本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理，特別是指一種基于航空測繪技術(shù)的地形測繪方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的地形測繪方法主要包括人工實地測量和衛(wèi)星遙感測繪等。這些方法在過去的地形測繪工作中發(fā)揮了重要作用，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的提升，它們逐漸暴露出一些固有的缺陷和不足。

2、例如，人工實地測量雖然能夠提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但測量過程耗時耗力，效率低下，且對于復(fù)雜地形和惡劣環(huán)境的適應(yīng)性較差。此外，人工測量還存在一定的安全隱患，特別是在高山、峽谷等危險區(qū)域進(jìn)行測量時，人員的安全難以得到充分保障。

3、其次，衛(wèi)星遙感測繪雖然具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)獲取周期短等優(yōu)勢，但其分辨率和精度往往受到衛(wèi)星軌道高度、傳感器性能以及大氣條件等多種因素的限制。因此，在需要高精度地形數(shù)據(jù)的場景中，衛(wèi)星遙感測繪可能無法滿足需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于航空測繪技術(shù)的地形測繪方法及系統(tǒng)，可以快速捕獲目標(biāo)區(qū)域的地形數(shù)據(jù)，不僅提高了地形測繪的效率和精度，還降低了測繪成本和安全風(fēng)險。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，一種基于航空測繪技術(shù)的地形測繪方法，所述方法包括：

4、根據(jù)無人機(jī)的飛行路線，無線電波測距設(shè)備向目標(biāo)區(qū)域發(fā)射信號；

5、接收從目標(biāo)地形區(qū)域反射回來的反射信號，計算反射信號與發(fā)射信號之間的時間差；

6、將時間差轉(zhuǎn)換為距離的觀測值，根據(jù)觀測值，更新當(dāng)前時刻的狀態(tài)估計值，狀態(tài)估計值是無人機(jī)與目標(biāo)區(qū)域之間的估計距離，不斷重復(fù)步驟，以捕獲整個目標(biāo)區(qū)域的無線電波測距數(shù)據(jù)；

7、將無線電波測距數(shù)據(jù)通過加密算法實時傳輸至地面處理系統(tǒng)；

8、地面處理系統(tǒng)對無線電波測距數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以得到預(yù)處理后的無線電波測距數(shù)據(jù)；

9、根據(jù)預(yù)處理后的無線電波測距數(shù)據(jù)，以及無人機(jī)的飛行軌跡和姿態(tài)信息，進(jìn)行三維空間定位解算，生成目標(biāo)區(qū)域的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)；

10、根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建網(wǎng)格模型，并進(jìn)行平滑處理和紋理映射，以生成三維地形模型。

11、進(jìn)一步的，根據(jù)無人機(jī)的飛行路線，無線電波測距設(shè)備向目標(biāo)區(qū)域發(fā)射信號，包括：

12、根據(jù)無人機(jī)的飛行路線，定義螞蟻個體，其中，每個螞蟻代表一個無線電波測距設(shè)備的信號發(fā)射策略，信號發(fā)射策略包括發(fā)射方向、發(fā)射強(qiáng)度和發(fā)射時間；

13、根據(jù)螞蟻個體，確定用于表示不同發(fā)射策略優(yōu)劣的信息素濃度；

14、根據(jù)信息素濃度，構(gòu)建解空間，解空間由無人機(jī)飛行路線上的所有可能發(fā)射點組成，每個點都可能是螞蟻選擇發(fā)射信號的當(dāng)前位置；

15、每只螞蟻根據(jù)當(dāng)前位置和解空間中的信息素濃度，按照一定的概率選擇下一個發(fā)射點；每當(dāng)螞蟻選擇一個發(fā)射點后，根據(jù)發(fā)射點的優(yōu)劣更新該發(fā)射點上的信息素濃度；

16、當(dāng)所有螞蟻完成一輪發(fā)射點的選擇后，評估每只螞蟻所代表的發(fā)射策略的性能，以得到評估結(jié)果；

17、根據(jù)評估結(jié)果，調(diào)整信息素的更新規(guī)則，重復(fù)進(jìn)行螞蟻路徑選擇和評估優(yōu)化階段，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)，以得到最終的無線電波測距設(shè)備發(fā)射策略，無線電波測距設(shè)備發(fā)射策略包括最終的發(fā)射點序列、發(fā)射強(qiáng)度和發(fā)射時間；

18、根據(jù)最終的無線電波測距設(shè)備發(fā)射策略，無線電波測距設(shè)備向目標(biāo)區(qū)域發(fā)射信號。

19、進(jìn)一步的，接收從目標(biāo)地形區(qū)域反射回來的反射信號，計算反射信號與發(fā)射信號之間的時間差，包括：

20、在發(fā)射信號后，無線電波測距設(shè)備捕獲反射信號；

21、初始化梯度下降參數(shù)，計算接收到的反射信號與發(fā)射信號之間的預(yù)估差；

22、定義一個用于衡量預(yù)估差準(zhǔn)確性的損失函數(shù)；

23、根據(jù)損失函數(shù)的梯度信息，調(diào)整預(yù)估差，重復(fù)此過程，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)，以得到最終的時間差。

24、進(jìn)一步的，將無線電波測距數(shù)據(jù)通過加密算法實時傳輸至地面處理系統(tǒng)，包括：

25、根據(jù)對稱加密算法，生成一個初始的加密密鑰；

26、對所述初始的加密密鑰進(jìn)行優(yōu)化，以得到優(yōu)化密鑰；

27、將無線電波測距數(shù)據(jù)使用優(yōu)化密鑰進(jìn)行加密，以得到加密后的測距數(shù)據(jù)；

28、將加密后的測距數(shù)據(jù)封裝成傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式，以得到封裝好的數(shù)據(jù)包；

29、將封裝好的數(shù)據(jù)包發(fā)送至地面處理系統(tǒng)。

30、進(jìn)一步的，對所述初始的加密密鑰進(jìn)行優(yōu)化，以得到優(yōu)化密鑰，包括：

31、根據(jù)對稱加密算法，確定密鑰的長度；

32、隨機(jī)生成一組初始密鑰作為初始種群，每個密鑰代表一個個體；

33、定義用于評估每個密鑰優(yōu)劣的適應(yīng)度函數(shù)；

34、根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)，對每個初始密鑰計算其適應(yīng)度值；

35、根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)值，確定種群中的個體進(jìn)入交叉操作，以產(chǎn)生新的密鑰；

36、對新的密鑰進(jìn)行變異操作，迭代優(yōu)化，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)，以得到優(yōu)化密鑰。

37、進(jìn)一步的，根據(jù)預(yù)處理后的無線電波測距數(shù)據(jù)，以及無人機(jī)的飛行軌跡和姿態(tài)信息，進(jìn)行三維空間定位解算，生成目標(biāo)區(qū)域的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)，包括：

38、將無人機(jī)的飛行軌跡和姿態(tài)信息從無人機(jī)自身的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系；

39、根據(jù)無人機(jī)的姿態(tài)和位置信息，將無線電波測距數(shù)據(jù)從無人機(jī)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系；

40、對于每個測距數(shù)據(jù)點，根據(jù)其在全局坐標(biāo)系中的位置和測距值，建立與目標(biāo)點之間的測距方程；

41、求解測距方程，以確定目標(biāo)點在全局坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)；

42、將所有解算出的目標(biāo)點位置組合起來，形成目標(biāo)區(qū)域的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)。

43、進(jìn)一步的，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建網(wǎng)格模型，并進(jìn)行平滑處理和紋理映射，以生成三維地形模型，包括：

44、讀取目標(biāo)區(qū)域的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)，對于三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)中的每個點，計算每個點與其鄰近點之間的距離，并進(jìn)行篩選，以得到濾波后的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)集；

45、通過三角剖分，將濾波后的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換為一個由三個頂點確定的三角網(wǎng)格；

46、對于三角網(wǎng)格中的每個頂點，找出與其直接相連的鄰接頂點，對于每個頂點，計算其所有鄰接頂點的平均位置；

47、將頂點向其鄰接頂點的平均位置移動一段距離，重復(fù)頂點位置調(diào)整過程，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)，以得到優(yōu)化后的三角網(wǎng)格；

48、獲取目標(biāo)區(qū)域的二維紋理圖像，對二維紋理圖像進(jìn)行預(yù)處理，以得到預(yù)處理后的紋理圖像；

49、對于三角網(wǎng)格中的每個三角形，根據(jù)其頂點在紋理圖像上的對應(yīng)位置，計算三角網(wǎng)格的紋理坐標(biāo)；

50、使用紋理坐標(biāo)，將預(yù)處理后的紋理圖像映射到三角網(wǎng)格上，為每個三角網(wǎng)格賦予相應(yīng)的紋理信息，以得到映射的紋理信息；

51、根據(jù)優(yōu)化后的三角網(wǎng)格和映射的紋理信息，生成最終的三維地形模型。

52、第二方面，一種基于航空測繪技術(shù)的地形測繪系統(tǒng)，包括：

53、發(fā)射模塊，用于根據(jù)無人機(jī)的飛行路線，無線電波測距設(shè)備向目標(biāo)區(qū)域發(fā)射信號；

54、接收模塊，用于接收從目標(biāo)地形區(qū)域反射回來的反射信號，計算反射信號與發(fā)射信號之間的時間差；

55、處理模塊，用于將時間差轉(zhuǎn)換為距離的觀測值，根據(jù)觀測值，更新當(dāng)前時刻的狀態(tài)估計值，狀態(tài)估計值是無人機(jī)與目標(biāo)區(qū)域之間的估計距離，不斷重復(fù)步驟，以捕獲整個目標(biāo)區(qū)域的無線電波測距數(shù)據(jù)；

56、傳輸模塊，用于將無線電波測距數(shù)據(jù)通過加密算法實時傳輸至地面處理系統(tǒng)；

57、預(yù)處理模塊，用于地面處理系統(tǒng)對無線電波測距數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以得到預(yù)處理后的無線電波測距數(shù)據(jù)；

58、計算模塊，用于根據(jù)預(yù)處理后的無線電波測距數(shù)據(jù)，以及無人機(jī)的飛行軌跡和姿態(tài)信息，進(jìn)行三維空間定位解算，生成目標(biāo)區(qū)域的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)；

59、構(gòu)建模塊，用于根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建網(wǎng)格模型，并進(jìn)行平滑處理和紋理映射，以生成三維地形模型。

60、第三方面，一種計算設(shè)備，包括：

61、一個或多個處理器；

62、存儲裝置，用于存儲一個或多個程序，當(dāng)所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行，使得所述一個或多個處理器實現(xiàn)所述的方法。

63、第四方面，一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中存儲有程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的方法。

64、本發(fā)明的上述方案至少包括以下有益效果。

65、通過精確控制無人機(jī)的飛行路線，可以確保對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行全面且高效的測繪。通過接收反射信號并計算時間差，可以精確測量出無人機(jī)與目標(biāo)地形區(qū)域之間的距離，這種方法具有高精度和快速響應(yīng)的特點，有助于提高地形測繪的準(zhǔn)確性和效率。將時間差轉(zhuǎn)換為距離觀測值，可以直觀地反映無人機(jī)與目標(biāo)區(qū)域之間的實際距離。通過不斷更新狀態(tài)估計值，可以實時跟蹤無人機(jī)的位置和目標(biāo)區(qū)域的變化，確保測繪數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性。

66、通過不斷重復(fù)測量過程，可以全面覆蓋目標(biāo)區(qū)域，確保獲取到完整且連續(xù)的地形數(shù)據(jù)。采用加密算法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性和完整性。實時傳輸功能則保證了地面處理系統(tǒng)能夠及時接收到最新的測繪數(shù)據(jù)，提高處理效率。

67、預(yù)處理步驟可以去除原始數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值，提高數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。結(jié)合無人機(jī)的飛行軌跡和姿態(tài)信息，可以對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的三維空間定位解算。

68、通過構(gòu)建網(wǎng)格模型并進(jìn)行平滑處理和紋理映射，可以生成逼真的三維地形模型。這種模型不僅具有高度的真實感和可視化效果，還有助于更好地理解和分析目標(biāo)區(qū)域的地形特征。