应用于农业植保领域的无人机测绘技术研究

论文摘要

近年来我国农村劳动力不断流失,农业生产成本持续提高。以降低植保成本,提高作业效率为目标,有自主作业能力的植保无人机得到了广泛应用。目前植保无人机的主要作业对象为平原地区的大田作物,作业方案比较成熟。然而我国平原地形仅占国土总面积的12%,在其余较为复杂的地形中,还存在多种可以利用植保无人机进行自主植保作业的农作物,植保无人机的应用空间还十分广阔。然而想实现植保无人机在这些复杂地形下的自主作业,需要结合大量的地形及其它地物的高程数据,规划植保作业航线。为此,需要一种能快速获取地面信息,并提取地表高程数据的方法。基于无人机测绘技术的地形三维模型重建技术恰好能够实现地表高程信息的快速采集和处理。因此,研究基于无人机测绘技术的地形三维模型重建技术对农业植保领域中的植保无人机自主作业有重要的意义。本文的主要研究内容包括:(1)针对植保无人机难以在复杂地形自主作业的问题,提出了一种基于无人机测绘技术的复杂地形植保无人机自主作业解决方案。该方案通过获取地面正摄影像,生成地形三维模型,提取其中的高度信息,结合植保无人机航线规划算法,生成带有高度变化的植保作业航线,使无人机植保作业能够适应复杂的地形。(2)研究了植保无人机自主作业解决方案的关键算法。实现了航拍无人机航线规划,影像畸变矫正,影像三维重建,三维模型校正等软件功能,并能够在提取地面高程信息的基础上规划复杂地形的植保无人机自主作业航线。(3)完成了植保无人机自主作业解决方案的软硬件设计。选择大疆无人机作为地面影像获取工具,借助Agisoft PhotoScan、ArcGIS等软件实现了地形三维模型的生产和处理。(4)提出了一种地形三维模型校正算法,用于校正模型的整体畸变。(5)在生成的高精度的复杂地形三维模型的基础上,设计了植保无人机茶园实地作业实验,成功实现了植保无人机在复杂地形中的自主作业。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究工作的背景
•   1.2 无人机测绘技术研究意义
•   1.3 无人机测绘技术国内外现状
•   1.4 本文的主要工作和创新
•   1.5 本文的结构安排
• 第2章 地形三维模型重建技术关键算法研究
•   2.1 复杂地形中植保无人机自主作业方案
•   2.2 影像获取及重建前处理
•     2.2.1 航拍航线规划算法
•     2.2.2 相机标定算法
•   2.3 影像三维重建技术关键算法
•     2.3.1 航拍影像特征点提取算法
•     2.3.2 三维点云配准算法
•     2.3.3 立体匹配算法
•   2.4 三维模型校正算法
•     2.4.1 校正算法总体方案
•     2.4.2 参照物设计
•     2.4.3 拟合曲面解析
•     2.4.4 空间坐标变换
•     2.4.5 地形三维模型精度评价
•   2.5 基于地形三维模型的植保无人机航线规划算法
•   2.6 本章小结
• 第3章 无人机测绘硬件系统设计
•   3.1 无人机测绘硬件系统总体设计
•   3.2 多旋翼无人机系统
•     3.2.1 大疆MARRICE 600 PRO飞行平台
•     3.2.2 大疆PHANTOM 3 STANDARD小型航拍无人机
•   3.3 影像获取系统
•     3.3.1 ZENMUSE X5云台相机
•     3.3.2 Phantom 3 Standard云台相机
•   3.4 RTK实时动态定位系统
•   3.5 本章小结
• 第4章 无人机测绘软件功能设计
•   4.1 软件总体功能设计
•   4.2 地面控制软件设计
•     4.2.1 航拍无人机及相机控制软件设计
•     4.2.2 航拍无人机航线规划软件设计
•   4.3 影像三维重建软件
•   4.4 三维模型处理软件
•     4.4.1 三维模型校正
•     4.4.2 格式转化
•     4.4.3 地图服务发布和数据入库
•   4.5 植保无人机航线规划软件设计
•   4.6 本章小结
• 第5章 实验设计与结果分析
•   5.1 航拍无人机测绘航线精度实验
•   5.2 不同因素对地形三维模型精度的影响实验
•     5.2.1 影像地面分辨率和模型分辨率的关系实验
•     5.2.2 影像重叠度对模型精度影响实验
•     5.2.3 多角度航拍与垂直航拍效果比较实验
•   5.3 地形三维模型校正算法效果验证实验
•     5.3.1 植保无人机自主作业对地形三维模型精度要求
•     5.3.2 三维模型校正算法验证实验设计
•     5.3.3 影像处理
•     5.3.4 数据处理
•     5.3.5 试验分析
•   5.4 茶园实地实验
•     5.4.1 茶园三维模型重建实验及模型误差分析
•     5.4.2 植保无人机茶园作业试验
•   5.5 本章小结
• 第6章 全文总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 后续工作与展望
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邵振程

导师: 吴开华

关键词: 植保无人机,无人机测绘,三维重建,三维模型校正,航线规划

来源: 杭州电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业工程

单位: 杭州电子科技大学

分类号: P23;S252

总页数: 84

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