CN106052648B - 一种轻小型倾斜摄影测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量系统及方法，属于地理信息测绘技术领域，具体涉及一种轻小型倾斜摄影测量系统及方法。本发明集成了POS系统(GPS/IMU)、多台数字相机、控制板、计算机、锂电池等，具有集成度高、质量轻、定位精度高、影像分辨率高、刚性好、快速拆装、方便携带等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量系统及方法，属于地理信息测绘技术领域，，具体涉及一种轻小型倾斜摄影测量系统及方法。
背景技术
倾斜摄影测量技术是当前国际测绘领域一项新兴、热门的技术，它颠覆了传统航空摄影技术，融合了正射和倾斜影像，通过在飞行平台上搭载多台航摄仪(或传感器)同时从垂直、倾斜进行拍摄，它可以从多个角度获得地物影像，以及常规摄影无法得到的地物立面的纹理信息和几何信息。
目前国内外的倾斜摄影系统主要存在以下问题：
(1)、体积大、质量重，需要搭载在大飞机上进行倾斜航摄，对于天气、起降场地等飞行环境要求较高，数据获取的灵活性较低；如国内中测新图(北京)遥感技术有限责任公司的TOPDC-5系统、国外德国LeicaGeometric公司的RCD30系统等。
(2)没有集成POS系统(GPS/IMU)，不具有准确的位置姿态信息，甚至仅有影像，定位精度较低，在高精度的测图建模应用上存在一定局限性；如广东图谷网络科技有限公司的无人机倾斜摄影平台、北京观著信息技术有限公司的微型倾斜摄影相机系统。
3)布局合理性差，没有考虑系统整体结构刚性和稳定性，拆装复杂，携带不方便。
因此，如何保证系统的体积小、质量轻、并提高定位精度，系统的稳定性和刚性是现有技术中迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的是解决现有技术所存在的倾斜摄影系统，体积大、质量重，需要搭载在大飞机上进行倾斜航摄，对于天气、起降场地等飞行环境要求较高，数据获取的灵活性较低的技术问题，提供了一种轻小型倾斜摄影测量系统及方法。本发明将POS系统(GPS/IMU)、多个数字相机、控制板、计算机以及锂电池等高度一体化集成、封装，系统体积小；并且系统外罩采用3D打印材料一体化打印成型，在保证强度的前提下大大减轻了设备重量，保证系统的质量轻。
本发明还有一目的是解决现有技术所存在的不具有准确的位置姿态信息，定位精度较低，在高精度的测图建模应用上存在一定局限性的技术问题，提供了一种轻小型倾斜摄影测量系统及方法。本发明集成了高精度的POS系统(GPS/IMU)、高性能板卡计算机以及控制板，利用POS系统(GPS/IMU)提供的精确时间基准并通过POS系统(GPS/IMU)、计算机以及控制板之间的通讯连接，保证数据采集操作的时间一致性，实现在统一的时间基准下展示、融合、分析影像数据和空间位置姿态数据，保证系统的定位精度高。
本发明再有一目的是解决现有技术所存在的布局合理性差，没有考虑系统整体结构刚性和稳定性，拆装复杂，携带不方便的技术问题，提供了一种轻小型倾斜摄影测量系统及方法。本发明系统整体结构采用刚性骨架连接，通过嵌入式设计，将刚性结构件嵌入到外罩内，所有承力点均在骨架上，并通过夹具搭载无人机，保证系统整体结构刚性好、稳定性高。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种轻小型倾斜摄影测量系统，包括：采用3D打印材料进行一体化打印成型的系统上罩、系统下罩；
所述系统上罩和系统下罩相连后构成一个带有仪器仓的系统外壳；其中：
所述系统上罩的上部两侧分别设置有与系统上罩一体成型的一体式提手，所述一体式提手上设置有系统挂载夹具；所述系统上罩的上部设置有与安装于仪器仓内的设备交换数据的USB接口、SMA接口、LAN接口；所述系统上罩的侧面设置有用于安装电池的电池仓和电池仓盖；所述电池仓盖的下方设置有系统开关，所述系统开关和供电电源相连；
所述系统下罩的底部设置有多个设备支撑脚架和若干个图像采集传感器；所述系统下罩的侧面设置有螺旋锁紧装置，所述螺旋锁紧装置穿过所述系统下罩的侧壁后与仪器仓内的安装平台相连；
所述安装平台上部装有POS系统，计算机单元，控制板，供电电源；所述安装平台的下部设置有相机安装夹具；所述图像采集传感器通过相机安装夹具固定；
所述安装平台上方两侧分别设置有两个保护支架，所述POS系统和计算机单元位于两个保护架之间；
所述POS系统和控制板通过通信模块与计算机通信；所述控制板与图像采集传感器相连。
化化的，上述的一种轻小型倾斜摄影测量系统，所述图像采集传感器为多个，其中一个设置于系统下罩底部中间，其余设置于相邻两个设备支撑脚架之间。
化化的，上述的一种轻小型倾斜摄影测量系统，所述控制板(15)设置有两个供电接口。
化化的，上述的一种轻小型倾斜摄影测量系统，图像采集传感器为相机，其中：4个相机倾斜设置、1个相机垂直设置从而形成多个不同的视角，每个夹具均与相机定位连接，夹具与安装平台用定位销定位，螺丝固定。
为了解决上述问题，根据本发明的另一个方面，提供了一种利用轻小型倾斜摄影测量系统进行摄影测量的方法，
所述轻小型倾斜摄影测量系统包括：采用3D打印材料进行一体化打印成型的系统上罩、系统下罩；
所述系统上罩和系统下罩相连后构成一个带有仪器仓的系统外壳；其中：
所述系统上罩的上部两侧分别设置有与系统上罩一体成型的一体式提手，所述一体式提手上设置有系统挂载夹具；所述系统上罩的上部设置有与安装于仪器仓内的设备交换数据的USB接口、SMA接口、LAN接口；所述系统上罩的侧面设置有用于安装电池的电池仓和电池仓盖；所述电池仓盖的下方设置有系统开关，所述系统开关和供电电源相连；
所述系统下罩的底部设置有多个设备支撑脚架和若干个图像采集传感器；所述系统下罩的侧面设置有螺旋锁紧装置，所述螺旋锁紧装置穿过所述系统下罩的侧壁后与仪器仓内的安装平台相连；
所述安装平台上部装有POS系统，计算机单元，控制板，供电电源；所述安装平台的下部设置有相机安装夹具；所述图像采集传感器通过相机安装夹具固定；
所述安装平台上方两侧分别设置有两个保护支架，所述POS系统和计算机单元位于两个保护架之间；
所述POS系统和控制板通过通信模块与计算机通信；所述控制板与图像采集传感器相连；所述计算机通过远程通信系统与笔记本相连；述POS系统用于测量GPS/IMU数据；
并且：
数据采集前，先使用笔记本通过远程通讯控制计算机对POS系统下达采集命令，POS系统接收计算机下达的采集命令进行数据采集，并将采集的导航数据、GPS/IMU数据回传给计算机并保存，
POS系统将精密的时间信号发送给控制板从而使控制板获得准确的时间；
计算机通过接收POS系统每时每刻回传的导航数据、GPS/IMU数据，基于事先设置好的采集间隔，分析计算出此刻是否应该拍照，如果是，便给控制板下达拍照命令，控制板在接收到计算机下达的拍照命令后，发送拍照信号给相机控制拍照，同时控制板把此刻的拍照时间反馈给计算机并保存。
因此，本发明具有如下优点：
(1)本发明体积小、质量轻，只需搭载在轻型无人机平台上便可进行倾斜航摄，对于天气、空域、起降场地等飞行环境要求不高，数据获取的灵活性较高。
(2)本发明定位精度高，集成了高精度的POS系统(GPS/IMU)，能够获取影像准确的位置姿态信息，适用于高精度的测图建模应用。
(3)本发明集成度高，POS系统(GPS/IMU)、多个数字相机、控制板、计算机以及锂电池等高度一体化集成、封装。
(4)本发明整体结构刚性好、稳定性高，整体结构采用刚性骨架连接，通过嵌入式设计，将刚性结构件嵌入到外罩内，所有承力点均在骨架上，并通过夹具搭载无人机。
(5)外罩采用3D打印一体成型，在满足内部结构紧凑性及自身强度的条件下，保证外形美观。
(6)本发明可定制开发，掌握倾斜摄影测量核心技术，可以定制开发系统。
(7)本发明免标定，高度一体化设计，各传感器相对位置都已固定，出厂经过标定后无需再标定就可工作。
(8)本发明易运输，无需固定载体，方便携带运输至远距离地点作业。
(9)本发明易安装，一体化设计，可以简单方便的快速安装。
附图说明
附图1是本发明的一种原理图；
附图2是本发明的主视示意图；
附图3是本发明的俯视示意图；
附图4是本发明的仰视示意图；
附图5是本发明的内部结构图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
图中，系统上罩1、一体式提手2、USB接口3、SMA接口4、LAN接口5、电池仓盖6、系统开关7、系统下罩8、图像采集传感器9、设备支撑脚架10、螺旋锁紧装置11、系统挂载夹具12、POS系统13、计算机单元14、控制板15、安装平台16、相机安装夹具17、供电电源18。
实施例：
如图1-5所示，该轻小型倾斜摄影测量系统主要包括系统上罩1、一体式提手2、USB接口3、SMA接口4、LAN接口5、电池仓盖6、系统开关7、系统下罩8、图像采集传感器9、设备支撑脚架10、螺旋锁紧装置11、系统挂载夹具12、POS系统13、计算机单元14、控制板15、安装平台16、相机安装夹具17、供电电源18。
其中，系统上罩1、系统下罩8为整个系统外壳，采用3D打印材料进行一体化打印成型，在保证强度的前提下大大减轻了设备重量。
其中，系统下罩8两端设有螺旋锁紧装置11，螺旋中有退刀槽，方便拆装，被锁紧的一端与安装平台16连接在一起，使得系统下罩8也与设备刚性连接。系统下罩8还包括4个设备支撑脚架10，作为整个系统的支撑架用。
其中，一体式提手2主要包括4根不锈钢材质折弯加工的圆棒，圆棒底端为M6外螺纹，4根圆棒与铝合金材质安装平台16连接，从而形成一个刚性整体。一体式提手2也可作为整个系统的支撑架用。
其中，系统挂载夹具12一端固定在一体式提手2上，另一端用于实现与飞行平台的挂载。
其中，USB接口3用于采集数据导出。
其中，SMA接口4为GPS信号接口，可外接GPS天线。
其中，LAN接口5为外接网线接口，用于远程通讯。
其中，数据采集前，先使用笔记本通过远程通讯控制计算机单元14对POS系统13下达采集命令。POS系统13接收计算机单元14下达的采集命令进行数据采集，并将采集的导航数据、GPS/IMU数据回传给计算机单元14并保存。同时，POS系统13将精密的时间信号发送给控制板15，让控制板15获得准确的时间。
其中，计算机单元14通过接收POS系统13每时每刻回传的导航数据、GPS/IMU数据，基于事先设置好的采集间隔，分析计算出此刻是否应该拍照，如果是，便给控制板15下达拍照命令，控制板15在接收到计算机单元14下达的拍照命令后，发送拍照信号给图像采集传感器9控制拍照，同时控制板15把此刻的拍照时间反馈给计算机单元14并保存。
其中，供电电源18由两节锂电池串联而成，用于整个系统的供电。控制板15中设有两个供电接口，满足更换电池时，实现系统不断电。
其中，图像采集传感器9由5个相机、5个镜头以及5个夹具组成，5个相机4个倾斜、1个垂直形成5个不同的视角。每个夹具均与相机定位连接，夹具与安装板用定位销定位，螺丝固定。
其中，系统开关7用于控制整个轻小型倾斜摄影测量系统的开关。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了系统上罩1、一体式提手2、USB接口3、SMA接口4、LAN接口5、电池仓盖6、系统开关7、系统下罩8、图像采集传感器9、设备支撑脚架10、螺旋锁紧装置11、系统挂载夹具12、POS系统13、计算机单元14、控制板15、安装平台16、相机安装夹具17、供电电源18等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (5)
1.一种轻小型倾斜摄影测量系统，其特征在于，包括：采用3D打印材料进行一体化打印成型的系统上罩(1)、系统下罩(8)；
所述系统上罩(1)和系统下罩(8)相连后构成一个带有仪器仓的系统外壳；其中：
所述系统上罩(1)的上部两侧分别设置有与系统上罩(1)一体成型的一体式提手(2)，所述一体式提手(2)上设置有系统挂载夹具(12)；所述系统上罩(1)的上部设置有与安装于仪器仓内的设备交换数据的USB接口(3)、SMA接口(4)、LAN接口(5)；所述系统上罩(1)的侧面设置有用于安装电池的电池仓和电池仓盖(6)；所述电池仓盖(6)的下方设置有系统开关(7)，所述系统开关(7)和供电电源(18)相连；
所述系统下罩(8)的底部设置有多个设备支撑脚架(10)和若干个图像采集传感器(9)；所述系统下罩(8)的侧面设置有螺旋锁紧装置(11)，所述螺旋锁紧装置(11)穿过所述系统下罩(8)的侧壁后与仪器仓内的安装平台(16)相连；
所述安装平台(16)上部装有POS系统(13)，计算机单元(14)，控制板(15)，供电电源(18)；所述安装平台(16)的下部设置有相机安装夹具(17)；所述图像采集传感器(9)通过相机安装夹具(17)固定；
所述安装平台(16)上方两侧分别设置有两个保护支架，所述POS系统(13)和计算机单元(14)位于两个保护架之间；
所述POS系统(13)和控制板(15)通过通信模块与计算机单元通信；所述控制板(15)与图像采集传感器(9)相连。
2.根据权利要求1所述的一种轻小型倾斜摄影测量系统，其特征在于，所述图像采集传感器(9)为多个，其中一个设置于系统下罩(8)底部中间，其余设置于相邻两个设备支撑脚架(10)之间。
3.根据权利要求1所述的一种轻小型倾斜摄影测量系统，其特征在于，所述控制板(15)设置有两个供电接口。
4.根据权利要求1所述的一种轻小型倾斜摄影测量系统，其特征在于，图像采集传感器(9)为相机，其中：4个相机倾斜设置、1个相机垂直设置从而形成多个不同的视角，每个夹具均与相机定位连接，夹具与安装平台(16)用定位销定位，螺丝固定。
5.一种利用轻小型倾斜摄影测量系统进行摄影测量的方法，其特征在于：
所述轻小型倾斜摄影测量系统包括：采用3D打印材料进行一体化打印成型的系统上罩(1)、系统下罩(8)；
所述系统上罩(1)和系统下罩(8)相连后构成一个带有仪器仓的系统外壳；其中：
所述系统上罩(1)的上部两侧分别设置有与系统上罩(1)一体成型的一体式提手(2)，所述一体式提手(2)上设置有系统挂载夹具(12)；所述系统上罩(1)的上部设置有与安装于仪器仓内的设备交换数据的USB接口(3)、SMA接口(4)、LAN接口(5)；所述系统上罩(1)的侧面设置有用于安装电池的电池仓和电池仓盖(6)；所述电池仓盖(6)的下方设置有系统开关(7)，所述系统开关(7)和供电电源(18)相连；
所述系统下罩(8)的底部设置有多个设备支撑脚架(10)和若干个图像采集传感器(9)；所述系统下罩(8)的侧面设置有螺旋锁紧装置(11)，所述螺旋锁紧装置(11)穿过所述系统下罩(8)的侧壁后与仪器仓内的安装平台(16)相连；
所述安装平台(16)上部装有POS系统(13)，计算机单元(14)，控制板(15)，供电电源(18)；所述安装平台(16)的下部设置有相机安装夹具(17)；所述图像采集传感器(9)通过相机安装夹具(17)固定；
所述安装平台(16)上方两侧分别设置有两个保护支架，所述POS系统(13)和计算机单元(14)位于两个保护架之间；
所述POS系统(13)和控制板(15)通过通信模块与计算机单元通信；所述控制板(15)与图像采集传感器(9)相连；所述计算机单元通过远程通信系统与笔记本相连；述POS系统用于测量GPS/IMU数据；
并且：
数据采集前，先使用笔记本通过远程通讯控制计算机单元对POS系统(13)下达采集命令，POS系统(13)接收计算机单元下达的采集命令进行数据采集，并将采集的导航数据、GPS/IMU数据回传给计算机单元并保存，
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Effective date of registration: 20230224 Address after: Room 301, Room 1018, Floor 2, Unit A, Building 2, Huagong Science Park Innovation Enterprise Base, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan, Hubei Province, 430200 Patentee after: WUHAN RGSPACE TECHNOLOGY CO.,LTD. Patentee after: WUHAN University Address before: Room 301, Room 1018, Floor 2, Unit A, Building 2, Huagong Science Park Innovation Enterprise Base, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan, Hubei Province, 430200 Patentee before: WUHAN RGSPACE TECHNOLOGY CO.,LTD. |