CN101979961A

CN101979961A - 一种灾情获取系统

Info

Publication number: CN101979961A
Application number: CN 201010175393
Authority: CN
Inventors: 徐志强; 刘明星; 杨建思; 王胜利; 姜旭东; 郭军; 吴忠良; 王军; 田宝峰; 梁建宏; 郑钰; 余永光; 廖力; 李晓宇; 刘莎; 张东宁; 韩炜; 卜淑彦
Original assignee: INSTITUTE OF GEOPHOSICS OF CHINA EARTHQUAKE ADMINISTRATION
Current assignee: INSTITUTE OF GEOPHOSICS OF CHINA EARTHQUAKE ADMINISTRATION
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-02-23

Abstract

本发明涉及一种在灾害发生后能够快速获取灾情的灾情获取系统。通过控制无人机在灾区上空飞行，利用无人机所携带的摄像机、数码相机、前视红外仪等图像采集设备，对灾区的灾情图像进行实时的采集，并实时传送给地面的图像分析装置，图像分析装置对无人机传回的灾情图像进行实时处理，以在最短的时间内获取灾区的灾情图像。本发明打破了如地震等大灾发生后，导致灾区通讯中断，无法及时获取灾区灾情，而延误救灾的不利局面，可以为灾后迅速组织抢险救灾活动以及灾后重建工作提供第一手资料。

Description

一种灾情获取系统

技术领域

本发明涉及地质灾害防治领域，具体的说是一种在灾害发生后能够快速获取灾情的灾情获取系统。

背景技术

在以往历次地震现场中，震后灾情的获取和判别都是要人到灾区的各个角落去调查和收集。而实际上地震后，首要任务是尽快做出救灾的决策，以便指挥调度救援力量。而要准确做出救灾决策，仍然需要快速准确掌握灾情。

2001年11月14日在东昆仑山南缘发生8.1级大地震，震区在世界屋脊青藏高原腹地，平均海拔4000米以上，由于发生地点人迹罕至，这次强烈地震没有造成人员伤亡，但形成了长达430公里的构造形变带。地震发生后虽然也有卫星遥感图像资料，但从图像的清晰度和效果难以准确判别详细受灾情况。在高原无人区和戈壁滩上，震后灾情获取和地质调查全部是科考人员驱车或步行延地震带进行。多路科考队历时数月才得到震区灾害图。

同样2003年新疆巴楚-伽师Ms(面波震级)6.2级地震、2004年内蒙东乌珠穆沁旗Ms6.1级地震，震后灾情获取和判别也都是地震应急队到达地震现场后，由人到灾区的各个角落踏勘和拍摄，调查收集受灾情况最快也要3天后经过汇总得到，使指挥决策部门工作十分被动，因此快速获取灾情对指挥决策尤为重要。

2005年10月8日巴基斯坦Ms7.6级地震造成的上百公里范围巨大的人员伤亡，其重兵驻扎的克什米尔地区，仅部队伤亡就达到数千人，四处的滑坡造成道路中断、河流改道，对于掌握灾情就更加困难。

虽然采用卫星遥感技术可以对地震区情况进行拍摄和分析，但遥感摄影的清晰程度、卫星数据的获取技术与时间限制和实际灾害情况却相差甚远，对于地震救援来说帮助有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种灾情获取系统，当发生地震后可以在很短的时间内获取灾区的灾害信息，以提升应急救援反应速度和综合应急能力。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种灾情获取系统，包括航拍装置、图像分析装置和遥控装置；所述遥控装置通过无线方式向航拍装置发出控制信息；所述航拍装置根据从遥控装置接收到的控制信息采集地面的灾情图像，并将采集的灾情图像传送给图像分析装置；所述图像分析装置对从航拍装置接收到的灾情图像进行分析。

本发明的有益效果是：能够在人员或其它设备不能及时进入或无法进入的地域执行任务，快速准确地为应急救援决策和指挥等方面提供重要的灾情图像信息，增强快速响应能力，大大提升应急救援反应速度和综合应急能力。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述航拍装置包括无人机和设置于无人机上的图像采集设备；所述遥控装置对无人机和图像采集设备进行控制，所述图像采集设备采集灾情图像并通过无线方式传送给图像分析装置。

采用上述进一步方案的有益效果是，不受灾区恶劣地质条件影响，可在大地震造成交通设施破坏，以及复杂的地理环境和极端气候灾害条件下使用。

进一步，所述无人机包括遥控数据接收模块、遥测信息发射模块、自航模块、无人机控制模块和无人机机体；所述无人机控制模块根据遥控数据接收模块从遥控装置接收到的控制信号对无人机机体进行飞行控制；自航模块分别与遥控数据接收模块、遥测信息发射模块和无人机控制模块电连接，所述自航模块接收卫星定位信号并生成导航信息，并根据从遥控数据接收模块接收的控制信息，通过无人机控制模块对无人机机体进行自动飞行控制，并将导航信息通过遥测信息发射模块发送给图像分析装置。

采用上述进一步方案的有益效果是，实现了无人机的远程控制，以及自动导航飞行，使得无人机可在任何天气环境下的安全飞行。

进一步，所述自航模块包括GPS接收模块、导航模块、导航调制解调模块和图像数据叠加模块；所述导航模块分别与GPS接收模块、遥控数据接收模块、图像数据叠加模块、无人机控制模块电连接，并通过导航调制解调模块与遥测信息发射模块电连接；所述图像数据叠加模块分别与图像采集设备和遥测信息发射模块电连接；所述GPS接收模块接收卫星定位信号，并将卫星定位信号传送给与其电连接的导航模块；所述遥控数据接收模块接收遥控装置发送的控制信息，并将控制信息传送给与其电连接的导航模块；所述导航模块根据从GPS接收模块接收到的卫星定位信息生成导航信息，并根据导航信息和从遥控数据接收模块接收到的控制信息，向与其电连接的无人机控制模块发送控制指令，无人机控制模块根据从导航模块接收到的控制指令，对无人机机体进行自动飞行控制；所述导航模块将导航信息经导航调制解调模块传送给遥测信息发射模块，并且导航模块将导航信息直接传送给图像数据叠加模块；遥测信息发射模块将从导航模块接收到的卫星定位信号以无线的方式发送给图像分析装置；图像数据叠加模块将从导航模块接收的定位信息和从图像采集设备接收到的灾情图像进行绑定得到图像数据绑定信息，并将图像数据绑定信息传送给遥测信息发射模块，遥测信息发射模块将从图像数据叠加模块接收到的图像数据绑定信息以无线方式发送给图像分析装置。

采用上述进一步方案的有益效果是，在实现导航模块对无人机定位和导航功能的同时，提供了无人机定位经纬坐标与图像采集设备所采集的灾情图像的绑定，可以及时了解具体经纬位置的灾害情况，给后期救援工作带来极大的便利。

进一步，所述图像采集设备包括彩色CCD电视摄像机、和/或数码相机、和/或前视红外仪。

采用上述进一步方案的有益效果是，克服了遥感摄影的清晰程度、卫星数据的获取技术与时间限制和实际灾害情况却相差甚远的问题，提供了最直接最真实的第一手灾情资料。

进一步，所述无人机控制模块根据遥控数据接收模块从遥控装置接收到的控制信号，对彩色CCD电视摄像机、数码相机和前视红外仪进行控制。

进一步，所述图像数据叠加模块将彩色CCD电视摄像机和/或前视红外仪拍摄的图像数据与从导航模块接收到的定位信息进行绑定成为图像数据绑定信息。

采用上述进一步方案的有益效果是，使得图像分析装置随时了解当时无人机所处位置以及该位置的灾害情况，并便于图像分析装置对接收到的灾害图像进行拼接处理。

进一步，所述遥控装置包括主机控制装置、遥控器、通道切换模块和遥控数据发送模块，所述通道切换模块分别与主机控制装置、遥控器和遥控数据发送模块电连接；主机控制装置和遥控器分别通过由通道切换模块和遥控数据发送模块组成的链路向航拍装置发送控制信号，通道切换模块在主机控制装置和遥控器之间进行切换。

采用上述进一步方案的有益效果是，实现了无人机的远程控制。

进一步，所述图像分析装置包括灾情图像接收模块和图像处理系统，所述灾情图像接收模块接收航拍装置传送的灾情图像并发送给图像处理系统，图像处理系统对接收到的灾情图像进行处理。

采用上述进一步方案的有益效果是，图像分析装置通过灾情图像接收模块接收灾情图像，并通过图像处理系统及时的进行分析，可以迅速有效的得知灾区灾情，为有效的采取救灾措施提供了及时并可靠的信息。

另外，数码相机拍摄的图像可以存储于移动闪存卡中。因为，数码相机的成像质量明显好于彩色CCD电视摄像机，利用移动闪存卡可以存储大量高清晰度的灾害照片，待无人机返回后可以进行进一步细致的分析。

附图说明

图1为本发明灾情获取系统框图；

图2为本发明灾情获取系统中航拍装置实施方式示意图；

图3为本发明灾情获取系统中图像采集设备实施方式示意图；

图4为本发明图像分析装置框图；

图5为本发明灾情获取系统中遥控装置框图；

图6为本发明灾情获取系统具体实施方式中的计算机控制与图像分析系统原理框图；

图7为本发明灾情获取系统具体实施方式中的计算机控制与图像分析系统结构示意图；

图8为灾情视频图像汇集处理流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、航拍装置，2、图像分析装置，3、遥控装置，4、计算机控制与图像分析系统，101、无人机、102、图像采集设备，201、灾情图像接收模块，202、图像处理系统，301、主机控制装置，302、遥控器，303、通道切换模块，304、遥控数据发送模块，10101、遥控数据接收模块，10102、遥测信息发射模块，10103、自航模块，10104、无人机控制模块，10105、无人机机体，1010301、GPS接收模块，1010302、导航模块，1010303、导航调制解调模块，1010304、图像数据叠加模块，10201、彩色CCD电视摄像机，10202、数码相机，10203、前视红外仪，20101、遥测接收天线组件，20102、遥测接收组件，401、PC104计算机，402、视频采集卡，403、接收调制解调模块，404、图像录存装置，405、图像显示模块，406、导航参数显示模块，407、键盘鼠标组件

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明灾情获取系统，包括航拍装置1、图像分析装置2以及遥控装置3；其中，遥控装置3通过无线的方式控制航拍装置1进行进行地面灾情的图像采集工作；航拍装置1将采集的灾情图像通过无线的方式传送给图像分析装置2；图像分析装置2对从航拍装置1所接收到的灾情图像进行分析，以保障救灾工作的快速高效的进行。

为实现快速安全的获取灾情图像的目的，本发明的航拍装置1采用无人机搭载图像采集设备，实现对灾区灾情的采集。

图2为本发明中，航拍装置1的具体实施方式示意图。如图2所示，航拍装置1包括无人机101和设置于无人机上的图像采集设备102；遥控装置3通过无线方式对无人机101和图像采集设备102进行控制，利用图像采集设备102采集各个地区的灾情图像信息，并通过无人机101以无线方式将灾情图像信息传送给图像分析装置2，从而实现了远程采集灾情图像的目的，特别是在发生灾害后，灾情复杂，人员无法及时进入时，给快速掌握灾情信息以迅速组织救灾活动提供了必要的技术手段。

如图2所示，本实施方式中，无人机101主要包括遥控数据接收模块10101、遥测信息发射模块10102、自航模块10103、无人机控制模块10104以及无人机机体10105。其中，无人机控制模块10104设置于无人机机体10105上，并与遥控数据接收模块10101连接，遥控数据接收模块10101的作用是接收遥控装置3以无线方式发送过来的控制信号，无人机控制模块10104可根据遥控数据接收模块10101从遥控装置3接收到的无线控制信号对无人机机体10105进行飞行控制。

自航模块10103的一个主要作用是对无人机进行制动飞行控制。其分别与遥控数据接收模块10101、遥测信息发射模块10102和无人机控制模块10104电连接，自航模块10103接收卫星定位信号并生成导航信息，并根据从遥控数据接收模块10101接收的控制信息，通过无人机控制模块10104对无人机机体10105进行自动飞行控制，并将导航信息通过遥测信息发射模块10102发送给图像分析装置2。本实施方式中，自航模块10103的具体结构如图2所示，包括GPS接收模块1010301、导航模块1010302、导航调制解调模块1010303和图像数据叠加模块1010304。其中，导航模块1010302分别与GPS接收模块1010301、遥控数据接收模块10101、图像数据叠加模块1010304以及无人机控制模块10104电连接，并通过导航调制解调模块1010303与遥测信息发射模块10102电连接；图像数据叠加模块1010304分别与图像采集设备102和遥测信息发射模块10102电连接。

GPS接收模块1010301的作用是接收卫星定位信息，并将卫星定位信息传送给导航模块1010302。遥控数据接收模块10101的作用是接收遥控装置3发送的控制信息，并将控制信息传送给与其电连接的导航模块1010302。导航模块1010302的一个作用是，根据从GPS接收模块1010301接收到的卫星定位信息生成导航信息，并根据导航信息以及从遥控数据接收模块10101接收到的控制信息，向与其电连接的无人机控制模块10104发送控制指令，无人机控制模块10104根据从导航模块1010302接收到的控制指令，对无人机机体10105进行自动飞行控制。另外，导航模块1010302将导航信息经导航调制解调模块1010303传送给遥测信息发射模块10102，遥测信息发射模块10102将从导航模块1010302经导航调制解调模块1010303接收到的导航信息以无线的方式发送给图像分析装置；并且，导航模块1010302还将导航信息直接传送给图像数据叠加模块1010304，图像数据叠加模块1010304将从导航模块1010302接收的定位信息和从图像采集设备102接收到的灾情图像进行绑定得到图像数据绑定信息，并将图像数据绑定信息传送给遥测信息发射模块10102，遥测信息发射模块10102将从图像数据叠加模块1010304接收到的图像数据绑定信息以无线方式发送给图像分析装置2。因此自航模块10103的另一个作用是对图像采集设备102传送来的图像以及导航数据进行绑定，并通过遥测信息发射模块10102将绑定信息以无线方式发送给图像分析装置2。

如图3所示，本实施方式中图像采集设备102主要包括彩色CCD电视摄像机10201、数码相机10202和前视红外仪10203；彩色CCD电视摄像机10201、数码相机10202和前视红外仪10203均与无人机控制模块10104电连接，遥控装置3可以通过遥控数据接收模块10101和无人机控制模块10104对图像采集设备102中的彩色CCD电视摄像机10201、数码相机10202和前视红外仪10203进行控制操作，同时，彩色CCD电视摄像机10201前视红外仪10203所搜集的灾情图像可传送给图像数据叠加模块1010304，以进行下一步处理和传送。数码相机10202所拍摄的灾情图像保存于随机携带的存储设备如SD(Secure Digital Memory Card，安全数码卡)卡中，待无人机101返回后获取其中记录的灾情图像。

图4为本发明灾情获取系统中图像分析装置2的逻辑框图，图像分析装置2中，主要包括灾情图像接收模块201和图像处理系统202，其中灾情图像接收模块201通过无线方式接收航拍装置1传送的灾情图像，并将灾情图像发送给图像处理系统202，图像处理系统202对接收到的灾情图像进行分析处理。

图5为本发明灾情获取系统中遥控装置3的逻辑框图，遥控装置3主要包括主机控制装置301、遥控器302、通道切换模块303和遥控数据发送模块304，通道切换模块303分别与主机控制装置301、遥控器302和遥控数据发送模块304电连接，主机控制装置301和遥控器302分别通过由通道切换模块303和遥控数据发送模块304组成的链路向航拍装置发送控制信号，通道切换模块303可在主机控制装置301和遥控器302之间进行切换。

当前计算机系统无论从硬件还是软件上，都具有非常强大的功能，因此可以利用同一台计算机设备同时进行主机控制装置301和图像处理系统202的工作。如图6所示，主机控制装置301与图像处理系统202共同组成了计算机控制与图像分析系统4，从而实现了同时对航拍装置1的控制与灾情图像的分析处理的功能。

图7为本实施方式中设置于地面的计算机控制与图像分析系统4的结构示意图。如图7所示，灾情图像接收模块201与计算机控制与图像分析系统4电连接，计算机控制与图像分析系统4又经过通道切换模块303与遥控数据发送模块304电连接，同时遥控器302与通道切换模块303连接，通道切换模块303可在计算机控制与图像分析系统4和遥控器302之间进行切换，以实现对航拍装置1的灵活控制。

计算机控制与图像分析系统4包括PC104计算机401、视频采集卡402、接收调制解调模块403、图像录存装置404、图像显示模块405、导航参数显示模块406和键盘鼠标组件407。其中，PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，PC104实质上是一种紧凑型的IEEE-P996，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统，在本实施方式中，PC104计算机401作为计算机控制与图像分析系统4的核心部分，同时兼任了图像处理系统202和主机控制装置301的任务。

本实施方式中，灾情图像接收模块201由遥测接收天线组件20101和遥测接收组件20102组成。遥测接收天线组件20101接收到无人机101以无线方式发送来的导航信息和灾情图像传送给遥测接收组件20102，遥测接收组件20102将灾情图像传送给图像录存装置404进行录制和保存，同时遥测接收组件20102分别将灾情图像和无人机101的导航信息，经视频采集卡402和接收调制解调模块403发送给PC104计算机401进行处理，PC104计算机401通过图像显示模块405将接收到的灾情图像进行显示，并通过导航参数显示模块406对无人机101的导航信息进行显示。

可根据PC104计算机401所接收到的灾情图像以及无人机101的导航信息，通过与PC104计算机401电连接的通道切换模块303以及遥控数据发送模块304对无人机101进行遥控操作。键盘鼠标组件407与PC104计算机401连接，以对PC104计算机进行操作。

本实施方式中，PC104计算机401可对接收到的实时视频进行实时拼图，提供动态影像资料，并可以对数码相机10202拍摄的照片进行后续拼图处理，以提供清晰、完整的灾区全景拼图，并可根据无人机101的导航信息进行目标区域定位。

工作时，无人机101搭载图像采集设备102按照设定航道或遥控航线采集地面图像，由无人机101通过灾情图像接收模块201以及遥控数据发送模块304与设置于地面的计算机控制与图像分析系统4进行通讯传输，计算机控制与图像分析系统4实时接收和即时拼接所得到的图像并显示，从而达到快速获取灾情、跟踪灾情、探查道路等目的。

由数码相机的SD卡带回的照片，经过拼接处理，形成区域灾情分布图，从而达到快速掌握灾情分布和评估灾情的目的。

PC104计算机内置相应功能软件，组成地面指挥与航迹控制系统，实现人机交互，从而完成对飞行器的操纵和控制。图8为灾情视频图像汇集处理流程图，如图8所示，输入视频图像经过拼接裁边设置、显示方式设置、字符识别设置等参数设置之后进行图像拼接，可根据需要执行多帧定位功能，并将拼接结果保存，之后可进行拼接结果的回放；另外，还可根据需要执行单帧定位功能，从而实现目标点地理定位、目标点坐标显示、目标点间距离测量、目标点方位显示、多目标点标注和多针截图功能。视频图像接收后还可进行视频播放和录像操作。

本发明在白家疃地震台模拟地震灾区进行试飞拍摄试验，在实时拼接以及数码相机获取后的照片均达到了很好的效果；在北川县城地震区进行试飞拍摄试验，获取了北川震后灾情全貌图像，整体效果和清晰度上均具备了灾情判别功能；在汉旺至清平线路的极端环境下进行试飞拍摄，在整个地质状况不清楚，飞行路线全是用地图确定的情况下，在山沟进行了约半小时的无信号盲飞往返共40多公里，同样获得了飞行线路的地面全貌图像，验证了全系统的综合性能，以及在及其恶劣的环境中快速获取灾情的能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种灾情获取系统，其特征在于：包括航拍装置、图像分析装置和遥控装置；所述遥控装置通过无线方式向航拍装置发出控制信息；所述航拍装置根据从遥控装置接收到的控制信息采集地面的灾情图像，并将采集的灾情图像传送给图像分析装置；所述图像分析装置对从航拍装置接收到的灾情图像进行分析。

2.根据权利要求1所述的灾情获取系统，其特征在于：所述航拍装置包括无人机和设置于无人机上的图像采集设备；所述遥控装置对无人机和图像采集设备进行控制，所述图像采集设备采集灾情图像并通过无线方式传送给图像分析装置。

3.根据权利要求2所述的灾情获取系统，其特征在于：所述无人机包括遥控数据接收模块、遥测信息发射模块、自航模块、无人机控制模块和无人机机体；所述无人机控制模块根据遥控数据接收模块从遥控装置接收到的控制信号对无人机机体进行飞行控制；自航模块分别与遥控数据接收模块、遥测信息发射模块和无人机控制模块电连接，所述自航模块接收卫星定位信号并生成导航信息，并根据从遥控数据接收模块接收的控制信息，通过无人机控制模块对无人机机体进行自动飞行控制，并将导航信息通过遥测信息发射模块发送给图像分析装置。

4.根据权利要求3所述的灾情获取系统，其特征在于：所述自航模块包括GPS接收模块、导航模块、导航调制解调模块和图像数据叠加模块；所述导航模块分别与GPS接收模块、遥控数据接收模块、图像数据叠加模块、无人机控制模块电连接，并通过导航调制解调模块与遥测信息发射模块电连接；所述图像数据叠加模块分别与图像采集设备和遥测信息发射模块电连接；所述GPS接收模块接收卫星定位信号，并将卫星定位信号传送给与其电连接的导航模块；所述遥控数据接收模块接收遥控装置发送的控制信息，并将控制信息传送给与其电连接的导航模块；所述导航模块根据从GPS接收模块接收到的卫星定位信息生成导航信息，并根据导航信息和从遥控数据接收模块接收到的控制信息，向与其电连接的无人机控制模块发送控制指令，无人机控制模块根据从导航模块接收到的控制指令，对无人机机体进行自动飞行控制；所述导航模块将导航信息经导航调制解调模块传送给遥测信息发射模块，并且导航模块将导航信息直接传送给图像数据叠加模块；遥测信息发射模块将从导航模块接收到的卫星定位信号以无线的方式发送给图像分析装置；图像数据叠加模块将从导航模块接收的定位信息和从图像采集设备接收到的灾情图像进行绑定得到图像数据绑定信息，并将图像数据绑定信息传送给遥测信息发射模块，遥测信息发射模块将从图像数据叠加模块接收到的图像数据绑定信息以无线方式发送给图像分析装置。

5.根据权利要求4所述的灾情获取系统，其特征在于：所述图像采集设备包括彩色CCD电视摄像机、和/或数码相机、和/或前视红外仪。

6.根据权利要求5所述的灾情获取系统，其特征在于：所述无人机控制模块根据遥控数据接收模块从遥控装置接收到的控制信号，对彩色CCD电视摄像机、数码相机和前视红外仪进行控制。

7.根据权利要求5所述的灾情获取系统，其特征在于：所述图像数据叠加模块将彩色CCD电视摄像机和/或前视红外仪拍摄的图像数据与从导航模块接收到的定位信息进行绑定成为图像数据绑定信息。

8.根据权利要求1至7任一项所述的灾情获取系统，其特征在于：所述遥控装置包括主机控制装置、遥控器、通道切换模块和遥控数据发送模块，所述通道切换模块分别与主机控制装置、遥控器和遥控数据发送模块电连接；主机控制装置和遥控器分别通过由通道切换模块和遥控数据发送模块组成的链路向航拍装置发送控制信号，通道切换模块在主机控制装置和遥控器之间进行切换。

9.根据权利要求1至7任一项所述的灾情获取系统，其特征在于：所述图像分析装置包括灾情图像接收模块和图像处理系统，所述灾情图像接收模块接收航拍装置传送的灾情图像并发送给图像处理系统，图像处理系统对接收到的灾情图像进行处理。