本發(fā)明屬于無人機(jī)載激光雷達(dá)及多光譜相機(jī)應(yīng)用、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)，具體涉及一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在多種地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段中，利用航空航天平臺(tái)的遙感載荷進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)及地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別預(yù)警，具有作業(yè)面積大、同步性強(qiáng)和高動(dòng)態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用。其中無人機(jī)載平臺(tái)又因?yàn)榫哂畜w積小、造價(jià)低、使用方便和地形適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常與多種載荷進(jìn)行掛載飛行并應(yīng)用到多個(gè)行業(yè)中。

2、在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)應(yīng)用中，通常需要同時(shí)獲取地物目標(biāo)的空間三維信息和光譜輻射信息，近年來逐漸出現(xiàn)了利用同平臺(tái)搭載激光雷達(dá)與多光譜成像儀這兩類載荷的對(duì)地觀測(cè)手段，基于其各自獲取的數(shù)據(jù)分別提取相應(yīng)的特征信息來進(jìn)行融合處理。然而，由于主動(dòng)激光雷達(dá)與被動(dòng)高光譜的成像機(jī)理截然不同，激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的離散性與多光譜影像空間連續(xù)性的差異、激光雷達(dá)反映的目標(biāo)距離信息與多光譜反映的目標(biāo)電磁波譜反射信息屬性之間的融合方法，使得多源數(shù)據(jù)融合處理精度與信息提取效率都受到了較大的制約。

3、在同平臺(tái)搭載激光雷達(dá)與多光譜成像儀的過程中，無人機(jī)平臺(tái)需要分別對(duì)組合導(dǎo)航、激光雷達(dá)掃描儀、多光譜相機(jī)和采集控制系統(tǒng)進(jìn)行供電、通訊集成，整套設(shè)備的重量經(jīng)常在4-5kg，這樣的重量極大的限制了無人機(jī)平臺(tái)的飛行半徑、有效作業(yè)時(shí)間和對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的探測(cè)及響應(yīng)能力。根據(jù)某無人機(jī)公司計(jì)算的數(shù)據(jù)，對(duì)于旋翼無人機(jī)，載荷如果從5kg降低到3kg，有效飛行時(shí)間將增加42%，載荷如果從5kg降低到2kg，有效飛行時(shí)間將增加64%。因此如何在保證載荷探測(cè)性能的前提下使整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)在體積上更加小巧在重量上更輕量化就顯得尤為關(guān)鍵。

4、將功耗低、功能指向性強(qiáng)和多接口協(xié)議的arm處理器與pos/ins組合導(dǎo)航、激光雷達(dá)掃描儀和多光譜相機(jī)集成，既可以提高兩種探測(cè)載荷大數(shù)據(jù)量的采集和計(jì)算能力，也可以通過降低載荷整體系統(tǒng)重量的方式進(jìn)而提升有效飛行時(shí)長(zhǎng)，最終增強(qiáng)主被動(dòng)成像系統(tǒng)對(duì)于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的探測(cè)能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法及系統(tǒng)，解決了由于系統(tǒng)重量大、作業(yè)效率低、數(shù)據(jù)種類單一、幾何/光譜信息無實(shí)時(shí)融合、地表要素?zé)o法實(shí)時(shí)計(jì)算等問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一方面，本發(fā)明提供一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法，所述方法包括如下步驟：

4、步驟一、系統(tǒng)一體化供電設(shè)計(jì)：將無人機(jī)平臺(tái)的輸出電源通過定制的供電板卡分配給各主被動(dòng)成像載荷、pos/ins組合導(dǎo)航和arm處理器；

5、步驟二、系統(tǒng)綜合控制與時(shí)間同步：基于arm處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)各主被動(dòng)成像載荷的通信控制，基于pos/ins組合導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)時(shí)間同步設(shè)置；

6、步驟三、主被動(dòng)成像載荷視場(chǎng)匹配：將主被動(dòng)成像載荷包括的激光雷達(dá)掃描儀與多光譜相機(jī)置于同一空間成像坐標(biāo)系中進(jìn)行視場(chǎng)匹配；

7、步驟四、無人機(jī)平臺(tái)接口適配：將arm處理器和所述供電板卡的外接通訊協(xié)議，與無人機(jī)平臺(tái)的接口協(xié)議相匹配；

8、步驟五、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化：對(duì)各主被動(dòng)成像載荷、pos/ins組合導(dǎo)航、arm處理器和所述供電板卡構(gòu)成的主被動(dòng)成像系統(tǒng)進(jìn)行輕量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)；

9、步驟六、系統(tǒng)掛載飛行檢校：將已經(jīng)優(yōu)化好的主被動(dòng)成像系統(tǒng)通過遠(yuǎn)距離地面靶標(biāo)進(jìn)行激光足印和地面像素點(diǎn)的匹配；

10、步驟七、基于arm處理器的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)算法實(shí)現(xiàn)：基于校驗(yàn)完成的主被動(dòng)成像系統(tǒng)，利用arm處理器災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)要素，通過分析災(zāi)害要素，實(shí)現(xiàn)感興趣區(qū)域的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)。

11、另一方面，本發(fā)明提供一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像系統(tǒng)，包括：

12、系統(tǒng)一體化供電設(shè)計(jì)模塊，用于將無人機(jī)平臺(tái)的輸出電源通過定制的供電板卡分配給各主被動(dòng)成像載荷、pos/ins組合導(dǎo)航和arm處理器；

13、系統(tǒng)綜合控制與時(shí)間同步模塊，用于基于arm處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)各主被動(dòng)成像載荷的通信控制，基于pos/ins組合導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)時(shí)間同步設(shè)置；

14、主被動(dòng)成像載荷視場(chǎng)匹配模塊，用于將主被動(dòng)成像載荷包括的激光雷達(dá)掃描儀與多光譜相機(jī)置于同一空間成像坐標(biāo)系中進(jìn)行視場(chǎng)匹配；

15、無人機(jī)平臺(tái)接口適配模塊，用于將arm處理器和所述供電板卡的外接通訊協(xié)議，與無人機(jī)平臺(tái)的接口協(xié)議相匹配；

16、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊，用于對(duì)各主被動(dòng)成像載荷、pos/ins組合導(dǎo)航、arm處理器和所述供電板卡構(gòu)成的主被動(dòng)成像系統(tǒng)進(jìn)行輕量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)；

17、系統(tǒng)掛載飛行檢校模塊，用于將已經(jīng)優(yōu)化好的主被動(dòng)成像系統(tǒng)通過遠(yuǎn)距離地面靶標(biāo)進(jìn)行激光足印和地面像素點(diǎn)的匹配；

18、基于arm處理器的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)算法實(shí)現(xiàn)模塊，用于基于校驗(yàn)完成的主被動(dòng)成像系統(tǒng)，利用arm處理器災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)要素，通過分析災(zāi)害要素，實(shí)現(xiàn)感興趣區(qū)域的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)。

19、第三方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括：一個(gè)或多個(gè)處理器；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序；其中，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)程序被所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)前述的一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法。

20、第四方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有可執(zhí)行指令，該指令被處理器執(zhí)行時(shí)能夠使處理器實(shí)現(xiàn)前述的一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法。

21、本發(fā)明的有益效果在于：

22、本發(fā)明基于arm處理器，提供了一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法及系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)災(zāi)害感興趣區(qū)域空間維、光譜維信息實(shí)時(shí)獲取和地表要素的快速識(shí)別，以期滿足監(jiān)測(cè)預(yù)警、災(zāi)后應(yīng)急、受災(zāi)情況評(píng)估和災(zāi)后重建的急迫需求，為當(dāng)前災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)、監(jiān)測(cè)預(yù)警中面臨的地形勘測(cè)、地質(zhì)判斷、人員營(yíng)救等難題提供重要的技術(shù)及方法支持。

技術(shù)特征：

1.一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法，其特征在于，所述步驟1還包括包括：將無人機(jī)平臺(tái)輸出電源的電壓值調(diào)整為各主被動(dòng)成像載荷、pos/ins組合導(dǎo)航和arm處理器要求的輸入電壓值。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法，其特征在于，所述無人機(jī)平臺(tái)輸出電源的電壓值為固定值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法，其特征在于，所述步驟2包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法，其特征在于，所述步驟3包括：在光學(xué)標(biāo)校平臺(tái)上，通過激光雷達(dá)掃描儀和多光譜相機(jī)視場(chǎng)角、目標(biāo)地物光學(xué)像元和激光雷達(dá)探元的關(guān)系將激光雷達(dá)掃描儀與多光譜相機(jī)固定連接于同一個(gè)空間成像坐標(biāo)系中。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法，其特征在于，所述步驟6包括：將已經(jīng)優(yōu)化好的主被動(dòng)成像系統(tǒng)掛載于無人機(jī)飛臨靶標(biāo)檢校區(qū)，聯(lián)立激光雷達(dá)掃描儀主動(dòng)成像獲取的激光足印空間坐標(biāo)解算方程、多光譜相機(jī)被動(dòng)成像獲取的像素點(diǎn)空間坐標(biāo)解算方程，構(gòu)建同平臺(tái)搭載檢校平差模型，計(jì)算激光雷達(dá)掃描儀和多光譜相機(jī)兩個(gè)載荷間的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)成像系統(tǒng)的檢校，分別代表多光譜相機(jī)成像中心在激光雷達(dá)掃描儀本體坐標(biāo)系中與激光雷達(dá)掃描儀成像中心在x、y、z三軸的線性偏移量，分別代表多光譜相機(jī)在激光雷達(dá)掃描儀本體坐標(biāo)系中與激光雷達(dá)掃描儀在x、y、z三軸的角度旋轉(zhuǎn)量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法，其特征在于，所述步驟7包括：所述arm處理器處理激光雷達(dá)點(diǎn)云和多光譜影像數(shù)據(jù)，所述災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)要素包括感興趣區(qū)域坡度、坡向、坡面曲率、平面曲率和植被覆蓋。

8.一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，其上存儲(chǔ)有可執(zhí)行指令，該指令被處理器執(zhí)行時(shí)能夠使處理器實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種面向?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)的無人機(jī)載主被動(dòng)成像方法及系統(tǒng)，屬于無人機(jī)載激光雷達(dá)及多光譜相機(jī)應(yīng)用、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。所述方法基于功耗低、功能指向性強(qiáng)和多接口協(xié)議的ARM處理器，通過系統(tǒng)一體化供電設(shè)計(jì)、系統(tǒng)綜合控制與時(shí)間同步、主被動(dòng)成像載荷視場(chǎng)匹配、主被動(dòng)成像系統(tǒng)與無人機(jī)平臺(tái)接口適配、主被動(dòng)成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、主被動(dòng)成像系統(tǒng)掛載飛行檢校和基于ARM處理器的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)算法實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明解決了采集系統(tǒng)重量大、幾何/光譜信息無實(shí)時(shí)融合、地表要素?zé)o法實(shí)時(shí)計(jì)算等問題，實(shí)現(xiàn)了災(zāi)害感興趣區(qū)域空間維、光譜維信息實(shí)時(shí)獲取和地表要素的快速識(shí)別。

技術(shù)研發(fā)人員：騰格爾,馬靈玲,王寧,吳昊昊,周春城,牛沂芳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6