CN105611277B - 一种基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统，包括无障碍导航飞艇、飞艇无线通信模块、摄像系统和视频地图服务器，所述飞艇无线通信模块和摄像系统设置于无障碍导航飞艇上，所述摄像系统通过飞艇无线通信模块与视频地图服务器连接，所述摄像系统用于拍摄飞艇的飞行视频数据，记录飞艇的时间及空间信息，并通过飞艇无线通信模块将拍摄的视频数据和时间及空间信息发送至视频地图服务器；所述视频地图服务器用于根据视频数据与时空坐标信息自动绘制视频地图。本发明通过在旋翼飞艇上安装摄像系统进行室内(外)立体空间视频采集并形成视频地图，替代无人机摄像，具有安全、稳定、持续、高质量、自动控制等优点。

Description

一种基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统
技术领域
本发明属于飞行器技术领域，尤其涉及一种基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统。
背景技术
飞艇作为一种被广泛使用的航空器，具有空中悬浮能力，而且操作驾驶简单方便，能够在低空低速飞行，安全性能较好，对起落的场地要求不高，运营成本也比较低，且易于维护保养。
现有的通过飞艇拍摄的视频数据无空间位置信息，无法利用飞艇拍摄的视频数据制作视频地图。
发明内容
本发明提供了一种基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述问题。
本发明实现方式如下：一种基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统，包括无障碍导航飞艇、飞艇无线通信模块、摄像系统和视频地图服务器，所述飞艇无线通信模块和摄像系统设置于无障碍导航飞艇上，所述摄像系统通过飞艇无线通信模块与视频地图服务器连接，所述摄像系统用于拍摄飞艇的飞行视频数据，记录飞艇的时间及空间信息，并通过飞艇无线通信模块将拍摄的视频数据和时间及空间信息发送至视频地图服务器；所述视频地图服务器用于根据视频数据与时空坐标信息自动绘制视频地图。
本发明实施例采取的技术方案还包括：所述摄像系统包括视频拍摄模块、坐标记录模块和数据发送模块；
所述视频拍摄模块用于根据旋翼飞艇的飞行规则对飞行区域进行立体覆盖式视频拍摄扫描；
所述坐标记录模块用于在拍摄视频时同步记录旋翼飞艇的时间及空间信息；
所述数据发送模块用于通过飞艇无线通信模块将拍摄的视频数据和时间及空间信息发送至视频地图服务器。
本发明实施例采取的技术方案还包括：所述视频地图服务器绘制视频地图的绘制方式为：接收并存储视频数据与时空坐标信息，对视频数据进行分析及GIS处理后，自动生成室内(外)三维视频地图；所述三维视频地图中包括静态环境及动态目标。
本发明实施例采取的技术方案还包括：所述视频数据和时间及空间信息的发送方式包括无线电数据链、WIFI或数据卡。
本发明实施例采取的技术方案还包括：还包括定位导航系统，所述定位导航系统包括飞艇定位导航模块、地面定位控制点模块和地面导航服务器；所述飞艇定位导航模块设置于无障碍导航飞艇上，所述地面定位控制点模块设置于室内(外)的多个关键位置，具有精确空间坐标值；
所述飞艇定位导航模块用于对飞艇进行空间定位，动态获取无障碍导航飞艇位置信息，通过与地面定位控制点模块进行通信连接，利用三角测量原理获取自身位置信息并将该位置信息及时间发送至地面导航服务器；
所述地面定位控制点模块用于与飞艇定位导航模块进行通信连接，交换位置信息，并与地面导航服务器进行实时通信与数据传输；
所述地面导航服务器信号连接于飞艇定位导航模块和地面定位控制点模块，通过内置程序计算飞艇定位导航模块及地面定位控制点模块的相对位置，获取无障碍导航飞艇空间信息，根据飞艇位置信息、控制点坐标及规划路径进行三维导航。
本发明实施例采取的技术方案还包括：所述无障碍导航飞艇上还设有碰撞感应模块、动力控制模块和超声波发射感应模块，所述碰撞感应模块用于检测碰撞信号，并将碰撞信号传输至动力控制模块；所述超声波发射感应模块用于侦测无障碍导航飞艇四周的障碍物，发现障碍物则将障碍物及其距离信号传输至动力控制模块；所述动力控制模块根据碰撞信号或障碍物及其距离信号自动调整无障碍导航飞艇的动力、飞行姿态及飞行方向。
本发明实施例采取的技术方案还包括：还包括无线通信系统，所述无线通信系统包括飞艇无线通信模块和地面无线通信模块，所述飞艇无线通信模块与动力控制模块相集成；所述无线通信系统用于完成地面站到无障碍导航飞艇的遥控指令的发送接收，以及无障碍导航飞艇到地面站的遥测数据或视频图像的发送接收，并将地面站的遥控指令传输至动力控制模块，所述动力控制模块根据地面站的遥控指令调整无障碍导航飞艇的动力、飞行姿态及飞行方向。
本发明实施例采取的技术方案还包括：所述定位导航模块的导航方式为：地面导航服务器向飞艇无线通信模块发送导航信息，飞艇无线通信模块将导航信息传输至动力控制模块，动力控制模块根据导航信息控制无障碍导航飞艇前后、上下、左右、快慢运动模式，实现三维导航飞行；或通过地面无线通信模块发送人工指令进行遥控飞行。
本发明实施例采取的技术方案还包括：所述无线通信系统采用WIFI连接或无线电数据链路，所述无线电数据链路分为上行链路和下行链路，上行链路完成地面站到飞艇遥控指令的发送接收，下行链路完成飞艇到地面站的遥测数据或视频图像的发送接收，并根据定位信息的传输，利用上下行链路进行测距。
本发明实施例采取的技术方案还包括：所述摄像系统包括多个摄像装置，所述多个摄像装置安装在无障碍导航飞艇的不同位置；所述视频地图服务器根据视频数据与时空坐标信息自动生成室内(外)三维视频地图具体包括：获取所述摄像装置位置坐标，并根据其拍摄参数进行视频空间标定，将拍摄视频数据投影到现实地理空间；在所述视频数据中增加空间位置信息，形成飞行定位视频；将所述飞行定位视频分时段按照其拍摄坐标点位置立体投影到电子地图相应位置的立体球形坐标系上，形成三维视频地图。
本发明实施例的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统通过定位导航系统动态获取无障碍导航飞艇的位置信息，并根据位置信息、控制点坐标及规划线路进行室内(外)三维导航，实现人工控制+地图导航相结合的三维、智能、无障碍飞行；通过增加碰撞感应、超声波发射感应模块，在飞行过程中自动侦测及避让障碍物，或在发生碰撞后自动调整飞行路线，从而有效避免坠落、中断及损坏，实现了自主智能，使无障碍导航飞艇能够克服外部约束，在室内(外)开展无障碍、定点、定向、基于规划线路的三维自动导航飞行，在此基础上通过在旋翼飞艇上安装摄像系统进行室内(外)立体空间视频采集并形成视频地图，替代无人机摄像，具有安全、稳定、持续、高质量、自动控制等优点。
附图说明
图1是本发明实施例的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，是本发明实施例的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统的结构示意图。本发明实施例的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统包括飞艇、定位导航系统、无线通信系统、摄像系统和视频地图服务器；其中，定位导航系统由飞艇定位导航模块、地面定位控制点模块、地面导航服务器组成，无线通信系统由飞艇无线通信模块及地面无线通信模块组成，飞艇定位导航模块、飞艇无线通信模块和摄像系统分别设置于飞艇上，且飞艇定位导航模块通过地面无线通信模块与地面导航服务器相连，摄像系统通过飞艇无线通信模块与视频地图服务器连接；定位导航系统用于动态获取飞艇飞行中位置信息，根据自身位置信息、控制点坐标及规划线路实现室内(外)三维导航飞行或人工控制飞行；摄像系统用于根据飞艇的飞行规则进行视频拍摄扫描，记录飞艇的时间及空间信息，并通过飞艇无线通信模块将拍摄的视频数据和时间及空间信息发送至视频地图服务器，摄像系统包括多个摄像装置，多个摄像装置安装在无障碍导航飞艇的不同位置；视频地图服务器用于根据视频数据与时空坐标信息自动生成室内(外)三维视频地图。
无障碍导航飞艇上还设有碰撞感应模块、超声波发射感应模块及动力控制模块，碰撞感应模块、超声波发射感应模块和飞艇无线通信模块分别与动力控制模块相集成，定位导航模块与飞艇无线通信模块及动力控制模块连接；具体地，
碰撞感应模块设置于飞艇艇囊外侧的多个突出部位，用于在发生碰撞时检测碰撞信号，并将碰撞信号传输至动力控制模块，动力控制模块根据碰撞信号自动调整飞艇动力、飞行姿态及飞行方向；在本发明实施例中，飞艇的旋翼四周还设有碳纤维护栏，碰撞感应模块还设置于碳纤维护栏的突出部位上，通过碳纤维护栏保护旋翼，避免碰撞导致损坏。
超声波发射感应模块设置于飞艇的前后部位，用于侦测飞艇四周一定范围内的障碍物，发现障碍物则将障碍物及距离信号传输至动力控制模块，动力控制模块根据障碍物及距离信号自动改变飞行姿态及路线，使飞艇及时避让碰撞。
无线通信系统用于完成地面站到飞艇的遥控指令的发送接收，以及飞艇到地面站的位置数据或视频图像的发送接收，并将地面站的遥控指令传输至动力控制模块，动力控制模块根据地面站的遥控指令调整飞艇动力、飞行姿态及飞行方向，实现飞艇人工控制；其中，无线通信系统可采用WIFI连接或无线电数据链路，后者作为多模式通信系统，分为上行链路和下行链路，上行链路完成地面站到飞艇遥控指令的发送接收，下行链路完成飞艇到地面站的遥测数据或视频图像的发送接收，并根据定位信息的传输，利用上下行链路进行测距；无线电数据链路的调制模式包括2FSK、BPSK、OFDM及直接扩频等。
定位导航系统包括飞艇定位导航模块、地面定位控制点模块和地面导航服务器，飞艇定位导航模块设置于无障碍导航飞艇上，地面定位控制点模块设置于室内(外)的多个关键位置，具有精确空间坐标值；具体地：
飞艇定位导航模块用于对飞艇进行空间定位，动态获取无障碍导航飞艇位置信息，通过与地面定位控制点模块进行通信连接，利用三角测量原理获取自身位置信息并将该位置信息及时间发送至地面导航服务器；
地面定位控制点模块用于与飞艇定位导航模块进行通信连接，交换位置信息，并与地面导航服务器进行实时通信与数据传输；
地面导航服务器信号连接于飞艇定位导航模块和地面定位控制点模块，且以三点定位为基础，通过内置程序计算飞艇定位导航模块及地面定位控制点模块的相对位置，从而获取无障碍导航飞艇空间信息。地面导航服务器根据飞艇位置信息、控制点坐标及规划路径进行三维导航，具体方式为：地面导航服务器向飞艇无线通信模块发送导航信息，飞艇无线通信模块将导航信息传输至动力控制模块，动力控制模块根据导航信息控制无障碍导航飞艇前后、上下、左右、快慢等运动模式，实现三维导航飞行；或通过地面无线通信模块发送人工指令进行遥控飞行；在本发明实施例中，室内导航定位方式包括手机基站、伪卫星、无线局域网、射频标签、超宽带无线电、超声波等；室外导航定位方式包括GPS、北斗或基站等，以及上述室内定位方式的室外应用。
摄像系统包括视频拍摄模块、坐标记录模块和数据发送模块；
视频拍摄模块用于根据旋翼飞艇的飞行规则对室内(外)区域进行立体覆盖式视频拍摄扫描(可通过门廊、窗口穿越不同房间)；
坐标记录模块用于在拍摄视频时同步记录旋翼飞艇的时间及空间信息(四维坐标)；
数据发送模块用于通过飞艇无线通信模块将拍摄的视频数据和时间及空间信息发送至视频地图服务器；其中，视频数据和时间及空间信息的发送方式包括无线电数据链、WIFI或数据卡等方式。
视频地图服务器用于接收并存储视频数据与时空坐标信息，对视频数据进行分析及GIS(Geographic Information System，地理信息系统)处理后，自动生成室内(外)三维视频地图；其中，三维视频地图中包括静态环境及动态目标。视频地图服务器用于根据视频数据与时空坐标信息自动生成室内(外)三维视频地图具体包括：
步骤a：获取飞艇摄像装置位置坐标，并根据其拍摄参数进行视频空间标定，将拍摄视频数据(内容)投影到现实地理空间；
其中，步骤a包括：获取飞艇摄像装置拍摄视频时的地理坐标；以摄像装置为中心，根据摄像范围，建立摄像系统的空间坐标系；选择特征点进行测绘，获取特征点的地理坐标，并对应特征点在摄像系统的成像矩阵中的像素值；以上述特征点为控制点，进行投影变换与坐标转换，使成像矩阵中的其他地面像素点具有相应地理坐标值。
步骤b：在所述视频数据中增加空间位置信息，形成飞行定位视频；
其中，步骤b包括：获取所述视频数据飞行采集点的地理位置信息数据；将所述地理位置信息数据插入所述视频数据的文件头保留字段中；以所述地理位置信息数据为索引，建立基于空间位置查询、聚类以及关联分析的视频文件数据库。
步骤c：将所述飞行定位视频分时段按照其拍摄坐标点位置立体投影到电子地图相应位置的立体球形坐标系上，形成三维视频地图；
其中，步骤c包括：将所述飞行定位视频分解为多帧街景图片，并投影到球形坐标系上；将所述多帧街景图片进行叠加，并在所述多帧街景图片之间建立视频流通道；在所述球形坐标系上，按照所述视频流通道连续播放所述多帧街景图片。
本发明实施例的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统通过定位导航系统动态获取无障碍导航飞艇的位置信息，并根据位置信息、控制点坐标及规划线路进行室内(外)三维导航，实现人工控制+地图导航相结合的三维、智能、无障碍飞行；通过增加碰撞感应、超声波发射感应模块，在飞行过程中自动侦测及避让障碍物，或在发生碰撞后自动调整飞行路线，从而有效避免坠落、中断及损坏，实现了自主智能，使无障碍导航飞艇能够克服外部约束，在室内(外)开展无障碍、定点、定向、基于规划线路的三维自动导航飞行，在此基础上通过在旋翼飞艇上安装摄像系统进行室内(外)立体空间视频采集并形成视频地图，替代无人机摄像，具有安全、稳定、持续、高质量、自动控制等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统，包括无障碍导航飞艇，其特征在于，还包括飞艇无线通信模块、摄像系统和视频地图服务器，所述飞艇无线通信模块和摄像系统设置于无障碍导航飞艇上，所述摄像系统通过飞艇无线通信模块与视频地图服务器连接，所述摄像系统用于拍摄飞艇的飞行视频数据，记录飞艇的时间及空间信息，并通过飞艇无线通信模块将拍摄的视频数据和时间及空间信息发送至视频地图服务器；所述视频地图服务器用于根据视频数据与时空坐标信息自动绘制视频地图；
所述无障碍导航飞艇上还设有碰撞感应模块、动力控制模块和超声波发射感应模块，所述碰撞感应模块用于检测碰撞信号，并将碰撞信号传输至动力控制模块；所述超声波发射感应模块用于侦测无障碍导航飞艇四周的障碍物，发现障碍物则将障碍物及其距离信号传输至动力控制模块；所述动力控制模块根据碰撞信号或障碍物及其距离信号自动调整无障碍导航飞艇的动力、飞行姿态及飞行方向；
所述摄像系统包括多个摄像装置，所述多个摄像装置安装在无障碍导航飞艇的不同位置；所述视频地图服务器根据视频数据与时空坐标信息自动生成室内外三维视频地图具体包括：获取所述摄像装置位置坐标，并根据其拍摄参数进行视频空间标定，将拍摄视频数据投影到现实地理空间；在所述视频数据中增加空间位置信息，形成飞行定位视频；将所述飞行定位视频分时段按照其拍摄坐标点位置立体投影到电子地图相应位置的立体球形坐标系上，形成三维视频地图。
2.根据权利要求1所述的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统，其特征在于，所述摄像系统包括视频拍摄模块、坐标记录模块和数据发送模块；
所述视频拍摄模块用于根据旋翼飞艇的飞行规则对飞行区域进行立体覆盖式视频拍摄扫描；
所述坐标记录模块用于在拍摄视频时同步记录旋翼飞艇的时间及空间信息；
所述数据发送模块用于通过飞艇无线通信模块将拍摄的视频数据和时间及空间信息发送至视频地图服务器。
3.根据权利要求2所述的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统，其特征在于，所述视频地图服务器绘制视频地图的绘制方式为：接收并存储视频数据与时空坐标信息，对视频数据进行分析及GIS处理后，自动生成室内外三维视频地图；所述三维视频地图中包括静态环境及动态目标。
4.根据权利要求3所述的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统，其特征在于，所述视频数据和时间及空间信息的发送方式包括无线电数据链、WIFI或数据卡。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统，其特征在于，还包括定位导航系统，所述定位导航系统包括飞艇定位导航模块、地面定位控制点模块和地面导航服务器；所述飞艇定位导航模块设置于无障碍导航飞艇上，所述地面定位控制点模块设置于室内外的多个关键位置，具有精确空间坐标值；
所述飞艇定位导航模块用于对飞艇进行空间定位，动态获取无障碍导航飞艇位置信息，通过与地面定位控制点模块进行通信连接，利用三角测量原理获取自身位置信息并将该位置信息及时间发送至地面导航服务器；
所述地面定位控制点模块用于与飞艇定位导航模块进行通信连接，交换位置信息，并与地面导航服务器进行实时通信与数据传输；
所述地面导航服务器信号连接于飞艇定位导航模块和地面定位控制点模块，通过内置程序计算飞艇定位导航模块及地面定位控制点模块的相对位置，获取无障碍导航飞艇空间信息，根据飞艇位置信息、控制点坐标及规划路径进行三维导航。
6.根据权利要求5所述的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统，其特征在于，还包括无线通信系统，所述无线通信系统包括飞艇无线通信模块和地面无线通信模块，所述飞艇无线通信模块与动力控制模块相集成；所述无线通信系统用于完成地面站到无障碍导航飞艇的遥控指令的发送接收，以及无障碍导航飞艇到地面站的遥测数据或视频图像的发送接收，并将地面站的遥控指令传输至动力控制模块，所述动力控制模块根据地面站的遥控指令调整无障碍导航飞艇的动力、飞行姿态及飞行方向。
7.根据权利要求5所述的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统，其特征在于，所述定位导航模块的导航方式为：地面导航服务器向飞艇无线通信模块发送导航信息，飞艇无线通信模块将导航信息传输至动力控制模块，动力控制模块根据导航信息控制无障碍导航飞艇前后、上下、左右、快慢运动模式，实现三维导航飞行；或通过地面无线通信模块发送人工指令进行遥控飞行。
8.根据权利要求7所述的基于无障碍导航飞艇的视频地图绘制系统，其特征在于，所述无线通信系统采用WIFI连接或无线电数据链路，所述无线电数据链路分为上行链路和下行链路，上行链路完成地面站到飞艇遥控指令的发送接收，下行链路完成飞艇到地面站的遥测数据或视频图像的发送接收，并根据定位信息的传输，利用上下行链路进行测距。
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