CN102506879A - 城市景观地理信息数据采集系统 - Google Patents

Abstract

城市景观地理信息数据采集系统，本发明涉及一种地理信息数据采集系统，它解决了现有技术不能适应城市内街道两旁复杂景观信息数据的采集的问题。用于地理信息数据采集。它的GPS接收机接收GPS信号输出给车载计算机，视频采集卡的两路输入端分别连接在一号CCD相机和二号CCD相机的信号输出端上从而向车载计算机传送图像信号；两个编码器接受车载计算机的指令，调节两个CCD相机的焦距，车载计算机把GPS接收机得到的机动车地理位置换算成所采集图像的地理位置，把所采集图像与所采集图像的地理位置，合成为地理数据信息予以存储。两个CCD相机都能在车载计算机和两个编码器控制下自动调焦，因此能够得到清晰的图像。

Description

城市景观地理信息数据采集系统

技术领域

本发明涉及一种地理信息数据采集系统，具体涉及城市内街道两旁景观信息的数据采集系统。

背景技术

随着导航事业的迅速发展，导航地理数据的实时更新显得尤为重要，研制快速自动采集导航地理数据的系统已经势在必行。市场上已经出现一些采集导航地理数据的设备，但是一方面由于设备昂贵，另一方面导航地理数据精度采集能力不高，不能适应城市内街道两旁复杂景观信息数据的采集。

发明内容

本发明的目的是提供一种城市景观地理信息数据采集系统，以解决现有技术不能适应城市内街道两旁复杂景观信息数据的采集的问题。它由机动车1、车载计算机2、一号编码器3、二号编码器4、一号CCD相机5、二号CCD相机6、GPS接收机7、视频采集卡8和载物架9组成；

GPS接收机7：用来接收GPS信号，其输出端连接车载计算机2的信号输入端，从而使车载计算机2实时记录机动车1所在的地理位置信息；

载物架9：固定在机动车1的顶部并承载一号CCD相机5和二号CCD相机6，使一号CCD相机5和二号CCD相机6能够随着机动车1的运动分别摄录街道两旁的景观；

视频采集卡8：其两路输入端分别连接在一号CCD相机5和二号CCD相机6的信号输出端上，其输出端连接在车载计算机2的PCI接口电路上从而向车载计算机2传送图像信号；

一号编码器3：接受车载计算机2的指令，通过输出步进脉冲来调节一号CCD相机5的焦距，所述车载计算机2的指令是依据车载计算机2上得到的图像的清晰程度产生的，计数步进脉冲的个数得到一号CCD相机5在摄像中的焦距变化量，从而确定所采集图像与机动车1之间的位置关系；

二号编码器4：接受车载计算机2的指令，通过输出步进脉冲来调节二号CCD相机6的焦距，所述车载计算机2的指令是依据车载计算机2上得到的图像的清晰程度产生的，计数步进脉冲的个数得到二号CCD相机6在摄像中的焦距变化量，从而确定所采集图像与机动车1之间的位置关系；

车载计算机2：把GPS接收机7得到的机动车1地理位置换算成所采集图像的地理位置，把所采集图像与所采集图像的地理位置，合成为地理数据信息予以存储。

本发明用简单的车载设备采集城市内街道两旁景观信息数据，成本比较低。所使用的两个CCD相机都能在车载计算机和两个编码器控制下自动调焦，因此能够得到清晰的图像，解决了现有技术不能适应城市内街道两旁复杂景观信息数据的采集的问题。本发明是集GPS接收机、CCD相机、计算机及移动车辆于一体的数字影像采集集成系统，为导航地理数据大规模更新和获取提供了新技术与新工具的支撑。在车辆行驶过程中，连续或者选择采集GPS数据和道路两侧数字影像数据，按照设计的数据结构存储于计算机中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是车载计算机中外业采集软件系统主界面示意图，图3是车载计算机中内业数据处理软件系统的主界面示意图，图4是内业数据处理软件系统功能结构框图，图5是外业采集系统数据存储的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式由机动车1、车载计算机2、一号编码器3、二号编码器4、一号CCD相机5、二号CCD相机6、GPS接收机7、视频采集卡8和载物架9组成；

GPS接收机7：用来接收GPS信号，其输出端连接车载计算机2的信号输入端，从而使车载计算机2实时记录机动车1所在的地理位置信息；

载物架9：固定在机动车1的顶部并承载一号CCD相机5和二号CCD相机6，使一号CCD相机5和二号CCD相机6能够随着机动车1的运动分别摄录街道两旁的景观；

视频采集卡8：其两路输入端分别连接在一号CCD相机5和二号CCD相机6的信号输出端上，其输出端连接在车载计算机2的PCI接口电路上从而向车载计算机2传送图像信号；

一号编码器3：接受车载计算机2的指令，通过输出步进脉冲来调节一号CCD相机5的焦距，所述车载计算机2的指令是依据车载计算机2上得到的图像的清晰程度产生的，计数步进脉冲的个数得到一号CCD相机5在摄像中的焦距变化量，从而确定所采集图像与机动车1之间的位置关系；

二号编码器4：接受车载计算机2的指令，通过输出步进脉冲来调节二号CCD相机6的焦距，所述车载计算机2的指令是依据车载计算机2上得到的图像的清晰程度产生的，计数步进脉冲的个数得到二号CCD相机6在摄像中的焦距变化量，从而确定所采集图像与机动车1之间的位置关系；

车载计算机2：把GPS接收机7得到的机动车1地理位置换算成所采集图像的地理位置，把所采集图像与所采集图像的地理位置，合成为地理数据信息予以存储。

本发明以PC机为控制中心，采用Visual C++6.0为开发平台，通过程序软件来实时接收GPS数据，并利用视频采集卡采集并存储CCD相机的视频信号，存放于硬盘。同时，运用PC机的串口控制编码器来对CCD相机进行调焦和聚焦。

具体实施方式二：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式还包括两个RS232-RS485转换器10，两个RS232-RS485转换器10分别设置在车载计算机2与一号编码器3之间和车载计算机2与二号编码器5之间。车载计算机2一个输入端通过RS232接口读取GPS数据；另一个输入端用RS232-RS485转换器10同CCD相机的焦距调节控制端步进电机相连。

具体实施方式三：本实施方式属于集GPS接收机、CCD相机、计算机及移动车辆于一体数字影像采集集成系统，车载计算机2中的软件系统既包括采集图像的外业采集系统，还包括内业数据处理系统。

外业采集系统通过计算机实时读取GPS数据和数字影像数据，并基于Windows XP平台下的VC编译软件实现了数据的存储、显示和管理。

本实施方式具体硬件的参数见表1。

表1

序号	名称	指标
			1	CCD相机像素	40万像素
2	GPS精度	≤10m
			3	CCD相机调焦范	×1倍-×27倍
4	CCD相机聚焦模	支持手动聚焦
			5	视频采集卡	海康4路采集卡，最大支持2路704×576同
6	CCD相机其它	支持图像亮度、饱和度、对比度、色调的调节

本系统GPS接收机采用大恒公司的接收机，在室外场地其接收卫星有效颗数可以达到5-9颗，在静止状态下其精度可以小于10米，在运动状态下可以达到更高的精度。在本课题实验中精度可以满足要求，在下阶段进一步完善，可以用更高精度的接收机，使系统更加完善；

视频采集卡采用海康威视DS-4000采集卡，其采用硬件压缩的方式采用采集卡上的DSP芯片直接可以把图象转换成BMP和JPEG格式，减少PC机程序的运行时间。其最后图片的相素可以达到40万，能够满足本系统的基本要求；

电源问题：电源是本集成系统关键技术问题，整个系统基于车载方式进行工作，所以不能直接引用220V电压。本系统工作时要为一台PC机、两个编码器、两台CCD相机及一个GPS接收机同时供电，总功率大约在400W左右。最后，系统采用车上12V电瓶供电，用一个500W的12V转220V的逆变器为整套系统供电。实践证明，本方法在移动车辆发动机开的状态下，不是很稳定，需要进一步选用电源机柜；

程序运行速度：由于GPS刷新速度为1秒一次，所以，在1秒的时间里，程序必须完成两路视频信号的采集与存储，因为采集卡采用硬件压缩的方式，其压缩时间很快，在软件方面可以直接对25侦信号中的任一侦进行存储，其耗时很少。因此，这种方法能够保证实验可行；

存储容量：系统是对道路两旁的景物进行拍摄采集，因此所需要的图片数量较多，而且，每一张图片比较大，所以系统所需的存储设备容量指标较高。本系统中，直接采用PC机的硬盘进行存储，其容量可以达到160G或更大，所以容量不是问题。

车载计算机2中的内业数据处理系统主要整合基础地理信息数据、外业采集的GPS数据与数字影像数据，并基于WindowsXP平台下的Vi sual Studio2005C#实现了导航地理数据的提取。通过整理、提取，形成数字影像与GPS位置信息对照表，最后基于SQL SERVER2005数据库统一管理；数字影像数据显示与管理部分：采用JPG文件方式进行管理；

本发明内业数据处理系统主要整合现有基础地理信息数据、外业采集GPS数据与数字影像数据，并基于WindowsXP平台下Vi sual Studio2005C#实现导航地理数据的提取。提取过程中以现有基础地理信息数据为基础，同时参照GPS当前位置数据，实践证明能够满足导航相关业务的使用需求。

最后，通过PC机对整套系统进行控制。由PC机控制GPS数据和图像数据的采集和存储。外业采集系统开始工作，首先完成对程序的初始化，根据系统硬件的实际情况，输入硬盘存储路径，输入当时采集车辆的编号，以便区分其它车辆的采集数据，同时可以针对当时所用计算机的实际情况设置GPS端口和编码器端口对应相应串口，最后对图片分辨率进行调节，保证图片像素满足实验需求。

如图2所示为外业采集软件系统主界面，界面包含本课题集成系统所有的控制按钮。其右上角为GPS接收机所得到的数据，显示UTC日期，UTC时间，经度，纬度，卫星的有效颗数，航向，海拔等数据。所有数据指示着GPS接收机的工作状态。

界面左边及中间区域为视频和图片的显示，该区同时显示两路信号，平均分成四部分，上面两部分为视频信号，实时显示CCD相机的视频流，下面两部分为显示从视频流截下来的图片，为系统所要获取最终图片信息。

右边中间部分为图片的调节按钮，可以对图片的亮度，对比度，色度，饱和度进行调节。因为图片采集天气环境不同，而且白天和晚上亮度也差很多，所以要对图片的效果进行调节，以达到最好的显示效果。

右边下半部分为CCD相机的焦距和聚焦的调节，因为道路有宽有窄，建筑有高有低，所以对相机进行调焦是很有必要，每一次进行调焦就必须进行一次聚焦，才能达到最好的图片清晰度。

右边最下一部分为拍照间隔设定。根据城市与农村的区别，对道路进行拍摄的间隔不同，对密集的地方一般采集要快些，反之则慢些。因此，可以设定采样间隔，可以为1秒，2秒，3秒……还可以进行单次采集，在有必要采集的地方进行采集，反之，则让程序停止对道路的采集，减少PC机没有必要的存储。最后的按钮则为退出按钮，该键使程序退出，采集完毕。

课题内业数据处理工艺流程：课题内业数据处理系统以现有基础地理信息数据或者其它数据源(DOM、DRG、Google Earth影像等)为基础，参照当前GPS位置数据，提取导航地理数据信息(空间数据、属性数据)。

内业数据处理软件系统界面包括：基础地理信息数据显示区、数字影像显示区、命令工具条、导航地理数据采集区和其它信息状态栏；

内业数据处理软件系统功能包括：(a)工程管理部分：加载工程、关闭工程和影像参数设置和数据库参数设置。(b)数字影像操作部分：浏览当前工程第一幅数字影像、浏览当前工程前一幅数字影像、浏览当前工程下一幅数字影像、浏览当前工程最后一幅数字影像和依据当前工程数字影像排序编号定位并显示数字影像。(c)地图操作部分：地图指示笔、平移地图、拉框放大地图、拉框缩小地图、中心显示地图、全图显示、图层管理、点选择地图、画圆选择地图、拉框选择地图、多边形选择地图、量测距离、量测面积、地图节点捕捉和鼠标滚轮控制地图缩放范围。(d)信息提示部分：显示当前数字影像名称、鼠标所在地图空间地理位置信息、当前工程数字影像数量和当前显示数字影像排序编号。(e)导航地理数据采集部分：采集POI信息和采集道路网信息。

系统生产试验期间，完成哈尔滨市学府四道街和征仪路部分导航地理数据与道路两侧数字影像数据采集，共计采集1558对数字影像(1.06GB容量)和61个POI。

不考虑集成系统硬件本身特性指标，通过生产试验，证明系统研制技术路线基本正确，采集成果可以满足公众服务导航事业服务需要。

GPS接收机方面：

GPS数据的精度基本在10m以内，可以在外业采集软件界面上显示UTC日期，UTC时间，经度，纬度，卫星的有效颗数，航向，海拔高度等。经检验分析，GPS所得到UTC时间基本跟实际没有误差，卫星颗数在室外可以达到5-9颗，总体上，GPS工作状态良好。

CCD相机方面：

CCD相机采用LG公司生产的一体化相机，可以有27倍的光学变焦再加10倍的电子变焦，所以最大可以达到270倍变焦，可以远远满足调焦距离大于50m的要求。而且，相机外加有聚焦功能，可以使图片的效果更加完美。

外业采集软件系统界面功能：

在该界面上，可以直接用鼠标灵活的对图片的效果进行调节，可以对亮度，对比度，色度，饱和度进行控制，还设有默认按扭来恢复默认设置。同时，还可以分别对两路CCD相机的焦距和聚焦进行加大和缩小，使图片达到最清晰状态。在采集方面还设有连续采集、单次采集、暂停采集按扭，可以比较方便的控制采集过程。

内业数据处理软件系统界面功能：

内业数据处理软件系统界面友好，实现预期设计功能，功能结构框图如图4所示：

外业采集数据存储方面：

外业采集系统数据存储结构如图5所示：

外业采集系统新建工程名称格式(文件夹)：移动车辆编号(五位字符)-年(4位数字)-月(两位数字)-日(两位数字)-时(两位数字)-分(两位数字)-秒(两位数字)

二级影像目录名称方式：移动车辆编号(五位字符)-年(4位数字)-月(两位数字)-日(两位数字)-时(两位数字)-分(两位数字)-秒(两位数字)

二级成果文本文件命名方式：移动车辆编号(五位字符)-年(4位数字)-月(两位数字)-日(两位数字)-时(两位数字)-分(两位数字)-秒(两位数字)

影像命名方式：影像名称[移动车辆编号(五位字符)-相机编号-年(4位数字)月(两位数字)日(两位数字)时(两位数字)分(两位数字)秒(两位数字)毫秒(三位数字)]

移动车辆前进方向左侧相机编号为1号，右侧相机编号为2号。

GPS设备通过软件同步方式与CCD相机同步一体化文本文件(*.TXT)，CCD相机采集数字影像数据为JPG格式结构说明如下：

第一行：为采集的数字影像数据对数

第二行：影像名称[移动车辆编号(五位字符)-年(4位数字)月(两位数字)日(两位数字)时(两位数字)分(两位数字)秒(两位数字)毫秒(三位数字)]

GPS搜索卫星数量

横坐标X(三位小数)

纵坐标Y(三位小数)

高程H(三位小数)

移动车辆行驶方位(ddd.ddddd)

注释：信息项与信息项之间采用一个空格分隔，对于影像名称中涉及年月日时分秒毫秒，不够要求数字位数要求补零，时间为GPS UTC时间格式。例如：Q2946-20071016051823089.JPG(移动道路车辆编号为Q02946，采集数字影像数据时间为2007年10月16日5时18分23秒89毫秒)。

Claims (7)

1.城市景观地理信息数据采集系统，其特征在于它由机动车(1)、车载计算机(2)、一号编码器(3)、二号编码器(4)、一号CCD相机(5)、二号CCD相机(6)、GPS接收机(7)、视频采集卡(8)和载物架(9)组成；

GPS接收机(7)：用来接收GPS信号，其输出端连接车载计算机(2)的信号输入端，从而使车载计算机(2)实时记录机动车(1)所在的地理位置信息；

载物架(9)：固定在机动车(1)的顶部并承载一号CCD相机(5)和二号CCD相机(6)，使一号CCD相机(5)和二号CCD相机(6)能够随着机动车(1)的运动分别摄录街道两旁的景观；

视频采集卡(8)：其两路输入端分别连接在一号CCD相机(5)和二号CCD相机(6)的信号输出端上，其输出端连接在车载计算机(2)的PCI接口电路上从而向车载计算机(2)传送图像信号；

一号编码器(3)：接受车载计算机(2)的指令，通过输出步进脉冲来调节一号CCD相机(5)的焦距，所述车载计算机(2)的指令是依据车载计算机(2)上得到的图像的清晰程度产生的，计数步进脉冲的个数得到一号CCD相机(5)在摄像中的焦距变化量，从而确定所采集图像与机动车(1)之间的位置关系；

二号编码器(4)：接受车载计算机(2)的指令，通过输出步进脉冲来调节二号CCD相机(6)的焦距，所述车载计算机(2)的指令是依据车载计算机(2)上得到的图像的清晰程度产生的，计数步进脉冲的个数得到二号CCD相机(6)在摄像中的焦距变化量，从而确定所采集图像与机动车(1)之间的位置关系；

车载计算机(2)：把GPS接收机(7)得到的机动车(1)地理位置换算成所采集图像的地理位置，把所采集图像与所采集图像的地理位置，合成为地理数据信息予以存储。

2.根据权利要求1所述的城市景观地理信息数据采集系统，其特征在于它还包括两个RS232-RS485转换器(10)，两个RS232-RS485转换器(10)分别设置在车载计算机(2)与一号编码器(3)之间和车载计算机(2)与二号编码器(5)之间。

3.根据权利要求1所述的城市景观地理信息数据采集系统，其特征在于车载计算机(2)中的软件系统既包括采集图像的外业采集系统，还包括内业数据处理系统。

4.根据权利要求3所述的城市景观地理信息数据采集系统，其特征在于外业采集系统通过计算机实时读取GPS数据和数字影像数据，并基于Windows XP平台下的VC编译软件实现了数据的存储、显示和管理。

5.根据权利要求3所述的城市景观地理信息数据采集系统，其特征在于内业数据处理系统整合现有基础地理信息数据、外业采集GPS数据与数字影像数据。

6.根据权利要求3所述的城市景观地理信息数据采集系统，其特征在于内业数据处理软件系统界面包括：基础地理信息数据显示区、数字影像显示区、命令工具条、导航地理数据采集区和其它信息状态栏。

7.根据权利要求3所述的城市景观地理信息数据采集系统，其特征在于内业数据处理软件系统功能包括：(a)工程管理部分：加载工程、关闭工程、影像参数设置和数据库参数设置；(b)数字影像操作部分：浏览当前工程第一幅数字影像、浏览当前工程前一幅数字影像、浏览当前工程下一幅数字影像、浏览当前工程最后一幅数字影像和依据当前工程数字影像排序编号定位并显示数字影像；(c)地图操作部分：地图指示笔、平移地图、拉框放大地图、拉框缩小地图、中心显示地图、全图显示、图层管理、点选择地图、画圆选择地图、拉框选择地图、多边形选择地图、量测距离、量测面积、地图节点捕捉和鼠标滚轮控制地图缩放范围；(d)信息提示部分：显示当前数字影像名称、鼠标所在地图空间地理位置信息、当前工程数字影像数量和当前显示数字影像排序编号；(e)导航地理数据采集部分：采集POI信息和采集道路网信息。

Images