CN103186145A - 确定监控系统前端设备基准方向的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无需借助磁场检测设备，能够准确设定前端监控设备云台的基准方向的方法及装置。该确定监控系统前端设备基准方向的装置，包括至少一个前端监控设备、传输设备以及后端数据处理中心；其中，前端监控设备将采集到的信息通过传输设备回传到后端数据处理中心；所述前端监控设备的主芯片设置有与卫星定位模块的通讯发送接口相连的通讯接收接口，主芯片通过读取卫星定位模块发送的卫星定位信息获得云台所处位置的经、纬度信息。本发明可以有效对被校正云台进行基准方向的精确定位，摆脱了对磁场的依赖，避免因局部磁场变化所引起的定向偏差，提高了定向的准确性，避免造成不必要的财力人力浪费。

Description

确定监控系统前端设备基准方向的方法及装置
技术领域
本发明涉及安全防范监控领域，尤其是一种确定监控系统前端设备基准方向的方法及装置。
背景技术
随着安全防范监控行业的发展，单个监控设备已不能满足客户的需求，因此，监控系统应运而生。监控系统通常由多个前端监控设备、传输设备和后端数据处理中心组成。前端设备将采集到的信息通过传输设备回传到数据处理中心的上位计算机(以后简称上位机)，上位机将视频信号显示在监控室的监视器上，同时对回传的反馈信息进行处理。对于某些领域的监控系统，单纯的视频采集已经不能满足需求，需要对某些特别关注的对象进行准确定位。通常实现的方法是将真北方向设定为前端监控设备云台(以下简称为云台)的0°基准方向。云台在水平方向旋转的过程中会实时计算当前方向与0°基准方向的偏差量，并将该偏差量转化为角度值反馈给上位机。即，把真北方向设为0°基准方向，云台每顺时针旋转1°，当前角度反馈值增加1°，云台每逆时针旋转1°，当前角度反馈值减小1°，当云台旋转至正东方向时角度反馈值为90°，正南方向角度反馈值为180°，这样人们就可以很直观的根据角度反馈值来判断方向。
以森林防火预警系统为例，安装在山顶的云台(即前端监控设备)发现180°方向发生火险，监控人员根据角度反馈值判断是山南坡起火，并将该信息传达给进入火场进行灭火作业的灭火队员。这种预警方式有个关键前提，就是反馈的方向信息必须准确。如果在设定0°基准方向时与实际的正北方向(以后简称真北方向)有一定的偏差，那么显示的180°就不代表真正的正南方向，监控室判断的山南坡起火也就是错误的结论，这种错误的结论将会误导灭火队员从错误的方向进入火场，从而错过灭火的最佳时机，甚至对灭火队员的生命产生威胁。所以，确定一个准确的0°基准方向是至关重要的。
传统的确定云台真北方向的方法多使用指北针等磁场检测装置进行检测，但是在森林、山区等地形复杂的野外环境，磁场环境也是相当复杂的，一座大山就可能使局部磁场发生偏差，甚至完全颠倒，因此，在某些环境通过磁场来判断真北方向的方法是不可靠的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无需借助磁场检测设备，能够准确设定前端监控设备云台的基准方向的方法及装置。
为解决上述问题，本发明的确定监控系统前端设备基准方向的方法，其中，方法一包括以下步骤：
1、获取被校正云台和该被校正云台可视范围内一标志物的经、纬度信息；
2、预设被校正云台的正北0°基准方向，控制被校正云台水平旋转使标志物处于其可视范围的正中心，记录被校正云台旋转角度；
3、通过步骤1得到的经、纬度信息计算出真北方向与相对于被校正云台而言标志物方向之间的理论夹角，进一步计算出步骤2中被校正云台旋转角度与理论夹角之间的角度偏差量；
4、通过步骤3计算出的角度偏差量对被校正云台进行修正，使其正北0°基准方向与真北方向重合。
本发明的确定监控系统前端设备基准方向的方法，其中，方法二包括以下步骤：
1、获取被校正云台和该被校正云台可视范围内一标志物的经、纬度信息；
2、控制被校正云台水平旋转使标志物处于其可视范围的正中心，将该相对于被校正云台而言标志物的方向预设为被校正云台的正北0°基准方向；
3、通过步骤1得到的经、纬度信息计算出真北方向与步骤2中预设的正北0°基准方向之间的理论夹角；
4、通过步骤3计算出的理论夹角对被校正云台进行修正，使其正北0°基准方向与真北方向重合。
所述标志物为可视范围内的另一云台或者固定地标物。
所述标志物为可视范围内距离相对最远的一个标志物。
本发明的一种确定监控系统前端设备基准方向的装置，包括至少一个前端监控设备、传输设备以及后端数据处理中心；其中，前端监控设备将采集到的信息通过传输设备回传到后端数据处理中心；所述前端监控设备的主芯片设置有与卫星定位模块的通讯发送接口相连的通讯接收接口，主芯片通过读取卫星定位模块发送的卫星定位信息获得云台所处位置的经、纬度信息。
本发明的确定监控系统前端设备基准方向的方法及装置，可以有效对被校正云台进行基准方向的精确定位，摆脱了对磁场的依赖，避免因局部磁场变化所引起的定向偏差，提高了定向的准确性，避免造成不必要的财力人力浪费。
附图说明
图1为本发明确定监控系统前端设备基准方向的装置中前端监控设备的连接示意图；
图2为本发明实施例中云台A与云台B经纬度关系示意图。
图3为本发明实施例中云台A与云台B的相对位置关系图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的一种确定监控系统前端设备基准方向的装置，包括至少一个前端监控设备、传输设备以及后端数据处理中心；其中，前端监控设备将采集到的信息通过传输设备回传到后端数据处理中心；所述前端监控设备的主芯片设置有与卫星定位模块的通讯发送接口相连的通讯接收接口，主芯片通过读取卫星定位模块发送的卫星定位信息获得云台所处位置的经、纬度信息。
确定监控系统前端设备基准方向的方法一，包括以下步骤：
步骤一：获取被校正云台可视范围内任一标志物的经、纬度信息，一般所述的标志物为另一云台或者明显的固定地标，由于云台通常配合长焦大倍率镜头，其可视距离可以达到近十公里，所以在其可视范围内找到另外一个经、纬度信息已知的云台通常是容易实现的。如果无法找到，可以采用人工测量的方法对所述被校正云台可视范围内某个明显的固定地标的经纬度坐标进行测量。
一般在所述的云台上安装有卫星定位装置，以便确定云台的具体经、纬度信息。当然，借助单独的卫星定位设备确定前端设备或明显的固定地标的经纬度信息并相应地存储在后端数据处理中心中同样可以实现本发明之目的。
步骤二：赋予被校正云台一任意预设0°基准方向，然后上位机控制被校正云台水平旋转使标志物处于其可视范围的正中心，被校正云台将旋转角度回传给上位机；
步骤三：上位机通过步骤一得到的经纬信息计算真北方向与标志物相对于被校正云台方向的理论夹角，进一步计算出步骤二中被校正云台旋转角度与理论夹角之间的角度偏差量；
步骤四：上位机将通过步骤三计算出的角度偏差量发送给被校正云台，被校正云台根据所述角度偏差量进行修正，使其0°基准方向与真北方向重合。
实施例一：
如图2、3所示，假设监控系统包含云台A、云台B和一个后端上位机，两个云台分别安装在两座山的山顶。设云台A设定的预设正北0°基准方向NA与真北方向N0偏差角为βA，云台B的预设正北0°基准方向NB与真北方向N0偏差βB。
以云台A为被校正云台，以云台B为标志物。云台通电自检结束后，其内部主芯片通过与其连接的GPS模块读取云台的经、纬度信息。云台A主芯片根据当前设定的预设正北0°基准方向，计算出云台A当前可视范围的中心与预设正北0°基准方向的夹角值，计算出角度数据后，云台A向上位机发送“数据准备完毕指令”。然后进入等待状态，并实时查询上位机发送的“数据查询指令”，如果未收到查询指令，将刚才计算的角度值丢弃并重新计算，这样可以保证随时更新由于上位机控制云台所引起的角度变化。
后端操作人员通过上位机控制云台A水平旋转，使云台B处于其可视范围的正中心，然后上位机进入等待状态，实时查询云台A和云台B发送的“数据准备完毕指令”。云台A和云台B向上位机发送“数据准备完毕指令”，上位机向所述两云台发送“数据查询指令”。所述两云台收到“数据查询指令”后分别将各自的经、纬度信息以及此时云台A与预设正北0°基准方向的夹角值回传给上位机，随后再次进入等待状态，实时查询上位机发送的“角度校正指令”。在此实例中，假设当云台B处于云台A可视范围中心时，云台A可视范围中心与预设正北0°基准方向的夹角值为180°，然后计算云台A预设正北0°基准方向与真北方向偏差的角度。
由于实际现场两云台之间或者被校正云台与标志物之间相距通常仅为几公里，因此对于经纬度变化所引起的地球半径变化可忽略不计，即认为地球在局部是一个均匀的球体。
如图2所示，云台A回传的经度坐标JDA＝116.391450°E(E代表东经)，纬度坐标WDA＝39.907325°N(N代表北纬)。云台B回传的精度坐标为JDB＝116.377960°E，纬度坐标WDB＝39.883960°N。云台A所在经度的经线与云台B所在纬度的纬线相交于C点。由弧AB、弧AC和弧BC组成的球面三角形在平面上的投影ΔABC为直角三角形。由于经线指向南北极，那么∠BAC的补角∠α即为云台A当前朝向与真北方向的夹角。
弦AC的计算公式为：
AC＝2×R×sin(|WDA-WDB|/2)     (1)
式中，R为地球的半径，WDA为云台A的纬度数据，WDB为云台B的纬度数据。
弦BC的计算公式为：
BC＝2×R×cos(WDB)×sin(|JDA-JDB|/2)     (2)
式中，R为地球的半径，R×cos(WDB)为云台B所在纬度截面圆的半径，JDA为云台A的经度数据，JDB为云台B的经度数据。
∠BAC的计算公式为：
∠BAC＝arctan(BC/AC)    (3)
将公式(1)和公式(2)代入公式(3)
∠BAC＝arctan{[cos(WDB)×sin(|JDA-JDB|/2)]/
              [sin(|WDA-WDB|/2)]}             (4)
将云台A和云台B的经纬度数据代入公式(4)
∠BAC＝arctan{[cos 39.883960×sin(|116.391450-116.377960|/2)]
       /[sin(|39.907325-39.883960|/2)]}＝23.895°
即云台A当前朝向与真北方向的夹角∠α≈156.105°。
如前面所假设，云台A发送给上位机的角度反馈值为180°，上位机通过经纬度信息计算出的当前朝向与真北方向的角度偏差量为156.105°。经过计算，上位机向云台A发送的角度校正值为23.895°。云台A根据收到的角度校正值，旋转至相对于预设基准方向角度值为23.895°的位置，并将此位置设为新的正北0°基准方向。这样就可以保证云台设定的正北0°基准方向与真北方向是重合的。
确定监控系统前端设备基准方向的方法二，包括以下步骤：
步骤一：同上述方法一中的步骤一相同；
步骤二：上位机控制被校正云台水平旋转使标志物处于其可视范围的正中心，赋予被校正云台该方向为预设0°基准方向。
步骤三：上位机通过步骤一得到的经、纬信息计算真北方向与步骤2中预设0°基准方向之间的理论夹角，即上位机向被校正云台发送的角度校正值。
步骤四：上位机将通过步骤三计算出的理论夹角发送给被校正云台，被校正云台根据所述的理论夹角进行修正，使其0°基准方向与真北方向重合。
实施例二：
如图2、3所示，实施例一中的云台A和云台B，以云台B为被校正云台，以云台A为标志物。
内部主芯片通过与其连接的GPS模块读取云台的经、纬度信息后，通过运算得出∠BAC＝23.895°。
上位机控制云台B水平旋转使云台A处于其可视范围的正中心，赋予云台B该方向为预设的正北0°基准方向。因此，得出该正北0°基准方向与真北方向的理论夹角值与∠BAC相等，即23.895°，即上位机向云台B发送的角度校正值为23.895°。云台B根据收到的角度校正值，旋转至相对于预设基准方向角度值为23.895°的位置，并将此位置设为新的正北0°基准方向。这样就可以保证云台设定的正北0°基准方向与真北方向是重合的。

Claims (5)

1.一种确定监控系统前端设备基准方向的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)获取被校正云台和该被校正云台可视范围内一标志物的经、纬度信息；
(2)预设被校正云台的正北0°基准方向，控制被校正云台水平旋转使标志物处于其可视范围的正中心，记录被校正云台旋转角度；
(3)通过步骤(1)得到的经、纬度信息计算出真北方向与相对于被校正云台而言标志物方向之间的理论夹角，进一步计算出步骤(2)中被校正云台旋转角度与理论夹角之间的角度偏差量；
(4)通过步骤(3)计算出的角度偏差量对被校正云台进行修正，使其正北0°基准方向与真北方向重合。
2.一种确定监控系统前端设备基准方向的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)获取被校正云台和该被校正云台可视范围内一标志物的经、纬度信息；
(2)控制被校正云台水平旋转使标志物处于其可视范围的正中心，将该相对于被校正云台而言标志物的方向预设为被校正云台的正北0°基准方向；
(3)通过步骤(1)得到的经、纬度信息计算出真北方向与步骤(2)中预设的正北0°基准方向之间的理论夹角；
(4)通过步骤(3)计算出的理论夹角对被校正云台进行修正，使其正北0°基准方向与真北方向重合。
3.如权利要求1或2所述确定监控系统前端设备基准方向的方法，其特征在于：所述标志物为可视范围内的另一云台或者固定地标物。
4.如权利要求1或2所述确定监控系统前端设备基准方向的方法，其特征在于：所述标志物为可视范围内距离相对最远的一个标志物。
5.一种采用如权利要求1或2的方法确定监控系统前端设备基准方向的装置，包括至少一个前端监控设备、传输设备以及后端数据处理中心；其中，前端监控设备将采集到的信息通过传输设备回传到后端数据处理中心，其特征在于：所述前端监控设备的主芯片设置有与卫星定位模块的通讯发送接口相连的通讯接收接口，主芯片通过读取卫星定位模块发送的卫星定位信息获得云台所处位置的经、纬度信息。
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