[發(fā)明專利]一種基于無人機(jī)定點(diǎn)航拍的道路窯井蓋高差計(jì)算方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110900575.9
• 申請(qǐng)日: 2021-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN113592837A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙榮欣;邢云;吳華勇;王楓;賈鵬飛;趙琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海市建筑科學(xué)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/62;G06T7/73;G06T17/10
• 代理公司: 上海三方專利事務(wù)所(普通合伙) 31127
• 代理人: 吳瑋

1.一種基于無人機(jī)定點(diǎn)航拍的道路窯井蓋高差計(jì)算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，確定需要計(jì)算的窯井蓋高差的窯井蓋所在位置；

步驟2，根據(jù)步驟1中待計(jì)算高差的窯井蓋，采用無人機(jī)在井蓋上方定點(diǎn)拍攝五張照片；

步驟3，將步驟2中無人機(jī)拍攝的照片進(jìn)行三維重建；

步驟4，根據(jù)步驟3中航拍照片三維重建結(jié)果，計(jì)算窯井蓋高差。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于無人機(jī)定點(diǎn)航拍的道路窯井蓋高差計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟1中窯井蓋位置確定方法包括：

a.根據(jù)地圖信息查詢到的待測(cè)窯井蓋的經(jīng)緯度坐標(biāo)；或

b.根據(jù)路名結(jié)合距離及車道位置信息；或

c.現(xiàn)場(chǎng)指定。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于無人機(jī)定點(diǎn)航拍的道路窯井蓋高差計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2中無人機(jī)定點(diǎn)航拍在井蓋自動(dòng)識(shí)別與自動(dòng)上方固定位置點(diǎn)，一次拍攝完成。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于無人機(jī)定點(diǎn)航拍的道路窯井蓋高差計(jì)算方法，其特征在于所述步驟2中無人機(jī)拍攝方法如下：

1、無人機(jī)拍攝高度的確定，正視攝影分辨率與無人機(jī)拍攝高度及掛載相機(jī)的像素尺寸之間的換算關(guān)系如下：

式中，D：正視攝影分辨率；ccd：相機(jī)傳感器大小；H：拍攝高度；d：相機(jī)焦距；

2、設(shè)井蓋直徑為l，則無人機(jī)拍攝高度與相機(jī)云臺(tái)角度的關(guān)系如下：

式中，α為無人機(jī)拍攝云臺(tái)俯視角；

因?yàn)閭鞲衅鞒叽鏲cd及焦距d遠(yuǎn)小于無人機(jī)拍攝高度，公式(2)可簡(jiǎn)化為：

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于無人機(jī)定點(diǎn)航拍的道路窯井蓋高差計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2中，無人機(jī)手動(dòng)拍攝方法如下：

(1)手動(dòng)控制無人機(jī)起飛至步驟1所述窯井蓋正上方；

(2)調(diào)整無人機(jī)拍攝高度；

(3)拍攝俯視角度照片一張；

(4)調(diào)整相機(jī)云臺(tái)角度至俯視α度，拍攝一張照片；

(5)按一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)無人機(jī)90°，共旋轉(zhuǎn)3次，每旋轉(zhuǎn)一次拍攝一張照片。

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于無人機(jī)定點(diǎn)航拍的道路窯井蓋高差計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2中，無人機(jī)自動(dòng)拍攝方法如下：

(1)收集各種不同形狀、大小及材質(zhì)的道路窯井蓋照片；

(2)采用LabelImg或LabelMe圖片標(biāo)準(zhǔn)工具對(duì)窯井蓋照片進(jìn)行框選或點(diǎn)選標(biāo)注；

(3)采用YOLO系列或Yolact系列深度學(xué)習(xí)算法對(duì)道路窯井蓋照片樣本進(jìn)行訓(xùn)練，獲取窯井蓋目標(biāo)分類或語(yǔ)義分割模型，將訓(xùn)練好的模型部署在無人機(jī)上；

(4)無人機(jī)根據(jù)步驟1所確定的位置，自動(dòng)飛到指定地點(diǎn)，根據(jù)窯井蓋目標(biāo)分類或語(yǔ)義分割識(shí)別結(jié)果鎖定窯井蓋準(zhǔn)確位置；

(5)根據(jù)井蓋位置識(shí)別結(jié)果，及預(yù)先設(shè)置的拍攝高度與角度要求，無人機(jī)自動(dòng)調(diào)整位置姿態(tài)，拍攝5張照片；

(6)無人機(jī)的拍攝高度范圍可為H米，拍攝角度為俯視α度，在確定的拍攝高度處拍攝一張俯視照片，調(diào)整相機(jī)云臺(tái)為俯視α度拍攝一張照片，然后，無人機(jī)每旋轉(zhuǎn)90°拍攝一張照片，共旋轉(zhuǎn)三個(gè)90°，從而獲得一張俯視照片及四個(gè)方位俯視α度的照片各一張，共5張照片用于窯井蓋的三維重建。

7.如權(quán)利要求1所述的一種基于無人機(jī)定點(diǎn)航拍的道路窯井蓋高差計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟3具體方法如下：

(1)基于航拍照片，提取圖像特征點(diǎn)，根據(jù)特征點(diǎn)計(jì)算圖像之間的特征匹配，基于匹配的特征進(jìn)行稀疏重建，得到各個(gè)圖像的相機(jī)位姿和稀疏的特征點(diǎn)云，基于相機(jī)位姿進(jìn)行稠密重建，得到稠密點(diǎn)云，基于點(diǎn)云重建網(wǎng)格；

(2)基于無人機(jī)傾斜攝影影像、POS系統(tǒng)高精度定位和地面控制點(diǎn)，對(duì)傾斜影像進(jìn)行空中三角測(cè)量與區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，經(jīng)過點(diǎn)云密集匹配、不規(guī)則三角網(wǎng)構(gòu)建、紋理映射后完成三維建模。

8.如權(quán)利要求1所述的一種基于無人機(jī)定點(diǎn)航拍的道路窯井蓋高差計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟4具體方法如下：

(1)提取井蓋三維點(diǎn)云高度坐標(biāo)平均值與井蓋周圍路面點(diǎn)云高度坐標(biāo)平均值之差即為井蓋高差；

(2)提取井蓋上3個(gè)點(diǎn)高度坐標(biāo)平均值與井蓋周圍路面3個(gè)點(diǎn)高度坐標(biāo)平均值之差即為井蓋高差。