一种基于无人机测绘的海岛数据补充方法及系统与流程

本发明涉及大数据分析，具体涉及一种基于无人机测绘的海岛数据补充方法及系统。

背景技术：

1、随着海洋经济的发展和海岛旅游业的兴起，对海岛数据的全面性和准确性要求也越来越高，海岛地理位置特殊，传统的测绘手段往往难以全面、高效地获取相关数据，无人机测绘技术具备高机动性、高分辨率和低成本的优势，通过无人机搭载的高分辨率摄像设备，可以实现对海岛地形、植被、水域等要素的精确测绘，为海岛的资源管理和规划提供重要依据，采用无人机测绘不仅可以快速获取海岛的地形地貌数据，还可以对海岛的生态环境、建设规划等方面进行监测和评估，为海岛的可持续发展提供有力支持。

2、现有技术中，采用无人机测绘对海岛的地形数据进行补充时，由于海岛地形复杂多变，无人机测绘数据量大，会导致无人机测绘数据的精度受到影响，而由无人机补充的海岛测绘数据缺乏有效的精度评估措施，致使偏差度较大的测绘影像补入海岛的整体地形数据中，影响海岛地形地貌数据的实际应用效果，因此，如何对偏差度较大的测绘数据进行评估划分，是我们需要解决的问题，为此，现提出一种基于无人机测绘的海岛数据补充方法及系统。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于无人机测绘的海岛数据补充方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、第一方面，一种基于无人机测绘的海岛数据补充方法，包括以下步骤：

4、步骤1，布设海岛地面控制点，并制定无人机飞行计划，对海岛的地形地貌进行数据采集，获取原始测绘数据；

5、步骤2，对原始测绘数据进行预处理，并从预处理的测绘数据中提取海岛地形特征、高程信息的特征数据；

6、步骤3，结合地面控制点和卫星遥感数据获取控制点坐标，与无人机测绘数据的坐标进行交叉验证，比较控制点坐标与无人机测绘数据的坐标，分析偏差比值，获取偏差评估系数，对无人机测绘数据进行精度评估；

7、步骤4，基于无人机测绘数据的精度评估结果，划分偏差等级，并根据偏差评估系数分析不同偏差等级所属的偏差测绘点，以不同颜色进行标注；

8、步骤5，根据偏差测绘点的划分结果，制定数据修正或重测策略，修正或重测后进行二次精度评估，并根据精度评估结果，输出海岛数据补充报告。

9、本发明技术方案的进一步改进在于：所述原始测绘数据的获取过程为，

10、步骤101，根据海岛的地形特征、测绘需求以及无人机的飞行能力，在海岛上布设gps定位设备作为地面控制点，使地面控制点覆盖整个测绘区域，并记录每个地面控制点的准确坐标，其中，地形特征明显区域、关键地理位置、地形转折点均需布设地面控制点，并在地面控制点设置旗帜作为标志，对每个地面控制点进行标记，记录其编号、坐标和海拔高度信息，以便后续数据处理和校正，地形特征明显区域包括山峰、山谷、鞍部、陡崖，有助于无人机进行精确的识别和定位，关键地理位置包括港口、码头、机场，有助于海岛的整体规划和资源管理，地形转折点为海岛地形发生明显转折或变化的位置，包括河流、沟谷、岬角，放置控制点捕捉地形变化的细节，需要说明的是，地面控制点的布设及无人机测绘需获取相关许可；

11、步骤102，根据测绘需求和海岛的地形特征，确定无人机的飞行区域和航线，并设定无人机的飞行高度、速度、航向参数，对无人机和无人机搭载的数据采集设备进行校准检查，审核飞行计划，实施无人机飞行任务，采集海岛数据，其中，无人机搭载的数据采集设备包括高清相机、激光雷达；

12、步骤103，海岛数据采集完成，下载无人机采集的数据，获取原始测绘数据。

13、本发明技术方案的进一步改进在于：所述特征数据的提取过程为，

14、步骤201，对原始测绘数据进行预处理，进行数据去噪及数据校正，并进行数据投影与坐标转换，将数据从原始坐标系转换到统一的坐标系中，便于后续分析和处理，其中，数据校正包括大气校正和几何校正，以提高数据的准确性和可信度；

15、步骤202，使用边缘检测算法识别地形特征的边缘，通过特征提取算法从边缘检测结果中提取出地形特征点或线段，并利用插值算法从原始测绘数据中生成数字高程模型；

16、步骤203，利用特征描述算法对提取的地形特征进行描述，生成特征向量，并从数字高程模型中提取海岛各个位置的高程值。

17、本发明技术方案的进一步改进在于：所述无人机测绘数据精度评估的过程为，

18、步骤301，通过布设的地面控制点和卫星遥感数据获取控制点的坐标；

19、步骤302，对无人机测绘的地形数据进行处理，获取相应的测绘点坐标；

20、步骤303，进行坐标对齐，将地面控制点坐标与无人机测绘数据的坐标转换到同一坐标系下，确保两者可以进行直接比较，并进行坐标匹配，对于每一个地面控制点，在无人机测绘数据中寻找对应的点，提取其坐标；

21、步骤304，将地面控制点坐标与无人机测绘数据的坐标进行交叉验证，计算控制点与对应测绘点之间的水平距离偏差，并计算水平偏差比值和垂直偏差比值；

22、步骤305，根据水平距离偏差、水平偏差比值和垂直偏差比值获取偏差评估系数，根据偏差评估系数对无人机测绘数据进行精度评估。

23、本发明技术方案的进一步改进在于：所述控制点坐标为(xc，yc，zc)，所述测绘点坐标为(xd，yd，zd)；

24、所述水平距离偏差表示无人机测绘数据中某点与地面控制点之间的水平距离差，则水平距离偏差的计算公式为：

25、

26、所述水平偏差比值表示水平距离偏差与地面控制点到无人机测绘数据点之间的实际水平距离的比值，则水平偏差比值的计算公式为：

27、

28、其中，rh表示水平偏差比值，δs表示水平距离偏差，sa表示实际水平距离；

29、所述垂直偏差比值表示无人机测绘数据中某点的高程与地面控制点高程之间的偏差与实际高程的比值，则垂直偏差比值的计算公式为：

30、

31、其中，rv表示垂直偏差比值，zc表示地面控制点的高程，zd表示无人机测绘数据点的高程。

32、本发明技术方案的进一步改进在于：所述偏差评估系数基于水平距离偏差、水平偏差比值和垂直偏差比值获取，则所述偏差评估系数的计算公式为：

33、

34、其中，k表示偏差评估系数，δs表示水平距离偏差，rh表示水平偏差比值，max(sa)表示测绘的实际水平距离最大值，rv表示垂直偏差比值，max(|zc|，|zd|)表示测绘的高程绝对值的最大值。

35、本发明技术方案的进一步改进在于：所述无人机测绘数据测绘点的标注过程为，

36、步骤401，设定阈值范围，并根据偏差评估系数及精度评估结果，划分四个偏差等级，其中四个偏差等级分别为，一级偏差等级、二级偏差等级、三级偏差等级以及四级偏差等级；

37、步骤402，根据设定的阈值，将测绘数据的偏差评估系数划分并对应不同的偏差等级，为不同的偏差等级分配不同的颜色，其中，一级偏差等级使用绿色表示，二级偏差等级使用黄色表示，三级偏差等级使用橙色表示，四级偏差等级使用红色表示；

38、步骤403，根据偏差等级的划分和颜色的对应关系，对无人机测绘数据中的测绘点进行标注。

39、本发明技术方案的进一步改进在于：多个所述偏差等级对应多个所述偏差阈值，其中，所述偏差阈值包括上限阈值和下限阈值；

40、多个所述偏差等级与多个所述偏差阈值满足如下关系：

41、一级偏差等级k≤kej，表示测绘数据精度非常高，几乎无偏差，无人机和传感器状态良好；

42、二级偏差等级kej<k≤ktj，表示测绘数据精度较高，有较小偏差，但不影响整体使用；

43、三级偏差等级ktj<k≤kfj，表示测绘数据存在一定偏差；

44、四级偏差等级k>kfj，表示测绘数据偏差大，需要立即采取措施进行修正；

45、其中，k表示偏差评估系数，ktj表示二级偏差等级对应的上限阈值，kfj表示三级偏差等级对应的上限阈值，kfj表示四级偏差等级对应的下限阈值。

46、本发明技术方案的进一步改进在于：所述海岛数据补充报告的输出过程为，

47、步骤501，根据偏差评估结果，对偏差测绘点进行分析，获取偏差产生的原因，并根据偏差的原因和程度，对测绘点进行分类处理，确定修正或重测的位置，偏差产生的原因包括无人机飞行状态不佳、传感器误差、地形复杂度，对于由传感器误差或飞行状态不佳导致的较小偏差，通过数据修正来消除；对于由于地形复杂度或遮挡导致的较大偏差，需进行重测，对于需要重测的测绘点，制定详细的重测计划，确定重测的时间、地点；

48、步骤502，根据确定的修正方法，对需要修正的测绘点进行数据修正，确保修正后的数据更加准确可靠，按照制定的重测计划，对需要重测的测绘点进行重测；

49、步骤503，将修正后的数据和重测得到的数据进行整合，形成新的数据集，采用偏差评估系数对新数据集进行二次精度评估，计算新的偏差评估系数，并比较与前一次评估结果的差异；

50、步骤504，根据二次精度评估的结果，撰写并输出海岛数据补充报告，报告内容包括原始数据的偏差评估结果、修正或重测的策略和执行情况、二次精度评估的结果以及修正或重测后的数据质量评估。

51、第二方面，一种基于无人机测绘的海岛数据补充系统，用于实现基于无人机测绘的海岛数据补充方法，包括数据管理中心，所述数据管理中心通信连接有数据获取模块、精度评估模块、数据修正与重测模块以及二次精度评估模块，其中，各模块间通信连接；

52、所述数据获取模块：用于无人机的操控和海岛测绘数据的采集，获取无人机的原始测绘数据，并对原始数据进行预处理，使其适应后续分析的需要；将处理后的测绘数据传输至精度评估模块进行进一步分析；

53、所述精度评估模块：用于接收数据获取模块传输的预处理的测绘数据，计算水平距离偏差、水平偏差比值、垂直偏差比值以及偏差评估系数，评估偏差等级；将评估结果传输至数据修正与重测模块，作为修正和重测的依据；

54、所述数据修正与重测模块：用于根据精度评估模块传输的评估结果，对测绘数据进行修正或制定重测计划；将修正的数据传输至精度评估模块，进行二次精度评估，将重测计划或重测后的数据传输给数据获取模块，重新进行数据采集；

55、所述二次精度评估模块：用于对修正后或重测后的数据进行二次精度评估，验证修正或重测的效果，确保修正或重测后的数据达到预期的精度要求，为最终数据的使用和分析提供可靠的基础，并根据二次评估结果，编写海岛数据补充报告，将海岛数据补充报告输出给用户，以供决策或进一步分析使用。

56、由于采用了上述技术方案，本发明相对现有技术来说，取得的技术进步是：

57、1、本发明提供一种基于无人机测绘的海岛数据补充方法及系统，通过采用无人机测绘技术，结合精度评估模块，显著提高海岛测绘数据的精度，同时无人机能够灵活、快速地覆盖海岛各个角落，获取高分辨率的影像数据，有效解决了传统测绘手段难以到达的偏远海岛区域的测绘问题，利用精度评估模块对测绘数据进行实时分析，确定不同区域的偏差等级，为数据修正和重测提供了重要依据。

58、2、本发明提供一种基于无人机测绘的海岛数据补充方法及系统，通过修正和重测，进一步消除偏差，提高数据的准确性，并利用二次精度评估模块对修正后或重测后的数据进行精度评估，通过将评估结果以报告形式展示，提高了对数据精度的直观理解和分析，使得用户能够更加全面地了解数据质量，有针对性地进行数据应用和决策。

59、3、本发明提供一种基于无人机测绘的海岛数据补充方法及系统，通过精度评估模块和数据修正与重测模块，评估数据质量确定偏差测绘点，并进行修正或重测，提高了重测任务的效率和精度，减少了重复工作，同时降低了重测成本，为数据更新和维护提供了有效手段。