一種多角度無(wú)人航測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航拍技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多角度無(wú)人航測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]1998年I月，美國(guó)從其自身的利益和全球政治、經(jīng)濟(jì)、軍事戰(zhàn)略目標(biāo)出發(fā)，提出了“數(shù)字地球”的概念，國(guó)內(nèi)已有100多個(gè)城市開(kāi)展了“數(shù)字城市”的建設(shè)工作。數(shù)字城市三維建模作為數(shù)字城市建設(shè)重要組成部分也得到了快速發(fā)展，目前絕大部分建設(shè)數(shù)字城市的地區(qū)均進(jìn)行了大量三維建模工作，但是三維建模工作成本高，速度慢，耗費(fèi)大量人力和物力。近年來(lái)，國(guó)際地理信息領(lǐng)域?qū)鹘y(tǒng)航空攝影技術(shù)和數(shù)字地面采集技術(shù)結(jié)合起來(lái)，發(fā)展了一種稱為機(jī)載多角度傾斜攝影的高新技術(shù)，簡(jiǎn)稱傾斜攝影技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)或多種傳感器，同時(shí)從多個(gè)角度采集地面影像，從而克服了傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)只能從垂直角度進(jìn)行拍攝的局限性，能夠更加真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況，彌補(bǔ)了正射影像的不足，通過(guò)整合POS，DSM及矢量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于影像密集匹配的三維建模技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外有多種多鏡頭傾向相機(jī)產(chǎn)品，包括有徠卡公司的ADS40、ADS80三線陣數(shù)碼相機(jī)、美國(guó)Pictometry公司多角度相機(jī)、Trimble公司的3個(gè)相機(jī)組成的航空傾斜攝影系統(tǒng)以及國(guó)內(nèi)的劉先林院士的SWDC-5相機(jī)、上海航遙公司AMC580相機(jī)、中測(cè)新圖公司的TOPDC - 5傾斜相機(jī)，以上相機(jī)大部分采用量測(cè)數(shù)碼相機(jī)，載荷大，只能安裝在大飛機(jī)上，在進(jìn)行實(shí)際三維建模生產(chǎn)時(shí)，需要申請(qǐng)空域，成本高，周期長(zhǎng)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)實(shí)地拍照建立三維模型，三維建模工作成本高，速度慢，需要耗費(fèi)大量人力和物力，傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)只能從垂直角度進(jìn)行拍攝，不能真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況，正射影像不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種多角度無(wú)人航測(cè)系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)實(shí)地拍照建立三維模型，三維建模工作成本高，速度慢，需要耗費(fèi)大量人力和物力，傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)只能從垂直角度進(jìn)行拍攝，不能真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況，正射影像不足的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種多角度無(wú)人航測(cè)系統(tǒng)，所述多角度無(wú)人航測(cè)系統(tǒng)設(shè)置有六旋翼無(wú)人機(jī)，所述六旋翼無(wú)人機(jī)上面搭載由五個(gè)鏡頭組成的多視角傾斜相機(jī)；
所述多視角傾斜相機(jī)包括:攝影單元、控制單元和掛載單元；
攝影單元，用于獲取大視場(chǎng)角的影像數(shù)據(jù)；
掛載單元，與所述攝影單元連接，用于為多視角傾斜相機(jī)與無(wú)人機(jī)連接提供穩(wěn)定支撐，減少無(wú)人機(jī)廣生的尚頻振動(dòng)；
控制單元，與所述掛載單元連接，用于實(shí)現(xiàn)攝像數(shù)據(jù)的分析和存儲(chǔ)；
所述六旋翼無(wú)人機(jī)的包括:無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、遙感攝影系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)、信號(hào)傳輸系統(tǒng)；
所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)系統(tǒng)，由六個(gè)螺旋槳組成，通過(guò)調(diào)節(jié)六個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置；
所述GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，利用GPS / INS組合導(dǎo)航，測(cè)定出無(wú)人機(jī)中心點(diǎn)位置坐標(biāo)，配合飛控系統(tǒng)，讓無(wú)人按照規(guī)劃航線進(jìn)行飛行，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)控制；
所述無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，用于完成無(wú)人機(jī)的內(nèi)外回路航跡控制、無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航、制導(dǎo)、飛行任務(wù)管理、任務(wù)載貨管理與控制，對(duì)無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)全權(quán)限控制與管理；
所述遙感攝影系統(tǒng)，通過(guò)遙控控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)或者攝像機(jī)快門自動(dòng)控制，讓相機(jī)或者攝像機(jī)按照一定速率進(jìn)行拍攝；
所述地面控制系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)測(cè)向設(shè)備、制導(dǎo)計(jì)算機(jī)、無(wú)線電信號(hào)發(fā)射機(jī)和遙控接收機(jī)、飛行控制計(jì)算機(jī)、自動(dòng)駕駛儀、舵機(jī)系統(tǒng)，由無(wú)人機(jī)發(fā)射信號(hào)作為輻射源，地面站使用無(wú)線電測(cè)向設(shè)備測(cè)得無(wú)人機(jī)姿態(tài)，采用無(wú)線電應(yīng)答方式，測(cè)得無(wú)人機(jī)距離，利用高度傳感器和遙測(cè)信道測(cè)得無(wú)人機(jī)高度，從無(wú)人機(jī)的姿態(tài)、距離和高度確定無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)。
[0006]所述信號(hào)傳輸系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)所述地面控制系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)之間的通訊。
[0007]進(jìn)一步，所述多視角傾斜相機(jī)的攝影單元包括主體機(jī)構(gòu)、一個(gè)垂視的相機(jī)和四個(gè)傾斜的相機(jī)；
所述相機(jī)由小型CCD成像裝置和高像質(zhì)定焦鏡頭組成，所述相機(jī)用于同步獲取大視場(chǎng)角的影像數(shù)據(jù)，拼接成用于常規(guī)攝影量測(cè)的寬幅影像，進(jìn)行真三維模型的建立。
[0008]進(jìn)一步，所述控制單元包括:觸發(fā)模塊、通訊模塊、存儲(chǔ)模塊和供電模塊；
所述觸發(fā)模塊、通訊模塊、存儲(chǔ)模塊通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器DSP為核心的單片機(jī)進(jìn)行相連和整體控制，所述供電模塊通過(guò)交流和直流電源轉(zhuǎn)換裝置負(fù)責(zé)給觸發(fā)模塊、通訊模塊、存儲(chǔ)模塊提供電源；
觸發(fā)模塊，用于接收外部觸發(fā)信號(hào)，同步觸發(fā)一個(gè)垂視的相機(jī)和四個(gè)傾斜的相機(jī)曝光并向外部設(shè)備反饋觸發(fā)信號(hào)；
通訊模塊，用于相機(jī)模設(shè)置、相機(jī)飛行前后的測(cè)試與調(diào)校；
存儲(chǔ)模塊，用于拍攝影像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；
供電模塊，由自帶電源、直流電源轉(zhuǎn)換器、相機(jī)供電器組成，當(dāng)掛載平臺(tái)提供電源時(shí)，通過(guò)直流電源轉(zhuǎn)換器將外接電流進(jìn)行濾波穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換后通過(guò)供電器給相機(jī)供電，當(dāng)沒(méi)有外接電源時(shí)，使用自帶電源供電。
[0009]進(jìn)一步，所述飛行控制系統(tǒng)包括:
主控模塊，用于完成無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的飛行控制和務(wù)管理功能，內(nèi)部具有3個(gè)CAN 10總線控制器，24根地址總線和32根數(shù)據(jù)總線以及多數(shù)外圍設(shè)備引腳作為通用的I/O 端口 ；
傳感器和舵機(jī)模塊，通過(guò)CAN總線與主控模塊連接，采用外部16位A/D轉(zhuǎn)換芯片來(lái)采樣模擬信號(hào)，ADIS 16365通過(guò)SPI接口與主控模塊通信，向所述主控制器模塊提供無(wú)人機(jī)的三軸角速率和三軸加速度信號(hào)，采用NovAtel 0EMV-1G GPS傳感器輸出經(jīng)度、瑋度、海拔高度、航跡角、東北天地速信息；
接口模塊，通過(guò)CAN總線與主控模塊連接，用于滿足小型無(wú)人機(jī)復(fù)雜的控制功能以及擴(kuò)展。
[0010]進(jìn)一步，所述接口模塊包括:采集外部模擬量信息的8路A/D接口、控制外部模擬量設(shè)備的8路D/A接口、捕獲接口用于系統(tǒng)仿真的8路PWM、控制無(wú)人機(jī)的I/O 口設(shè)備的8路D1接口、與外部設(shè)備通信的10路RS232/422串口以及進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的2路CAN 接口。
[0011]進(jìn)一步，所述主控模塊包括外時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、調(diào)試接口電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路以及電源電路；
所述外時(shí)鐘電路，用于為主控模塊提供時(shí)鐘信號(hào)；
所述復(fù)位電路，用于保證主控模塊能夠正常復(fù)位；
所述調(diào)試接口電路，用于通過(guò)BDM模式進(jìn)行調(diào)試；
所述存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路為飛行控制提供足夠的存儲(chǔ)空間；
所述電源電路，用于為主控模塊供電，同時(shí)也給舵機(jī)、外設(shè)器件和傳感器供電。
[0012]本發(fā)明提供的多角度無(wú)人航測(cè)系統(tǒng)，搭載5鏡頭傾斜相機(jī)的六旋翼航測(cè)無(wú)人機(jī)通過(guò)在六旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)上搭載多臺(tái)相機(jī)，能夠同時(shí)從多個(gè)角度采集地面影像，從而克服了傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)只能從垂直角度進(jìn)行拍攝的局限性，能夠更加真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況，彌補(bǔ)了正射影像的不足，通過(guò)整合POS，DSM及矢量等數(shù)據(jù)，建立基于影像密集匹配的三維建模技術(shù)，快速高效的建立數(shù)字城市模型，大大降低了三維建模工作成本。通過(guò)該技術(shù)建立的實(shí)景三維模型可廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、建筑景觀設(shè)計(jì)、資源管理、軍事戰(zhàn)場(chǎng)演習(xí)、城鎮(zhèn)管理、三維導(dǎo)航以及城市旅游管理系統(tǒng)、反恐維穩(wěn)、安保警戒、搶險(xiǎn)救災(zāi)等國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)各個(gè)領(lǐng)域。
[0013]此外，本發(fā)明采用的六旋翼航測(cè)無(wú)人機(jī)通過(guò)航空攝影，野外布置像控點(diǎn)和攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)，只需一天時(shí)間即可完成地形圖繪制，減輕了測(cè)量外業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率；采用本發(fā)明通過(guò)在多旋翼無(wú)人機(jī)上飛行平臺(tái)上搭載五鏡頭傾斜相機(jī)，同時(shí)從多個(gè)角度采集地面影像，整合POS，DSM及矢量等數(shù)據(jù)，利用影像密集匹配的三維建模自動(dòng)生成物體密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)自動(dòng)紋理映射，快速創(chuàng)建大規(guī)模三維模型，真實(shí)感強(qiáng)，速度快，降低了項(xiàng)目實(shí)施成本。本發(fā)明采用非量測(cè)相機(jī)，體積輕，通過(guò)相機(jī)檢校仍然可以用于航空攝影測(cè)量，成本低，通過(guò)搭載多旋翼無(wú)人機(jī)，無(wú)需特別場(chǎng)地，垂直起降，無(wú)需申請(qǐng)空域，通過(guò)密集匹配，能夠快速創(chuàng)建大規(guī)模數(shù)字城市三維模型和制作4D測(cè)量產(chǎn)品，在小范圍的航空攝影作業(yè)中，其快速反應(yīng)能力和與傳統(tǒng)航空攝影相比產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的多角度無(wú)人航測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的多視角傾斜相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖中:1、六旋翼無(wú)人機(jī)；1-3-1、主控模塊；1-3-2、傳感器；1-3-3、舵機(jī)模塊；1_3_4、接口模塊；2、多視角傾斜相機(jī)；2-1、主體機(jī)構(gòu)；2-2、傾斜相機(jī)；2-3、垂視相機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明通過(guò)搭載五鏡頭傾斜相機(jī)，能夠獲取地面建筑各個(gè)側(cè)面紋理，通過(guò)基于密集匹配算法自動(dòng)快速創(chuàng)建大規(guī)模數(shù)字城市模型，創(chuàng)建的三維模型真實(shí)，傳統(tǒng)三維建模方法通過(guò)實(shí)地拍照紋理，以3DMAX作為建模手工進(jìn)行建模，同傳統(tǒng)三維建模方法相比，節(jié)省了大量人力和物力，滿足了大規(guī)模數(shù)字城市模型要求。
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的多角度無(wú)人航測(cè)系統(tǒng)主要包括:由5個(gè)鏡頭組成的多視角傾斜相機(jī)2和六旋翼無(wú)人機(jī)I兩部分組成；
六旋翼無(wú)人機(jī)I上面搭載多視角傾斜相機(jī)2。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例的多視角傾斜相機(jī)2主要包括:攝影單元、控制單元及掛載單元三部分組成；
攝影單元，用于獲取大視場(chǎng)角的影像數(shù)據(jù)；
掛載單元，與所述攝影單元連接，用于為多視角傾斜相機(jī)與無(wú)人機(jī)連接提供穩(wěn)定支撐，減少無(wú)人機(jī)廣生的尚頻振動(dòng)；