[0046]I，衛(wèi)星遙感平臺對目標區(qū)域的動態(tài)監(jiān)測與變化面積的提取技術。衛(wèi)星遙感系統(tǒng)獲取的影像本身帶有經瑋度，容易實現(xiàn)目標區(qū)域的快速定位，并且具有傳感器種類多、影像覆蓋區(qū)域大等優(yōu)點。但在應急響應中缺點也比較突出:受天氣影響大、不能及時獲取目標區(qū)域的影像，要等待衛(wèi)星過境，這就嚴重制約了衛(wèi)星遙感在一般應急中的應用。
[0047]2，攝影測量技術比較成熟，在災害應急救援、災害評估損失中發(fā)揮著不可替代的作用。缺點是:獲取的是靜態(tài)相片，不能直觀反映感興趣區(qū)域(目標區(qū)域)的發(fā)展態(tài)勢，大數(shù)據(jù)量的影像數(shù)據(jù)處理需要一定的時間，難以滿足應急需求。
[0048]3，動態(tài)RTK技術很容易實現(xiàn)大區(qū)域的連續(xù)測量，測量精度相對較高，計算所得面積精度也較高，不受天氣影響可全天候觀測等。缺點是:人力成本高，外業(yè)工作量大，同時困難地區(qū)難以到達，不能獲取目標區(qū)域圖像，不能滿足應急監(jiān)測的要求。
[0049]對于上述方法的缺點，本申請?zhí)峁┝酥付▍^(qū)域面積的應急獲取方法。該方法利用了無人機低空遙感系統(tǒng)具有機動靈活、操作簡單等優(yōu)點，無人機攜帶的高清攝相機能夠對目標區(qū)域實時錄像，實時回傳的視頻直觀、可靠。因此，結合航空攝影測量技術和視頻圖像處理技術，可以形成以考慮時效性為主的指定區(qū)域面積的應急獲取方法。
[0050]如圖1所示，本申請所提供的方法包括如下步驟:
[0051]SlOl，查找歷史DEM數(shù)據(jù)，以獲取目標區(qū)域的平均高程值；
[0052]S102，根據(jù)預先獲取的內方位元素和像元大小，計算目標影像上目標區(qū)域所對應的多邊形的各個角點在目標影像上的像點的像點坐標，目標區(qū)域位于目標影像上；
[0053]S103，根據(jù)目標區(qū)域的平均高程值、像點坐標和預先獲取的目標影像的方向余弦，計算每個像點所對應的地面點在地面坐標系中的地面點坐標；
[0054]S104，根據(jù)地面點坐標計算目標區(qū)域的面積。
[0055]其中，步驟S101-S103均是搜集基本數(shù)據(jù)的過程。步驟SlOl是通過查閱歷史數(shù)據(jù)來得到的，步驟S102和步驟S103可以是通過無人機航測技術得到的。并且，步驟S101-S103之間并沒有嚴格的執(zhí)行前后順序，可以是按照S101、S102、S103的順序執(zhí)行，也可以按照S102、S103、S101的順序執(zhí)行，還可以按照S103、S102、S101的順序執(zhí)行。歷史DEM數(shù)據(jù)通常指的是現(xiàn)有的全國性DEM數(shù)據(jù)。目標影像的方向余弦是由外方位元素計算得到的旋轉矩陣中的方向余弦，即目標影像的像空間坐標系和像空間輔助坐標系間夾角的方向余弦。
[0056]通常情況下，目標區(qū)域的平均高程值是通過航測后得到的，但也可以通過已經搜集到的歷史DEM數(shù)據(jù)來獲取，通過歷史DEM數(shù)據(jù)或的平均高程值與臨時測量的偏差不會過大，因此，可以不通過航測的手段來獲得。
[0057]一般情況下，使用無人機的攝像機進行定期檢校的時候所生成的檢校文件是存儲在數(shù)據(jù)庫中的。在應急測繪需求下，可以從無人機的攝像機的檢校文件中提取出內方位元素(f，XQ，yt))和像元大小(Xpixel，Ypixel )。之后利用提取出的內方位元素和像元大小便可以計算出目標影像上指定多邊形的各個角點的像點坐標。其中，需要求取面積的目標區(qū)域是存在在目標影像(全稱為目標高清視頻影像)上的，也就是目標高清視頻影像拍攝到了目標區(qū)域；目標高清視頻影像上指定多邊形也就是目標區(qū)域在目標影像上所呈現(xiàn)的“像”的邊沿所圍成的多邊形，如目標區(qū)域為樓房，則目標高清視頻影像上指定多邊形通常就是樓房頂面的形狀(一般是長方形)；像點坐標就是指指定多邊形的角點在目標影像坐標系中的坐標。
[0058]步驟S103中，目標區(qū)域的平均高程值和像點坐標均已經在步驟SlOl和步驟S102中得到了。為了完成后續(xù)計算，還需要獲得外方位元素和方向余弦值。具體的，外方位元素可以從無人機所攜帶的定姿定位系統(tǒng)中得到，外方位元素包括Xs、Ys、Zs、Φ、ω、Κ。方向余弦的數(shù)值可以通過Φ、ω、κ所計算出的旋轉矩陣來直接獲取到，方向余弦就是該旋轉矩陣中的元素。
[0059]之后，步驟S103便可以使用上述獲取到的數(shù)據(jù)來計算每個像點所對應的地面點在地面坐標系中的地面點坐標。實際上，地面點坐標也就是像點所對應的地面點在物方坐標系中的坐標，地面點即是像點在實際物理空間中的點。
[0060]最后，步驟S104，遍可以使用地面點坐標計算出目標區(qū)域的面積，如目標區(qū)域為長方形，得到的地面點坐標為該長方形的四個頂點，那么使用相應的計算公式就可以計算出該目標區(qū)域的實際面積了。具體的，步驟S104的目標區(qū)域實際面積求取公式為:S = 0.5*Π*(Υ2-Υη)+Χ2*(Υ3-Υ1)+Χ3*(Υ4-Υ2)+...+Xn*(Yl-Yn-1) |。其中Π…Xn為地面點的橫坐標，Υ1...Υη為地面點的縱坐標，η為多邊形角點的個數(shù)。
[0061]由于步驟S103中所得到的每個地面點的坐標是由該區(qū)域的平均高程參與計算獲得的，因此，在執(zhí)行步驟S104的時候，可以充分利用已有的DEM數(shù)據(jù)參與計算。具體而言，很多目標區(qū)域的高程值并不是很接近平均高程的，如山區(qū)、洼地等。因此為了提高求解多邊形面積的準確性，需要使用DEM數(shù)據(jù)進行迭代，直到滿足閾值為止。
[0062]具體的，步驟SlOl，查找歷史DEM數(shù)據(jù)，以獲取目標區(qū)域的平均高程值包括:
[0063]在90米分辨率的數(shù)據(jù)庫中查找歷史DEM數(shù)據(jù)，以獲取目標區(qū)域的平均高程值。
[0064]具體的，步驟S102，根據(jù)預先獲取的內方位元素和像元大小，計算目標影像上目標區(qū)域所對應的多邊形的各個角點在目標影像上的像點的像點坐標包括:
[0065]在無人機攝像機的檢校文件的校驗文件中查找內方位元素和像元大小；
[0066]根據(jù)內方位元素和像元大小，計算目標影像上多邊形的各個角點在目標影像上的像平面坐標系中的像點坐標。
[0067]進一步，本申請所提供的指定區(qū)域面積的應急獲取方法，還包括如下步驟:
[0068]通過無人機攜帶的定姿定位系統(tǒng)獲取目標影像的外方位元素；
[0069]根據(jù)外方位元素計算旋轉矩陣中的方向余弦。
[0070]為了提高本申請所提供的指定區(qū)域面積的應急獲取方法的計算準確度，可以采用校驗的方式來驗證步驟SlOl中所獲得的平均高程值是否足夠精確。也就是該方法還包括如下步驟，如圖2所示:
[0071]S201，在DEM格網上，使用由平均高程求出的地面點坐標，采用雙線性內插法，計算地面點的DEM高程值，并判斷DEM高程值與平均高程值的差值是否小于預設閾值；
[0072]若DEM高程值與平均高程值的差值小于預設閾值，則執(zhí)行步驟根據(jù)地面點坐標計算目標區(qū)域的面積。
[0073]若DEM高程值與平均高程值的差值大于或等于預設閾值，則將DEM高程值再作為平均高程值，并重新執(zhí)行如下步驟，根據(jù)目標區(qū)域的平均高程值、像點坐標和由外方位元素計算得到的旋轉矩陣中的方向余弦，計算每個像點所對應的地面點在地面坐標系中的地面點坐標。
[0074]也就是，根據(jù)DEM高程值與平均高程值的差值是否小于預設閾值來確定直接執(zhí)行步驟S104，還是使用DEM高程值作為平均高程值，并重新執(zhí)行步驟S103。需要說明的是，當DEM高程值與平均高程值的差值大于或等于預設閾值的時候，則使用DEM高程值的數(shù)值替代步驟SlOl中所得到的平均高程值，并再次執(zhí)行步驟S103。當再次執(zhí)行步驟S103之后，則再次執(zhí)行步驟S201，之后比較再次執(zhí)行步驟S201所得到的DEM高程值與前一次執(zhí)行步驟S201所得到的DEM高程值(即再次執(zhí)行步驟S103中所使用的平均高程值)的差值，并比較該差值與預設閾值的大小，如果該差值小于預設閾值，則根據(jù)再次執(zhí)行步驟S103所得到的地面點坐標來執(zhí)行步驟S104，如果該差值大于或等于預設閾值，則要按照上述方式再次執(zhí)行步驟S103，直到計算出的DEM高程值與平均高程值的差值小于預設的閾值為止。具體的，預設閾值可以設為0.01米，也可以按照經驗進行調整。
[0075]步驟S103實際上是利用了共線方程求取地面點坐標，當DEM高程值與平均高程值的差值大于或等于預設閾值時，則需要將使用步驟S201所得出的DEM高程值帶入共線方程中計算新的地面點坐標，并再次執(zhí)行步驟S201，以此循環(huán)迭代的方式執(zhí)行步驟S103和步驟S201，直至步驟S201所得出的DEM高程值與平均高程值的差值小于預設閾值為止。
[0076]具體的，使用共線方程計算地面點坐標的步驟，步驟S103根據(jù)目標區(qū)域的平均高程值、像點坐標和由外方位元素計算得到的旋轉矩陣中的方向余弦，計算每個像點所對應的地面點在地面坐標系中的地面點坐標包括:
[0077]按照如下公式計算地面點坐標:
[0078]X物=Xs+(Z^rZs)*(aix+a2y-a3f)/(cix+c2y-c3f)；
[0079]Y^= Ys+(Z^ipZs)*(bix+b2y~b3f)/(cix+c2y-c3f)；
[0080]其中，X物為地面點在地面坐標系的橫坐標;Y物為地面點在地面坐標系的縱坐標；^丄為目標影像的外方位元素邱上力七二^⑶’為目標影像的像空間坐標系和像空間輔助坐標系間夾角的方向余弦;Zto為平