CN106017424A - 一种单人浅水摄影测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种单人浅水摄影测量装置，属于水下摄影测量探测领域。包括相机固定管和与相机固定管相连两根尾管，两根尾管内均安装有一套由电池、防水开关、防水外转子电机构成的动力单元，防水外转子电机固定在尾管末端，防水外转子电机上设有螺旋桨，螺旋桨周围设有涵道壳保护，涵道壳与尾管末端通过涵道壳支架固定在一起，两个尾管之间连接手扶管，手扶管中央安装一组水平泡，相机固定管上等距安装多组防水相机。可以实现无盲区拍摄，覆盖宽度大，可以快速、高效、完整地对清澈浅水区域进行大面积三维测绘。并且体积小、重量轻、便于海洋、航空各种方式运输。

Description

一种单人浅水摄影测量装置
技术领域
本发明属于水下摄影测量探测领域。
背景技术
浅水蕴含大量的人文与自然遗产，包括水下人类建筑遗址、遗迹，以及珊瑚礁、泻湖、淡水湖等自然遗产地或环境保护区，需要进行经常性的监测与保护。
水底测绘有多种方法，包括声呐、激光、水下摄影测量等。其中声呐作用距离远但精度较低，比较适合测量大面积深水区；水下摄影测量精度高、作业成本低，对光照强度有较高要求，因此适用于浅水区测量。一般来说浅水区例如泻湖，通常最大水深不超过10米，在水体清澈的情况下自然光照强度满足摄影测量要求。
摄影测量要求相机按照规则的航线前进并以稳定的自身姿态、角度拍摄，由于大型船只无法进入浅水区，目前浅水摄影测量的实施方法包括：
1.潜水员手持相机游泳过程中拍摄。
2.无人船或水下机器人靠动力推进并装载一个或多个相机拍摄。
3.水面船只底部装相机，拖带拍摄。
目前这三种水下摄影测量方式的问题在于：
人的游泳动作影响相机连续拍摄过程中的姿态稳定。水下机器人的姿态稳定性更好，但仍存在单次拍摄覆盖面积有限的问题，因此适合于单航线、小面积拍摄测绘；在执行大面积遗产测绘时，需要执行往返U型航线，航线之间不容易保持精确且恒定的间距，无法满足摄影测量对重叠率的严格要求。总之，目前绝大多数的水下机器人产品并非为摄影测量专门设计，一般仅能执行小面积特定目标的测量任务。船只安装水下相机进行摄影测量的问题主要是船阴影面积太大，影响摄影测量的彩色数据成果外观，并且船只拍摄无法应对水深变化。水下自然或人文遗产地对测量精度要求高于一般的浅水地形测量。对于建筑遗址要能够看到砖石构件、装饰细节，对于珊瑚等自然物要能够看到细微的生长变化，因此摄影测量的精细度要接近厘米级。船只的近水面拍摄无法满足精度要求。
发明内容
本发明的目的主要目的是：制定一套水下摄影测量方案，可以快速、高效、完整地对清澈浅水区域进行大面积三维测绘，单航线覆盖宽度可达3米以上，对于大面积测区不容易出现遗漏，尤其对于水下自然与人文遗产三维目标的侧表面也能无盲区拍摄。
因该种类型的设备经常需要在各地的环礁湖、泻湖等目标区域间运输，因此设备应体积小、重量轻、便于海洋、航空各种方式运输，为此，本发明提供了一种单人浅水摄影测量装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种单人浅水摄影测量装置，包括相机固定管和与相机固定管相连两根尾管，两根尾管内均安装有一套由电池、防水开关、防水外转子电机构成的动力单元，防水外转子电机固定在尾管末端，防水外转子电机上设有螺旋桨，螺旋桨周围设有涵道壳保护，涵道壳与尾管末端通过涵道壳支架固定在一起，两个尾管之间连接手扶管，手扶管中央安装一组水平泡，相机固定管上等距安装多组防水相机。
进一步的，相机固定管为左、中、右三根，并通过两个主T插连接在一起，连接后的相机固定管两端各用一个水密塞封闭两个端口。
进一步的，所述的防水外转子电机的电极通过电线与防水开关、电池的电极串联。
进一步的，所述的手扶管内和相机固定管内放置细长型的沙袋，以平衡空心管内空气产生的浮力。
进一步的，每一组防水相机由两个相对倾斜的相机组成，各组相机均倾斜向下交叉拍摄。
进一步的，手扶管通过手扶管T插与两个尾管连接。
进一步的，所述的防水开关设置在手扶管T插和涵道壳之间的尾管上。
本发明的优点和有益结果是：
(a)无盲区拍摄。倾斜相机的设计，使相机向两侧倾斜摄影，结合前进过程中的向前移动，可获得目标各个侧立面三维数据，实现无盲区的珊瑚浅水生态区、水下遗址区等起伏表面三维测绘。
(b)阴影影响小。以往人员手持相机拍摄或水下机器人拍摄的方式会产生光影影响，人和机器的阴影映在水底导致摄影测量内业过程中同名点匹配的错误率大大提高。本方案使用细管固定相机以减少设备阴影，并额外设计手扶管，尽可能将人向后移，置人的阴影于镜头视野之外。
(c)覆盖宽度大，更容易保持航带重叠率。和一般的水下机器人相比，由于多个相机连为一排，因此该方案的外业效率很高，一条航线覆盖更大面积区域，使得对水下往返拍摄航向精确性的要求降低。
(d)设备做到最简化，重量轻、体积小、便于运输。本方案构造极简，可拆卸成1米的杆件便于运输，出水后可以方便地去掉配重。
附图说明
图1为本发明俯视图；
图2为本发明前视图；
图3为本发明轴测图；
图4为本发明侧视图；
图5为本发明尾管剖开图；
图6为本发明涵道螺旋桨剖轴测图；
图7为本发明电路示意图；
图8为本发明运输及储存时拆开状态图；
图9为本发明沙袋放入图；
图10为本发明典型实施状态图；
图11为本发明往返拍摄路线示例图。
图中：1.防水开关，2.手扶管T插，3.尾管，4.主T插，5.涵道壳，6.防水相机，7.相机固定管箍，8.相机固定管(左、中、右三根)，9.手扶管，10.水平泡，11.水密塞，12.螺旋桨，13.防水外转子电机，14.电池，15.涵道壳支架，16.电线，17.沙袋。
具体实施方式
参见附图1、3、8，本发明由多个相机、6根长度约1米的空心管与附件组成。三根相机固定管8(左、中、右三根)通过两个主T插4连接在一起，两根尾管3通过主T插4与相机固定管8相连，手扶管9通过手扶管T插2与两个尾管3连接，每根管与T插之间都紧密配合，达到固定与防水的目的。三根相机固定管8连接为一体后，两端各用一个水密塞11封闭空心管的两个端口。
参见附图5和附图6，两个尾管3内均安装有一套由电池14、防水开关1、防水外转子电机13构成的动力单元，防水外转子电机13固定在尾管3末端，电机外转子带动螺旋桨12旋转，螺旋桨12周围有涵道壳5保护，涵道壳5与尾管3末端通过涵道壳支架15固定在一起。防水外转子电机13的电极通过电线16与防水开关1、电池14的电极串联，附图7给出了本发明电路示意图。由附图4可知，本发明将防水开关1设置在手扶管T插2和涵道壳(5)之间的尾管3上，方便作业人员进行打开或关闭该开关的操作。
参见附图1、8、9，本发明手扶管9中央安装一组水平泡10，手扶管9内和相机固定管8内放置细长型的沙袋17，以平衡空心管内空气产生的浮力，使装置的总体比重与水相近。由附图2可知，本发明相机固定管8上等距安装多组防水相机6，每一组由两个相对倾斜的相机6组成。各组相机均倾斜向下拍摄，这样形成交叉视野。
本发明的实施的过程是：
在实施水下作业前，首先从相机固定管8和手扶管9内拿出空的沙袋17，在沙滩上取沙灌入沙袋17，灌沙量根据当地水含盐量确定，以确保装置总体比重与水相近为标准。将沙袋17放回管中后，将该装置从日常储存时的六根管散放状态组装成一个整体，安装防水相机6并开启相机的自动间隔拍摄功能，用水密塞11封闭相机固定管8两端口并放入水中。潜水员按照典型实施状态如附图10所示，开启两个防水开关1并保持双手握持手扶管9，防水外转子电机13联通电池14后驱动螺旋桨12旋转，推动装置向前进，需要左右转弯时只要关闭对应方向的防水开关1即可，单电机推进的偏心力将实施转弯动作。潜水员可以目视水平泡10保证装置基本处于水平状态，并可用脚蹼辅助推进与姿态控制。到达作业区域后，可以按照附图11所示的往返航线覆盖全部区域，航线与航线之间间隔3米。在前进过程中，向左、右下方倾斜并自动间隔拍摄的相机就获取了三米宽度范围内的无盲区立体像对用于摄影测量。
本发明防水相机6的数量和左右倾斜角度不是确定的，可以根据镜头视野、拍摄距离、拍摄对象特点进行调整。
完成水下拍摄后返回岸上，关闭防水相机6并将装置再次拆卸成六个1米左右长度的杆状物，也要将沙袋17从相机固定管8和手扶管9里取出，将袋中沙土倒掉，再将空沙袋放回管内。这些操作都是为了缩小设备的储存体积和重量，便于存放和运输。

Claims (7)

1.一种单人浅水摄影测量装置，其特征是：包括相机固定管(8)和与相机固定管(8)相连两根尾管(3)，两根尾管(3)内均安装有一套由电池(14)、防水开关(1)、防水外转子电机(13)构成的动力单元，防水外转子电机(13)固定在尾管(3)末端，防水外转子电机(13)上设有螺旋桨(12)，螺旋桨(12)周围设有涵道壳(5)保护，涵道壳(5)与尾管(3)末端通过涵道壳支架(15)固定在一起，两个尾管(3)之间连接手扶管(9)，手扶管(9)中央安装一组水平泡(10)，相机固定管(8)上等距安装多组防水相机(6)。
2.根据权利要求1所述的单人浅水摄影测量装置，其特征是：相机固定管(8)为左、中、右三根，并通过两个主T插(4)连接在一起，连接后的相机固定管(8)两端各用一个水密塞(11)封闭两个端口。
3.根据权利要求1所述的单人浅水摄影测量装置，其特征是：防水外转子电机(13)的电极通过电线(16)与防水开关(1)、电池(14)的电极串联。
4.根据权利要求1所述的单人浅水摄影测量装置，其特征是：手扶管(9)内和相机固定管(8)内放置细长型的沙袋(17)，以平衡空心管内空气产生的浮力。
5.根据权利要求1所述的单人浅水摄影测量装置，其特征是：每一组防水相机(16)由两个相对倾斜的相机组成，各组相机均倾斜向下交叉拍摄。
6.根据权利要求1所述的单人浅水摄影测量装置，其特征是：所述的手扶管9通过手扶管T插(2)与两个尾管(3)连接。
7.根据权利要求1或3所述的单人浅水摄影测量装置，其特征是：所述的防水开关(1)设置在手扶管T插(2)和涵道壳(5)之间的尾管(3)上。
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