得到第二多边形。
[0020]进一步地，等比例放大第二多边形的方法包括以下步骤：
[0021]根据第二多边形的相邻两顶点坐标数据计算方位角；
[0022]根据第二多边形顶点的方位角计算第二多边形各内角度数；
[0023]利用第二多边形顶点方位角，计算第三多边形对应顶点相对于第二多边形顶点的方位角Az；
[0024]确定第二多边形顶点与第三多边形对应顶点之间的距离d1；
[0025]依据第二多边形顶点坐标数据、方位角Az和距离d1，计算第三多边形对应顶点坐标；
[0026]依次计算第三多边形所有顶点坐标，即可确定第三多边形。
[0027]进一步地，确定第二多边形顶点与第三多边形对应顶点之间的距离d1，包括如下步骤：
[0028]获取无人机飞行时的距地高度H、成像光谱仪的视场角FOV、以及图像旁向重叠率SO数据，计算无人机航线的间距SP：
[0029]SP＝H
×
tan(FOV/2)
×2×
(100.0
‑
SO)；
[0030]取第二多边形与第三多边形之间距离为BD，其中SP<BD<1.5*SP；
[0031]依据BD及第二多边形内角度数，可得d1＝BD/sin(所述内角度数/2)。
[0032]本专利技术提出构建一种面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划算法，可自动、快速生成航线文件，无须其它任何软件的参与，所生成的航线满足多边形目标区域航线最长且最少的要求，极大提高了无人机飞行效率，从而确保在有限飞行时间内获取更多的高光谱图像数据。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法流程图；
[0035]图2面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划技术流程图；
[0036]图3多边形目标区域以及经算法自动生成的凸多边形和缓冲区；
[0037]图4多边形顶点P1相对于P0的方位角(Az
01
)和P1相对于P2的方位角(Az
21
)；
[0038]图5计算多边形顶点P1处内角以及缓冲区对应顶点相对于P1的方位角；
[0039]图6计算多边形顶点P1与缓冲区对应顶点间的距离；
[0040]图7基于缓冲区旋转和外接矩形东西向边长最短条件的航线自动生成过程。
具体实施方式
[0041]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法，其特征在于，包括以下步骤：获取包含待测区域的第一多边形各顶点的坐标数据；判断所述第一多边形的凹凸性，如为凹多边形，则将所述第一多边形转换为第二多边形，所述第二多边形为凸多边形；等比例放大所述第二多边形，得到第三多边形，所述第三多边形包含所述第二多边形和缓冲区，计算所述第三多边形各顶点坐标数据；确定所述第三多边形外接矩形，将所述第三多边形绕所述外接矩形的中心以等间隔角度旋转，共旋转180度，每旋转一次就重新确定外接矩形，使所述重新确定的外接矩形各条边保持原来方向，确定旋转过程中某一边a的最小长度d，及此时所述外接矩形总旋转角度A
t
；将所述最小长度d除以无人机飞行间距，得到航线最小条数；所述最小条数的航线与所述边a垂直，与所述第三多边形的边相交，将各条航线上的交点按照首
‑
尾
‑
尾
‑
首的顺序相连，得到无人机航线，再将其按照与所述第三多边形旋转角度相反的方向旋转A
t
，即可得到所述待测区域的无人机航线。2.根据权利要求1所述的面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法，其特征在于，所述第一多边形为包含待测区域的最小多边形。3.根据权利要求1或2所述的面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法，其特征在于，所述第一多边形各顶点的坐标数据为所述顶点的经纬度值。4.根据权利要求1或2所述的面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法，其特征在于，所述边a为东西向。5.根据权利要求1或2所述的面向无人机载高光谱成像系统的航线自动规划方法，其特征在于，所述将所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：武永峰，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，
类型：发明
国别省市：