CN103499346A - 一种小型无人机地面站三维导航地图实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型无人机地面站三维导航地图设计方法，包括基于Google Earth API的地图数据获取、地理坐标转换以及导航功能实现方法。使用Google earth API实现了将飞行区域的网络地图数据保存到本地二维数组中；使用三维绘图接口将地图数据绘制在地面站导航地图区形成三维地图；通过在本地地图数据中查询无人机飞行航点位置并在三维地图中绘制，实现三维地图导航功能。通过该方法，能够为小型无人机地面站提供低成本的三维导航地图，提高了地图显示直观性与无人机在复杂地势条件下的飞行安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维导航地图设计方法，主要应用于小型无人机地面站领域。
背景技术
无人机驾驶飞机简称无人机，是一种动力驱动的、无线电操控或者自主控制的不载人飞行器。其中小型无人机一般指起飞重量小于10KG的无人机，由于其具有体积小、重量轻、操作灵活以及可搭载任务平台等诸多特点，近年来小型无人机在军事侦察、地质测绘、灾情监测和航空拍摄等方面发挥着越来越多的作用，显示出巨大的应用前景。无人机地面站是无人机的控制中心，主要完成实时采集、分析遥测数据，发送遥控指令，显示飞行状态等功能，是无人机系统的核心部分。
导航地图是无人机地面站的重要组成部分，无人机大部分时间在视距外工作，地面站操作者必须通过导航地图确定无人机的飞行位置。现在普遍使用的小型无人机地面站中，一般使用第三方提供的二维地图控件实现导航地图功能，地图控件需要一定的授权费用；在越来越多的无人机应用中，二维导航地图已经逐渐不能满足需求。
目前Google Earth提供了覆盖全球的高精度三维地图，可以满足无人机三维导航地图的要求，但使用Google Earth三维地图需要保持网络连接，不适于离线应用
发明内容
本发明旨在提供一种小型无人机地面站三维导航地图设计方法，所要解决的技术问题是，首先获取三维导航地图的网络地图数据，之后根据地图数据在地面站绘制本地三维导航地图，在不提高地面站开发成本的前提下，提高地面站导航地图显示直观性和无人机在复杂地势条件下的飞行安全性。
为实现上述目的，本发明通过三维导航地图提供的二次开发接口API(应用程序编程接口,Application Programming Interface)获取Google Earth网络地图数据，并保存在二维数组中，数组的每个单元保存每个地图节点的地理坐标，包括经度、纬度和高度；使用保存的地图数据，通过三维绘图接口在地面站导航地图区域绘制三维地图；地面站接收到无人机位置信息后，在三维地图上绘制无人机航迹和模型，实现地面站三维导航地图功能。
一种小型无人机地面站三维导航地图实现方法具体步骤是：
步骤一：在三维导航地图窗口选定无人机飞行区域，确定地图窗口屏幕坐标范围。比如选定某大学图书馆后面的操场区域，图1中方框所选区域。将无人机飞行区域栅格化，横竖线交点对应一个像素点，栅格密度越大，对应精度越高。通过三维导航地图的API提供的查询地理信息接口，查询飞行区域屏幕坐标范围内，每个像素点对应地图上的地理坐标，包括经度、纬度和地表海拔高度，将查询结构保存到二维数组中，每个像素点的地理坐标保存为一个数据单元，数组行数为飞行区域屏幕横坐标范围，数组列数为飞行区域屏幕纵坐标范围。如图2所示，方框里面的像素点对应经度、纬度和地表海拔高度。
步骤二：以二维数组中保存的飞行区域地图数据为原始数据，使用三维绘图接口在地面站导航地图区绘制三维地图。以二维数组中每个单元的数据作为绘图数据顶点，单元所在行的位置作为顶点X轴坐标，单元所在列的位置作为顶点Y轴坐标，单元内保存的地表海拔高度转换为屏幕坐标后作为顶点Z轴坐标，使用数据顶点构建三角形地表面片，形成飞行区域完整三维地图。如图3所示，将根据保存的像素点信息绘制本地三维地图。
步骤三：将地面站接收到的无人机位置信息加入到航线中，在二维数组中查询航线中每个航点，绘制无人机三维航迹和无人机三维模型。在二维数组中按行查询航点经度坐标，查询结果作为航点屏幕坐标的X轴坐标；在二维数组中按列查询航点纬度坐标，查询结果作为航点屏幕坐标的Y轴坐标；无人机的飞行高度转换为屏幕坐标后作为航点屏幕坐标的Z轴坐标；按照每个航点的屏幕坐标在三维地图上绘制无人机飞行航迹，按照当前航点屏幕坐标在三维地图上绘制无人机三维模型。如图4所示，根据无人机的位置信息在某大学图书馆后面的操场区域绘制无人机三维航迹和无人机三维模型。
本发明的特点在于：
1.构建了低成本，易于维护的小型无人机地面站三维导航地图。
2.相对于传统的二维导航地图，三维导航地图显示效果更为直观，可以提高无人机在复杂地势条件下的飞行安全性。
附图说明：
图1地图窗口屏幕坐标范围。
图2栅格化后的地图。
图3绘制的本地三维导航地图。
图4无人机显示在本地三维导航示例图。
图5为本发明执行步骤。
图6为三维地图导航功能实现流程
具体实施方式：
下面结合附图和具体Google Earth地图实施示例对本发明做进一步说明：
如图5本发明执行流程如下：通过Google Earth地图提供的二次开发接口Google Earth API获取Google Earth网络地图数据，并保存在二维数组中，数组的每个单元保存每个地图节点的地理坐标，包括经度、纬度和高度；使用保存的地图数据，通过三维绘图接口在地面站导航地图区域绘制三维地图；地面站接收到无人机位置信息后，在三维地图上绘制无人机航迹和模型，实现地面站三维导航地图功能。
如前所述，使用Google Earth API获取三维地图数据，需要将Google Earth地图嵌入到地图数据获取软件界面中，涉及到MFC类库中CDHtmlDialog对话框的使用。主要操作为：首先以CDHtmlDialog为基类建立对话框类，并在对话框的HTML文件中加入Google Earth API相关代码；设计CDHtmlDialog对话框与HTML网页中Google Earth API Javascript函数的交互过程；通过对话框与网页的交互，完成Google Earth地图的嵌入。
在软件中嵌入Google Earth地图后，通过Google Earth提供的开放接口API查询地图中的地理位置信息：
1.将Google Earth地图窗口转到飞行区域；
2.使用Google Earth API提供的hitTest方法查询当屏幕坐标对应的地图地理坐标，可以查询到当前地点的经度、纬度和地表高度；
3.依次查询飞行地图区域内所有屏幕坐标对应的地理坐标，并将其保存在二维数组内。
根据以获取的地图数据，本发明使用以下步骤绘制三维导航地图：
1.以二维数组中每个单元的数据作为绘图数据顶点，单元所在行的位置作为顶点X轴坐标，单元所在列位置作为顶点Y轴坐标，单元内保存的地表海拔高度转换为屏幕坐标后作为顶点Z轴坐标，使用数据顶点构建三角形地表面片；
2.使用三维绘图接口Direct3D提供的DrawPrimitive并传递D3DPT_TRIANGLELIST参数以绘制上一步中的所有三角形面片。
3.设置地表颜色和纹理，使用坐标变换调整视角，形成飞行区域完整三维导航地图。
如图6所示，根据已绘制的三维地图，结合地面站接收到的无人机飞行数据，本发明通过以下方法完成地面站三维地图导航功能：
1.将地面站接收到的无人机位置信息加入到队列中，作为航线；
2.从航点队列中依次取出航点数据，在保存地图数据的二维数组中按行查询航点经度坐标，查询结果作为航点屏幕坐标的X轴坐标；在二维数组中按列查询航点纬度坐标，查询结果作为航点屏幕坐标的Y轴坐标；无人机的飞行高度转换为屏幕坐标后作为航点屏幕坐标的Z轴坐标；
3.按照每个航点的屏幕坐标在三维地图上绘制无人机飞行航迹，按照当前航点的屏幕坐标在三维地图上绘制无人机三维模型，完成地图导航功能。
Claims (2)
1.一种小型无人机地面站三维导航地图设计方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：在三维导航地图窗口选定无人机飞行区域，确定地图窗口屏幕坐标范围；将无人机飞行区域栅格化，横竖线交点对应一个像素点；通过三维导航地图的API提供的查询地理信息接口，查询飞行区域屏幕坐标范围内，每个像素点对应地图上的地理坐标，包括经度、纬度和地表海拔高度，将查询结构保存到二维数组中，每个像素点的地理坐标保存为一个数据单元，数组行数为飞行区域屏幕横坐标范围，数组列数为飞行区域屏幕纵坐标范围；
步骤二：以二维数组中保存的飞行区域地图数据为原始数据，使用三维绘图接口在地面站导航地图区绘制三维地图；以二维数组中每个单元的数据作为绘图数据顶点，单元所在行的位置作为顶点X轴坐标，单元所在列位置作为顶点Y轴坐标，单元内保存的地表海拔高度转换为屏幕坐标后作为顶点Z轴坐标，使用数据顶点构建三角形地表面片，形成飞行区域完整三维地图；
步骤三：将地面站接收到的无人机位置信息加入到航线中，在二维数组中查询航线中每个航点，绘制无人机三维航迹和无人机三维模型；在二维数组中按行查询航点经度坐标，查询结果作为航点屏幕坐标的X轴坐标；在二维数组中按列查询航点纬度坐标，查询结果作为航点屏幕坐标的Y轴坐标；无人机的飞行高度转换为屏幕坐标后作为航点屏幕坐标的Z轴坐标；按照每个航点的屏幕坐标在三维地图上绘制无人机飞行航迹，按照当前航点屏幕坐标在三维地图上绘制无人机三维模型。
2.根据权利要求1所述的一种小型无人机地面站三维导航地图设计方法，其特征在于，所述的三维导航地图是Google Earth地图。
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Granted publication date: 20160511 Termination date: 20210929 |
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