CN102419171A - 一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统。包括无人机机载系统、图像信息系统、地面勾绘软件平台系统，无人机机载系统、图像信息系统、勾绘软件平台系统之间依次通过无线通讯方式连接，其中无人机机载系统进一步包括摄像机、GPS、调制编码器和发射机，图像信息系统进一步包括接收机、图像监视器和GPS解码器，地面勾绘软件平台系统进一步包括电脑、手写笔、电子地图、勾绘软件系统、图形处理软件系统。采用本发明的技术方案，不仅可以解决机载技术人员空中目测勾绘的操作模式，而且可以同步、实时视频信号传输，该系统应用方便、降低成本、提高灾害监测的准确度。

Description

一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统

技术领域

本发明涉及一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统，该系统属于航空电子勾绘技术。

背景技术

航空电子勾绘技术，早在二十世纪国外就开始探索应用，当时只是局限于采用空中监测手段对森林健康状况进行调查，直到1955年资深昆虫学者W.J.Buckhorn和林务官JohnF.Wear在共同撰写的《森林昆虫空中监测组织与实施》一文中第一次公开介绍了空中勾绘监测，该成果对航空监测技术的发展影响深远。随着计算机和GPS技术的发展，航空勾绘监测已经成为航空监测的主导技术。目前，美国已发展成为世界上航空电子勾绘监测技术水平较高的国家。近年来，我国开始从国外引进这一技术准备在森防上试用。

航空电子勾绘(D-ASM)是采用遥感监测技术，利用飞机、绘图软件平台在空中将森林健康状况有目的性的人工描绘在地图上的技术，它是将技术人员、图形实时勾绘和科学数据收集相结合形成的操作模式，具有较强的主观性。监测技术人员须搭乘飞机在空中通过目测或望远镜对林区病虫灾害观察判断估测，其优势表现在信息获取与处理的高速、实时以及应用的高精度、可定量化等方面。

目前，航空电子勾绘技术的应用领域仍局限于林业有害生物监测，尤其在我国还没有形成实施推广应用的条件和手段，其存在的主要问题是：采用航空电子勾绘技术应用于林业有害生物监测防控，一是勾绘监测技术人员的空中目测技术性强、要求高、须经专业培训，而且监测局限性大；二是不同区域、不同飞行速度、不同飞行高度、不同勾绘技术人员对获取相关参数条件的综合分析有误差；三是应用实施受制于飞机条件，依赖性较强，反映在GPS信号接收有滞后现象，主要是飞机位置与实际飞行位置滞后，飞行航迹实时显现间断，导致勾绘精确度不稳定；四是引进的设备和绘图软件系统不稳定、设置不当，需要全面创新处理；五是空中监测成本费用太高。为此，利用现有航空勾绘技术与地面勾绘、视频技术和软件平台相结合，是当前航空电子勾绘技术的应用领域广泛性、提高灾害监测的准确度、节省人力、物力、时间、低成本等迫切需要解决的重大课题。

发明内容

本发明的目的是针对现有勾绘技术人员搭乘有人驾驶的飞机在空中目测或望远镜观测获取信息数据存在的问题，综合采用现有航空电子勾绘技术、遥感监测技术、无线通讯技术、视频实时图像回传技术、无人机飞行控制技术等，通过技术创新与整合，而提出一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统，该系统应用方便、操作简单、便于维护、实时性好，可以使飞行航迹与回传图像信号的实时显现同步、不间断，其勾绘精确度完全满足防控决策的要求，能解决监测技术人员必须搭乘飞机在空中目测勾绘、信号接收滞后、对勾绘标志物的位置、受灾害范围估测出现误差等问题，从而能实现无人机空中航拍监测与地面工作站的电子勾绘系统平台相结合、达到节省人力、物力和时间、降低监测成本的目标，提高灾害监测的准确度。

本发明基本构思的核心技术是使用无人机技术、视频实时图像信号回传技术，通过GPS信息调制编码技术和混合信号解码技术与地面工作站的绘图软件平台结合的电子勾绘系统，同时辅助以图像监视屏幕与接收装置直接相连显示实拍图像的方式，以保证灾害监测图像信号的实时、同步、精确无误。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术解决方案：

本发明的一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统，包括无人机机载系统、图像信息系统、地面勾绘软件平台系统以及适配的电源，所述无人机机载系统、图像信息系统、地面勾绘软件平台系统之间依次通过无线通讯方式连接，电源通过连接导线与勾绘软件平台系统连接。

本发明的技术方案中，所述无人机机载系统的结构包括机载摄像机、GPS、调制编码器和发射机，摄像机与发射机连接，调制编码器串连接GPS与发射机，摄像机用于拍摄灾害现场画面实景图，并将实景图画面帧输出；调制编码器用于将GPS采集的数据信息编成可发送信号传给发射机发送；发射机用于接收从摄像机输入的图像信号和从调制编码器输入的GPS信号，并一同将两路混合信号通过无线通讯实时与图像信息系统连接发送。

本发明的技术方案中，所述图像信息系统的结构包括接收机、图像监视器和GPS解码器，接收机与图像监视器和GPS解码器分别连接，接收机用于无人机机载系统发送的图像画面和GPS数据的混合信号，并实时给出航拍图像和GPS信息；图像监视器用于显示接收机输入的航拍实时图像，以辅助勾绘软件平台系统绘图勾绘对比；GPS解码器用于将包含GPS信息的混合信号解调，并将解调后的GPS信息通过无线通讯与地面勾绘软件平台系统连接发送。

本发明的技术方案中，所述地面勾绘软件平台系统的结构包括电脑、手写笔、电子地图、勾绘软件系统、图形处理软件系统，电子地图、勾绘软件系统、图形处理软件系统依次与电脑内置连接，电脑用于接收从GPS解码器连接GPS信号端口传送的GPS信息并回放图像，手写笔用于配合勾绘技术人员操作电脑获取电子地图数据作为背景图导入勾绘软件系统进入绘图软件编辑界面，勾绘软件系统用于实时显示无人机飞行位置、摄像机所拍摄监测图像位置，并勾绘记录灾害分布、位置、程度及灾害类别的相关信息，图形处理软件系统用于勾绘出的相关信息再次进行编辑、修改、完善、处理，并给出灾害监测信息数据的估测结果。

本发明的技术方案中，所述图像监视器可以与图像信息系统中的接收机配合连接设置，也可以与地面勾绘软件平台系统中的电脑配合设置。所述绘图勾绘的手写笔还可以采用其他工具操作绘图勾绘，如鼠标。

本发明还提供了一个具有以上和其它优点的系统，本发明同样提供相应的设备。在本发明中所述的无人机还包括无人机遥控操作装置和配合摄像机的全方位拍摄旋转装置。

本发明提供的一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统，可应用于军事侦察、森林火灾现场灭火指挥、林业有害生物实时监测、及其它灾害现场实时估测、受灾判断评估决策等众多领域。

本发明提供的一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统具有的优点和有益效果在于：本发明采用了上述的技术解决方案，具有系统应用方便、操作简单、便于设备维护，可使人、机分开监测和勾绘，实现了空中无人机航拍监测与地面电子勾绘系统平台相结合监测防控模式，有效解决了因不同区域、不同飞行速度、不同飞行高度、不同勾绘技术人员对获取相关参数条件的综合分析出现误差和GPS信号接收滞后、航迹实时显现间断而导致勾绘标志物位置估测精确度误差，克服了利用有人驾驶的飞机搭乘技术人员进行空中监测勾绘成本高的问题，使航空电子勾绘技术应用于无人机遥控监测与地面监测视频和勾绘软件平台有机的统一结合。采用本发明的技术方案，因无人机不受地理条件、飞行高度和速度的限制，可超低空飞行或悬空定位，加上机载摄像机装置为高分辨率摄像机，且具有全方位旋转拍摄功能，地面工作站的勾绘技术人员可根据勾绘参数需要任意控制航拍标志物位置图像；尤其是根据本发明的核心技术构思，在无人机上配置了与GPS配合的调制编码器，在地面工作站的图像信息系统中也同时配置了GPS解码器，这样无人机上的GPS信息通过调制编码器编成可发送信号经机载发射机连同图像信号一同混合发射，当地面工作站的接收机接收发射机发送的混合信号，一方面将图像信号传送给图像监视器显示屏幕，另一方面将包含GPS信息的混合信号传送给GPS解码器，经解码器将GPS信息解码变换后发送到地面工作站的勾绘软件平台系统，这样使无人机实时回传的每幅图像帧清晰、准确，提高了图像的质量，满足了对于不同领域灾害实时监测防控决策的需求。

附图说明

图1是本发明的组成结构框图。

图2是本发明的无人机机载系统的结构示意框图。

图3是本发明的图像信息系统的结构示意框图。

图4是本发明的地面勾绘软件平台系统的结构示意框图。

图5是本发明的系统工作流程图。

具体实施方式

本发明涉及无人机机载摄像机和GPS飞行过程中所实施对灾害区域的监测航拍视频图像和GPS信息的获取，特别的，涉及基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统，本发明有许多突出的特点和核心技术，克服了现有引进国外利用飞机载人空中勾绘技术难以逾越的弊端，可使航空电子勾绘技术达到一个新的水平。下面将结合附图并通过具体实施方式来进一步详细说明本发明的技术方案。

为依照本发明执行系统组合相接，在本优选实施例中主要设备包括：无人驾驶飞机、无人机遥控操作装置、无人机机载高分辨率摄像机、机载GPS、自行研发的调制编码器和GPS解码器、机载发射机、地面移动式车载工作站、地面接收机、图像监视器、手写笔、电脑、勾绘软件系统、图形处理软件系统、电子地图。首先，对无人机、摄像机及旋转装置、发射机、调制编码器、GPS解码器、接收机、图像监视器、手写笔、电脑等硬件设备选择地面移动式车载工作站进行设置连接实施。

图1、图2、图3、图4、图5示出了本发明的优选实施例。如图1所示是本发明的一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统的组成结构框图，该系统包括无人机机载系统1、图像信息系统2、地面勾绘软件平台系统3，无人机机载系统、图像信息系统、地面勾绘软件平台系统之间依次通过无线通讯方式连接，电源306通过连接导线与地面勾绘软件平台系统连接。

图2是本发明的无人机机载系统的结构示意框图。如图2所示，无人机机载系统的结构主要由摄像机101、GPS102、调制编码器103、发射机104组成，摄像机与发射机连接，调制编码器串连接GPS与发射机，摄像机将拍摄的实时灾害画面帧存储并传送给机载发射机，调制编码器将GPS采集的数据信息编成可发送信号输出给发射机，发射机接收摄像机图像信号和GPS数据信号后一同将两路混合信号通过无线通讯实时与地面车载接收机连接发送。

图3是本发明的图像信息系统的结构示意框图。如图3所示，图像信息系统的结构主要由接收机201、图像监视器202、GPS解码器203组成，接收机与图像监视器和GPS解码器分别连接，接收机接收从无人机机载系统获取的混合信号，直接将图像信号输送给图像监视器显示屏幕，并同时将包含有GPS信息的混合信号传送给GPS解码器进行解调，GPS解码器将解调后GPS信息通过无线通讯与地面勾绘软件平台系统连接传送。

图4是本发明的地面勾绘软件平台系统的结构示意框图。如图4所示，地面勾绘软件平台系统的结构主要由电脑301、手写笔302、电子地图303、勾绘软件系统304、图形处理软件系统305组成，电子地图、勾绘软件系统、图形处理软件系统依次与电脑内置连接，电脑存储从GPS解码器经解调后发送的GPS视频信号、回放图像、并进行存储，手写笔用于配合技术人员操作电脑获取电子地图数据作为背景图导入勾绘软件系统和图形处理软件系统上的编辑处理界面，根据回传GPS在电子地图上实时显示的无人机飞行航迹位置、摄像机所拍摄监测区域标志物图像位置，并从显示出的图像中通过手写笔对该区域的灾害类别及灾害分布、位置、程度等相关信息进行人工勾绘估测，并将保存的勾绘数据由连接图形处理软件系统对所采集的数据信息进行编辑、修改、完善，最后导出区域灾害监测信息数据统计结果，以实现对灾害的防控决策。

本发明的实施方式中，图像监视器可以与图像信息系统中的接收机配合连接，也可以与地面勾绘软件平台系统中的电脑配合设置。绘图勾绘用的手写笔还可以采用其他工具操作绘图勾绘，如鼠标。

图5是本发明的系统工作流程图。如图5所示，该系统的工作原理是：

无人机在所监测区域的上空飞行，这时由安装在无人机机载系统中的高分辨率摄像机101与全方位旋转云台装置配合，将拍摄画面直接传送给安装在无人机上的发射机104，无人机上安装有GPS102，GPS通过调制编码器103将采集的信息编成可发送的信号传送给相连接的发射机，发射机连同图像信号和GPS信号一同发射。

安装在地面移动式车载工作站的图像信息系统开始工作，该系统中的接收机201接收发射机通过无线通讯连接传送来的混合信号，这时接收机直接将图像信号送至图像监视器202的显示屏幕回放，与此同时接收机又将包含GPS信息的混合信号传输给G[S解码器203，GPS解码器将无人机机载系统发来的GPS信息经解调后通过无线通道连接传送到地面勾绘软件平台系统。

安装在地面移动式车载工作站的地面勾绘软件平台系统在勾绘技术人员的操作下开启电脑301，并通过手写笔打开获取电子地图303作为背景图导入勾绘软件系统304和图形处理软件系统305的编辑处理界面，根据GPS解码器传送的GPS信号，即可在电子地图上实时显示无人机飞行位置，摄像机所拍摄图像位置，同时勾绘技术人员通过观察显示出的图像，对该飞行区域内的灾害分布、位置、程度及灾害类别等相关信息在电脑上用手写笔勾绘出来；勾绘完成后，将保存的勾绘数据通过连接图形处理软件系统对所采集的数据信息进行编辑、修改、完善，最后导出该区域灾害监测信息数据统计估测结果，以实现对灾害的实时防控决策。

以上本发明的实施方式，还可以采用与地面固定式工作站相配合连接安装方式。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明构思的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进或者等同替换，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统，其特征是：包括无人机机载系统、图像信息系统、地面勾绘软件平台系统，所述无人机机载系统、图像信息系统、地面勾绘软件平台系统之间依次通过无线通讯方式连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统，其特征是：所述无人机机载系统的结构包括机载摄像机、GPS、调制编码器和发射机，摄像机与发射机连接，调制编码器串连接GPS与发射机，摄像机用于拍摄灾害现场画面实景图，并将实景图画面帧输出；调制编码器用于将GPS采集的数据信息编成可发送信号传给发射机；发射机用于接收从摄像机输入的图像信号和从调制编码器输入的GPS信号，并一同将两路混合信号通过无线通讯实现实时与图像信息系统连接发送。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统，其特征是：所述图像信息系统的结构包括接收机、图像监视器和GPS解码器，接收机与图像监视器和GPS解码器分别连接，接收机用于无人机机载系统发送的图像画面和GPS数据的混合信号，并实时给出航拍图像和GPS信息；图像监视器用于显示接收机输入的航拍实时图像，以辅助勾绘软件平台系统绘图勾绘对比；GPS解码器用于将包含GPS信息的混合信号解调，并将解调后的GPS信息通过无线通讯与地面勾绘软件平台系统连接发送。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统，其特征是：所述地面勾绘软件平台系统的结构包括电脑、手写笔、电子地图、勾绘软件系统、图形处理软件系统，电子地图、勾绘软件系统、图形处理软件系统依次与电脑内置连接，电脑用于接收从GPS解码器连接GPS信号端口传送的GPS信息并回放图像，手写笔用于配合勾绘技术人员操作电脑获取电子地图数据作为背景图导入勾绘软件系统进入绘图软件编辑界面，勾绘软件系统用于实时显示无人机飞行位置、摄像机所拍摄监测图像位置，并勾绘记录灾害分布、位置、程度及灾害类别的相关信息，图形处理软件系统用于勾绘出的相关信息再次进行编辑、修改、完善、处理，并给出灾害监测信息数据的估测结果。

5.根据权利要求3所述的一种基于无人机航拍的灾害监测电子勾绘系统，其特征是：所述图像监视器可以与图像信息系统中的接收机配合连接，也可以与地面勾绘软件平台系统中的电脑配合设置。

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