CN104061910B - 基于gps接收器和双摄像机的森林着火点定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够迅速、准确判断森林着火点位置的基于GPS接收器和双摄像机的森林着火点定位方法。无人机上有第一、二云台、第一、二摄像机、GPS接收器；无人机飞翔时，控制器把第一摄像机拍摄的图像传输到控制中心；如看到第一摄像机拍摄的森林着火图像，无人机悬停；第二云台转动，控制器把第二摄像机拍摄的图像传输到控制中心；如看到第二摄像机拍摄的森林着火图像，第二云台停止转动；控制器测定第二摄像机光轴与XwYwZw大地坐标系中XwYw水平面的夹角B、与线段TS的夹角C、第二摄像机光轴在水平方向上的投影与Yw轴的夹角A、GPS接收器接收到坐标S(XS,YS,ZS)，若第一摄像机光轴与线段TS夹角D；着火点的坐标E（XE，YE，ZE）：XE=LcosAcosB+XS；YE=LsinAcosB+YS；ZE=LsinB+ZS；其中L=MsinD/sin(180°‑C‑D)。
Description
技术领域
本发明涉及对森林的着火点进行快速、准确定位的着火点定位方法。
背景技术
森林着火对森林的危害很大。为了能够及时发现火情，一般在森林里构建瞭望塔，以人工进行定期观察。也有采用带有摄像机的无人机进行巡视的方法，无人机把拍摄的图像传输给控制中心，控制中心再度图像进行技术分析，判断有无着火，如果已经着火，再根据图像与地形图进行比对，判断着火点的位置。这种方法，数据处理量很大，判断时间长，而且得到的着火点位置误差很大，对救火、灭火的作用不大。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够迅速、准确判断森林着火点位置的基于GPS接收器和双摄像机的森林着火点定位方法。
本发明的基于GPS接收器和双摄像机的森林着火点定位方法，在无人机上设置有能上下旋转的第一云台；在第一云台上设置第一摄像机和能够左右旋转的第二云台，第二云台上设置第二摄像机；第二摄像机随第二云台转动时，第二摄像机光轴与第一摄像机光轴始终共面；第一摄像机和第二摄像机相连而成的线段TS长度为M；在第二云台上设置有GPS接收器；用于与地面的控制中心的进行无线通讯的控制器分别与驱动第一云台和第二云台动作的第一、二驱动器、控制无人机动作的驾驶中心、第一摄像机、第二摄像机、GPS接收器电连接；所述着火点定位方法是：
在无人机在森林上方飞翔时，通过第一摄像机对森林摄像，并通过控制器把第一摄像机拍摄的图像实时传输到控制中心；
如果在控制中心看到第一摄像机拍摄的森林着火的图像，以控制中心向驾驶中心发送指令，让无人机悬停；以控制中心向控制器发送指令，控制第二云台转动，同时通过第二摄像机对森林摄像，并通过控制器把第二摄像机拍摄的图像实时传输到控制中心；如果在控制中心看到第二摄像机拍摄的森林着火的图像，以控制中心向控制器发送指令，让第二云台停止转动；
控制器测定第二摄像机光轴与XwYwZw大地坐标系中XwYw水平面的夹角B、第二摄像机光轴在水平方向上的投影与Yw轴的夹角A、第二摄像机光轴与线段TS的夹角C, GPS接收器接收到在XwYwZw大地坐标系中坐标S(XS,YS,ZS)，若第一摄像机光轴与线段TS的夹角D；
以下式计算出着火点的坐标E（XE，YE，ZE）：
XE=LcosAcosB+XS
YE=LsinAcosB+YS
ZE=LsinB+ZS；
其中L=MsinD/sin(180°-C-D) 。
上述的森林着火点定位方法，把夹角C、夹角B、夹角A、XS值、YS值、ZS值通过控制器发送至控制中心，在控制中心计算出着火点的坐标E（XE，YE，ZE）并显示。
上述的森林着火点定位方法，GPS接收器设置与第二摄像机上，并位于第二摄像机光轴上。这样，能够进一步减小定位的误差。
本发明的有益效果:本发明把GPS接收器、两个摄像机、云台等有机的融合在无人机上，控制器测定第二摄像机光轴与XwYwZw大地坐标系中的XwYw水平面的夹角B、第二摄像机光轴在水平方向上的投影与Yw轴的夹角A、第二摄像机光轴与线段TS的夹角C, GPS接收器接收到在XwYwZw大地坐标系中坐标S(XS,YS,ZS)，在根据已知的第一摄像机光轴与线段TS的夹角D和线段TS长度M；即可快速计算得到着火点的坐标。该方法能够快速发现火情，及时得到着火点的确切位置，为救火提供有力支持，能够减小火灾造成的损失。
附图说明
图1是本发明中使用的无人机（含有GPS接收器、第一摄像机、第二摄像机、第一云台、第二云台）的框图；
图2是GPS接收器（第二摄像机）所在的S点、第一摄像机所在的T点和着火点E点的空间位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
参见图1，在受地面遥控的无人驾驶飞机（无人机）上设置控制器和能绕XwYwZw大地坐标系中的XwZw（或者YwZw）平面内上下旋转的第一云台；在第一云台上固定第一摄像机，然够绕Zw左右旋转的第二云台设置在第一云台上。在云台上固定有第二摄像机；GPS接收器与第二摄像机相连，并位于第二摄像机的光轴上。第二摄像机随第二云台转动时，第二摄像机光轴与第一摄像机光轴始终共面。第一摄像机所在的T点和第二摄像机所在的S点相连而成的线段TS长度为M。第二摄像机光轴与线段TS之间的夹角为D。控制器用于与地面的控制中心进行无线通讯，控制器分别与驱动第一、二云台动作的第一、二驱动器、控制无人机动作的驾驶中心、第一、二摄像机、GPS接收器电连接。
第一云台在第一驱动器的驱动下上下旋转，固定在第一云台上的第一摄像机、第二云台（及其上的第二摄像机、GPS接收器）一起随第一云台动作。第二云台在第二驱动器的驱动下绕Zw左右旋转，固定在第二云台上第二摄像机随第二云台动作。第二云台的左右旋转角度和第一云台的上下旋转角度是由控制中心控制的，控制中心把需要第二云台左右旋转的角度通过控制器发送给第二驱动器，把需要第一云台上下旋转的角度通过控制器发送给第一驱动器，第一、二驱动器按照接收的指令驱动第一、二云台转动。控制器能够实时计算出第二摄像机光轴SE与XwYwZw大地坐标系中XwYw水平面的夹角B、第二摄像机光轴SE在水平方向上的投影SF与Yw轴的夹角A、第二摄像机光轴SE与线段TS的夹角C。
以控制中心向驾驶中心发送指令，通过驾驶中心控制无人机在森林上方飞翔。
在无人机在森林上方飞翔时，以第一驱动器控制第一云台有规律的动作，并通过第一摄像机对森林摄像，并通过控制器把第一摄像机拍摄的图像实时无线传输到控制中心。
如果在控制中心看到第一摄像机拍摄的森林着火的图像，以控制中心向驾驶中心发送指令，让无人机悬停；以控制中心向控制器发送指令，通过第二驱动器驱动第二云台转动，同时通过第二摄像机对森林摄像，并通过控制器把第二摄像机拍摄的图像实时传输到控制中心；如果在控制中心看到第二摄像机拍摄的森林着火的图像，以控制中心向控制器发送指令，通过第二驱动器让第二云台停止转动。
着火点E同时位于第一摄像机和第二摄像机的光轴上。
参见图2，通过GPS接收器接收到GPS接收器在XwYwZw大地坐标系中坐标S(XS,YS,ZS)。由于GPS接收器、第二摄像机之间距离很小，可以认为GPS接收器、第二摄像机均位于S点。通过控制器得到第二摄像机光轴SE与XwYwZw大地坐标系中XwYw水平面的夹角B、第二摄像机光轴SE在水平方向上的投影SF与Yw轴的夹角A、第二摄像机光轴SE与线段TS的夹角C。
把夹角C、夹角B、夹角A、XS值、YS值、ZS值通过控制器发送至控制中心，再加上线段TS长度M、第一摄像机光轴TE与线段TS的夹角D均是已知的。在控制中心以下式计算出着火点的坐标E（XE，YE，ZE）并显示。
XE=LcosAcosB+XS
YE=LsinAcosB+YS
ZE=LsinB+ZS；
其中：L= L=MsinD/sin(180°-C-D) 。
Claims (2)
1.基于GPS接收器和双摄像机的森林着火点定位方法，其特征是：在无人机上设置有能上下旋转的第一云台；在第一云台上设置第一摄像机和能够左右旋转的第二云台，第二云台上固定第二摄像机；第二摄像机随第二云台转动时，第二摄像机光轴与第一摄像机光轴始终共面；第一摄像机和第二摄像机相连而成的线段TS长度为M；GPS接收器与第二摄像机相连，并位于第二摄像机的光轴上；用于与地面的控制中心的进行无线通讯的控制器分别与驱动第一、二云台动作的第一、二驱动器、控制无人机动作的驾驶中心、第一摄像机、第二摄像机、GPS接收器电连接；所述着火点定位方法是：
在无人机在森林上方飞翔时，通过第一摄像机对森林摄像，并通过控制器把第一摄像机拍摄的图像实时传输到控制中心；
如果在控制中心看到第一摄像机拍摄的森林着火的图像，以控制中心向驾驶中心发送指令，让无人机悬停；以控制中心向控制器发送指令，控制第二云台转动，同时通过第二摄像机对森林摄像，并通过控制器把第二摄像机拍摄的图像实时传输到控制中心；如果在控制中心看到第二摄像机拍摄的森林着火的图像，以控制中心向控制器发送指令，让第二云台停止转动；
控制器测定第二摄像机光轴与XwYwZw大地坐标系中XwYw水平面的夹角B、第二摄像机光轴在水平方向上的投影与Yw轴的夹角A、第二摄像机光轴与线段TS的夹角C, GPS接收器接收到在XwYwZw大地坐标系中坐标S(XS,YS,ZS)，若第一摄像机光轴与线段TS的夹角D；
以下式计算出着火点的坐标E（XE，YE，ZE）：
XE=LcosAcosB+XS
YE=LsinAcosB+YS
ZE=LsinB+ZS；
其中L=MsinD/sin(180°-C-D) 。
2.如权利要求1所述的森林着火点定位方法，其特征是：把夹角C、夹角B、夹角A、XS值、YS值、ZS值通过控制器发送至控制中心，在控制中心计算出着火点的坐标E（XE，YE，ZE）并显示。
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