航线规划设计论文：航线规划设计 质量检查 影像匹配 坐标转换

'【关键词】航线规划设计质量检查影像匹配坐标转换【英文关键词】LaneplanninganddesignImagequalitycheckFeaturematchCoordinatetransformation航线规划设计论文：机载航空遥感辅助系统关键技术及应用研究【中文摘要】 【关键词】航线规划设计质量检查影像匹配坐标转换【英文关键词】LaneplanninganddesignImagequalitycheckFeaturematchCoordinatetransformation航线规划设计论文：机载航空遥感辅助系统关键技术及应用研究【中文摘要】 随着航空遥感技术的日益发展，无人机技术在国防建设、基础测绘、防震减灾和生活生产中发挥了巨大作用。它具有成本低、精度高、机动灵活、易于控制、安全性高等优点，在欧美发达国家，无人机技术已经脱离了纯粹军事用途，在商业领域取得了很大发展；在国内，小型无人机在商业方面还处于起步发展阶段，数据处理理论正在完善阶段，数据处理软件滞后于硬件的发展，数据处理的实时性受到很大限制。当前的航线规划设计还停留在人工计算阶段，设计效率低、修改编辑困难、无法兼顾其它地理信息数据，而航片质量检查方面需要人工提取同名点，自动化程度低，工作量大，飞行任务结束后不能及时对飞行任务作出评价，尤其不能满足对灾害的快速反应。机载航空遥感辅助系统是为了满足无人机快速航线规划设计和快速航片质量检查而提出的。根据实际需要，机载航空遥感辅助系统设计了两个模块：航线规划设计模块和航片质量检查模块。航线规划设计模块的主要功能是以现有的地理信息数据为参考，满足根据航区任意方位角航线规划设计和根据线状地物任意方位角航线设计；航片质量检查模块的主要功能是根据航空摄影测量相关规范要求，对航片航向重叠度、旁向重叠度和旋偏角进行检查，并生成相关报告。机载航空遥感辅助系统的实现依赖于以下几个方面：数据结构和文件结构的设计与组织，计算机视觉显示表达方法，基础地理信息数据解析，空间实体数据的抽象化表达，航线规划设计相关算法，特征匹配算法和航片质量检查方法。针对以上问题，结合国内外研究状况，利用现有条件，做了以下工作：1.航线规划设计模块中，设计了基本的点、线、面等基本的空间几何数据结构，在此基础上扩展了航区、航线、断面线等附带属性的空间实体数据结构。同时为了满足设计的需要，构建了传感器、设计参数等非几何实体的数据结构；航片质量检查模块中设计了航片、航线等数据结构。2.结合GDAL和OpenGL等开源库，完成了对多源地理信息数据的支持。在地形数据处理时，采用存储与显示分开表达的方法，实现了地形数据的快速显示，优化了地形数据搜索算法，使得对地形数据统计更加快速准确。3.根据设计需求，依照航空摄影测量规范，实现了依据航区任意方位角设计航线方法和依据线状地物航线设计方法。4.研究了当前影像匹配算法，借助OpenCV开源库，实现了特征匹配SURF算法。通过SURF算法可快速获得相邻航片的同名点，计算出航片的相对位置关系，从而完成航片匹配和航线连接。5.讨论了航片质量评价方法，给出了根据同名点坐标来计算重叠度和旋偏角的方法，通过检查航片的航向重叠度、旁向重叠度和旋偏角的检查，确定飞行质量是否合格。本文的创新之处在于：充分利用开源库的优势，优化了地形点搜索统计算法，采用了纹理显示地理信息数据的方法，给出了航线设计算法，提出了新的树节点排序方法，实现了SURF特征匹配算法，极大地提高了匹配速度和匹配精度。通过研究表明，地形数据采用纹理显示方式的效率要明显优于逐点绘制方式，尤其是在大量高程点情况下，纹理显示的流畅性更加突出；较传统的航线设计方法，根据航区设计航线和根据线状地物设计航线的方法更加灵活、易于修改编辑，极大的提高了设计效率；SURF算法进行特征匹配能够迅速获取同名像对，以四川安县飞行数据为例，整个航片检查过程控制在半个小时以内，基本能够实现航片质量的快速检查。【英文摘要】Withthedevelopmentofaerialremotesensingtechnique,UnmannedAerialVehicles(UAV)technologyplaysatremendousroleonnationaldefenceconstruction,basicsurveyingandmapping,earthquakedisasterpreventionandmitigationandlifeproduction.Ithastheadvantagesoflowcost,hightprecision,flexible,easytocontrol,andhightsecurity.InthedevelopedconturiesasEuropeandAmerica,UAVtechnologyhasmovedawayfrompurelymilitaryuseandmadegreatdevelopmentinthefieldofbussiness.Inthedomestic,UAVtechnologyisstillintheinitialstage.Dataprocessing theoryisimprovingstagestepbystep;softwareisstillbehindthedevelopmentofhardware;realtimeislimited.Thecurrentlaneplanninganddesignmethodremainsintheartificalcalculationstatewithlowefficiency,difficulteditingandtakingnoaccountofothergeographicinformationdata.Whileimagequalitycheckingdependsonmanulextractionofcorrespondingpoints.Thismanulmethodhaslowdegreeofautomation,heavyworkloadanditcannottimelymakeevaluationwhenthemissionended,especiallycannotmeettherapidresponsetodisasters.Airborneremotesensingauxilarysystemisputforwardtomeetthefastlaneplanninganddesignandfastimagequalitychecking.Accordingtotheactualrequirements,airborneremotesensingauxilarysystemcontainstwomodules:laneplanninganddesignmoduleandimagequalitycheckingmodule.Referencingtothegeographicinformationdata,thefirstmodulehastwomainlyfunctionstoplananddesignlanes:basedonareastoarbitraryazimuthdesignandbasedonlinearfeaturestoarbitraryazimuthdesign.Accordingtotherelatedstandardofaerialphotography,thesecondmodulehasthefunctionscheckinglongitudinaloverlap,sideoverlapandswingangleandgeneratingreports.Airborneremotesensing auxilarysystemdepondsonthefollowiingaspects:designandorganizationofdataandfilestructure,computervisionfordisplayandexpressionmethod,dataanalysisforbasicgeographicinformation,spatialentitydataabstractexpression,algorithmforlanedesign,algorithmforfeaturematchingandmethodofimagequalitychecking.Inviewofalltheabove,referencingtotheresearchstatusathomeandboard,usingexistingconditions,worksaredoneasfollows:1.Inthelaneplanninganddesignmodule,point,line,planeandotherbaiscspatialdatastructuresaredesigned.Basedonthesestructures,area,lanes,sectionlinestructureswithattributesareputforward.Atthesametime,inordertomeetthedesingneed,sensor,designparameterandunspatialstructuresareconstructed.Inimagequalitycheckingmodule,laneandimagestructuresaredesigned.2.UsingGDALandOpenGLopen-sourcelibrary,thissystemgivesagoodsupporttomulti-sourcegeographicinformationdata.Whentheterraindataisbeenprocessing,storageandexpressionareseparatedtospeedupitsdisplay.Optimizingtheterriandatasearchalgorithm,terriandatastatisticsandcalculationaremorequicklyandaccurately.3.Accordingtothedesign requirements,basedonaerialphotogrammetricspecification,systemsgivestwomethodstodesignlanes:basedonareaandbasedlinearfeatures.4.ThroughstudyingthealgorithmsofimagefeaturematchingandusingOpenCVopen-sourcelibrary,SURFalgorithmisusedinthissystem.ThesamepairpointswillbefastertoextractbySURF.Thenitwillbeeasiertocalculatetherelativepositionsofeachimage,andthenaerialmatchingandlanesconnectingcanbegoingonactually.5.Throughdiscussingtheimagequalitycheckingmethods,thealgorithmusesthesamepairpointstocalculatetheoverlappingandroratingisputforward.Bydetectingaeriallongitudinaloverlap,sideoverlapandswingangletodeterminewhethertheflightqualityisallright.Theinnovationofthispaperliesin:makingfulluseoftheadvantageofopen-sourcelibruary;optimizingthealgorithmofsearchingandstatistiasofterrainpoints;usingtexturesdisplaygeographicinformationdata;givingoutthealgorithmofdesigninglanes;puttingoutanewtree-nodesortingmethod;realizingSURFalgorithmwhitchgreatlyimprovesthematchingspeedandprecision.Thestudyshowsthat:usingtexture,terraindatedisplayefficiencyismoresmoothlythanrenderingpointby point,especiallyinthesituationoflargeamountofelevationpoints,textureexpressionwillbemorefluency.Comparedwiththetraditionallanedesigningmethod,basedonareaandbasedonlinearfeaturesdesigningmethodwillbemoreflexible,easertomodifyandmoreefficient.SURFalgorithmofimagefeaturematchingcanquicklyextractthesamepairpoints.TaketheflightdataofAncountyinSichuangasasample,thewholeimagequalitycheckprocessingtakeslessthanhalfanhour,whichmainlyachievetheimagequalityquickcheck.【目录】机载航空遥感辅助系统关键技术及应用研究中文摘要4-6Abstract6-8第1章绪论12-181.1选题依据和研究意义12-131.2国内外研究现状13-141.3存在的问题14-151.4技术路线和研究内容15-18第2章系统功能分析以及开发方案设计18-282.1系统功能分析182.2开源库介绍18-252.2.1Gdal地理信息系统开源库19-212.2.2OpenGL图形操作库21-232.2.3OpenCV图像处理库23-252.3机载航空遥感辅助系统的功能设计25-28第3章数据结构设计28-383.1航线规划设计模块数据结构设计28-343.1.1基本数据结构类28-293.1.2 设计参数结构类293.1.3航区航线结构类29-313.1.4底图数据结构类31-333.1.5其它数据结构类33-343.2航线规划设计模块数据结构之间的关系34-353.3航片质量检查模块数据结构设计35-373.3.1基本数据结构类353.3.2航线航片类35-373.4文件结构设计略述37-38第4章系统解决的关键问题38-564.1读取SRTM的DEM数据并生成纹理显示算法38-404.2航区DEM高程点统计加速算法40-424.3依据航区任意方位航线设计算法42-444.4依据线状地物航线设计算法44-464.5选择对象算法46-494.6航片排序算法49-504.7影像匹配算法50-544.8航片质量检查方法54-56第5章机载航空遥感预处理系统的实现56-685.1航线规划设计模块功能及应用56-625.1.1界面设计565.1.2距离方位角查询56-575.1.3航区操作57-585.1.4航线操作58-605.1.5断面线操作60-615.1.6其它功能61-625.2航片质量检查模块功能及应用62-685.2.1界面设计62-635.2.2航片显示63-655.2.3航片排序655.2.4影像匹配65-665.2.5生成报告66-68第6章 结论与展望68-706.1结论68-696.2展望69-70参考文献70-74攻读硕士期间发表的学术论文74-75致谢75-76导师及作者简介76'