[发明专利]一种基于无人机的公路绿化工程养护方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于无人机的公路绿化工程养护方法和系统，该方法将无人机应用于公路绿化工程日常管护和检修作业中，无人机具有能够搭载多种传感器、在短时间内获取大范围公路路域高分辨率影像、不受公路路面状况限制、不妨碍公路交通运行的特点。利用无人机搭载多种传感器获取公路路域高分辨率多源航拍影像数据，并结合数字图像处理技术对公路绿化工程植被进行分析，将解决现阶段公路绿化工程监测作业工作量大、人力耗费多、工作安全性能低等难点，同时为公路绿化工程的精准养护作业提供决策支持。

技术领域

本发明涉及公路养护技术领域，特别涉及一种基于无人机的公路绿化工程养护方法和系统。

背景技术

公路建设由于开挖大量土体,改变了原地形地貌和原生态系统的稳定性,造成一系列的环境问题,如水土流失、环境污染、生物多样性降低等；开放交通后,又造成了空气污染和噪声污染。公路绿化的生态功能体现在其能减缓公路建设对生态环境的冲击,如吸尘防噪、净化空气、水土保持、降低路面温度、维持公路沿线生物多样性等,以实现公路建设与环境的协调统一。

随着公路建设的高速发展和路龄的增加，公路绿化工程养护任务日益加重，成本逐年加大。现阶段公路路域绿化项目的大部分维护工作依赖于抽样检查，以工人巡检、车辆排检为主。

现有技术中，以工人巡检、车辆排检为主的方法依赖于养护工人的经验、准确度不高且效率低下。养护工人在巡检和养护作业时，暴露在高危的工作环境中，人身安全无法得到保障。同时，巡检作业也会妨碍公路交通的正常运行。

发明内容

本发明提供一种基于无人机的公路绿化工程养护方法和系统，能够实现对公路绿化工程中植被的自动分割和生长状态的评估，为公路养护提供决策支持。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于无人机的公路绿化工程养护方法和系统，包括以下步骤：

利用无人机平台同时搭载多种影像传感器获取公路路域的多源航拍图像；

基于运动恢复形状和多视角立体视觉技术，根据所述多源航拍图像重建目标公路的三维信息，继而生成数字表面模型和拼接图像；

根据所述数字表面模型，生成冠层高度模型，继而对高度模型进行分割，确定植被的位置和范围，从而得到植被的高度和株距；

根据植被的多源光谱信息分别对所述拼接图像进行分割，得到相应的植被像素区域。

所述多种影像传感器，包括：

可见光相机、多光谱传感器、高光谱传感器和热红外相机。

所述利用无人机平台同时搭载多种影像传感器获取公路路域的多源航拍图像，包括：

在确定目标航拍路段之后，根据目标路段的实际情况，制定航拍计划；

设置飞行高度、飞行速度和相机的拍摄间隔等参数以得到前后、左右相邻图像间合适的重叠度；

在场景内均匀放置多个地面控制点，并记录其准确位置信息；

在场景内放置多个光谱校正板，以便后期校正图像光谱信息；

航拍时段的天气状况为晴朗无风；所述基于运动恢复形状和多视角立体视觉技术，根据所述多源航拍图像重建目标公路的三维信息，继而生成数字表面模型和拼接图像，包括：

对图像进行预处理，在图像上提取特征点并进行匹配，根据相机位置计算并优化校准相机参数，结合地面控制点信息，生成稀疏三维点云和校准后的相机位置；

进行点云稠密化，基于估计的相机位置和稀疏点云，进行点云加密和过滤，生成密集的三维点云；

根据密集点云重建物体表面的三维多边形网格，即数字表面模型；