CN108366118A - 一种基于云计算的分布式无人机实时测绘系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，包括地面站中控单元、云服务平台和无人机，所述无人机上设有拍摄系统和网络传输模块，无人机通过网络传输模块构建与地面站中控单元和云服务平台的网络连接通道，接收地面站中控单元的控制指令数据，以及通过拍摄系统在飞行过程中定点拍摄的图片数据传送到云服务平台，云服务平台对无人机传输过来的图片数据进行存储和三维重建，地面站中控单元划定待测绘区域的边界，并根据无人机集群数量的配置划分测绘子区域，并分配相应的无人机飞向测绘子区域，构成的分区测绘节点。本发明能进行大型测绘，可以大大提高测绘速度，节约时间，并能实时进行三维地图重建，大大提升测绘实时性。
Description
技术领域
本发明涉及多轴飞行器应用技术领域，具体涉及一种基于云计算的分布式无人机实时测绘系统。
背景技术
随着数字化城市建设、安防、森林防火等需求，需要通过航拍的方式构建三维地理信息图。无人机由于轻便灵活、编程能力强、环境要求低等优点，在此方面的应用逐步发展中。
借助实时图像传输系统，地面站系统可实时接收图像，位置信息，动态构建地理信息图。
现有的三维地理信息绘制，需要专业的具备低空飞行资质的人员/飞机值飞，并通过复杂的录/摄像设备进行数据采集。
整个过程对人员要求，天气状况要求很高；而且由于较多的人/机交互，不确定性因素较多，采集精度差，实时性差。
并且由于测绘过程中数据量大，三维重建算法复杂，传统的无人机+地面站模型不能满足实时建模的需求，在某些特定场景下，需要快速对宽广区域进行三维地理重建。单个无人机的续航。拍摄能力，单个地面站的计算能力，也会限制无人机测绘的效率。
部分采用多地面站处理的模式，由于受制于传输距离，三维重建的算法复杂性，导致无法完成实时的重建。
本发明在实时测绘基础上，针对宽广区域的测绘需求上，提出一种基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，通过多个无人机节点的分区测绘，规划对应的云数据搜集/重建/展示等节点，可应对大型的区域实时测绘建模需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种基于云计算的分布式无人机实时测绘系统。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，包括地面站中控单元、云服务平台和无人机，所述无人机上设有拍摄系统和网络传输模块，所述无人机通过网络传输模块构建与地面站中控单元和云服务平台的网络连接通道，接收地面站中控单元的控制指令数据，以及通过拍摄系统在飞行过程中定点拍摄的图片数据传送到云服务平台，所述云服务平台上分配有图片数据采集存储资源和运算资源，对所述无人机传输过来的图片数据进行存储和三维重建，所述地面站中控单元划定待测绘区域的边界，并根据所述无人机集群数量的配置划分测绘子区域，并规划自动测绘路径给相应的无人机飞向分配的测绘子区域，构成的分区测绘节点。
进一步的，所述地面站中控单元、云服务平台和无人机之间的实时测绘流程如下：
步骤1）地面站中控单元进行测绘区域选择，并根据无人机数量进行分割为各个测绘子区域；
步骤2）地面站中控单元下发测绘子区域给到各个无人机；
步骤3）地面站中控单元将无人机数量/ID信息发送给云服务平台中的认证服务器；
步骤4）云服务平台为对应的无人机ID分配各自的数据采集服务器和数据运算服务器；
步骤5）云服务平台将各个无人机所分配到的资源反馈给地面站中控单元；
步骤6）地面站中控单元下发起飞命令,并将对应的数据采集服务器通知各个无人机；
步骤7）各个无人机与对应的数据采集服务器通过网络传输模块建立连接通道；
步骤8）各个无人机根据各自设定的测绘子区域和拍摄系统进行拍照；
步骤9）各个无人机将所采集到的图像通过网络传输模块建立的连接通道实时传递到各自的数据采集服务器；
步骤10）各个数据采集服务器接收到新的图片后，传递给各自的数据运算服务器，进行三维重建；
步骤11）各个无人机完成测绘任务后，通知地面站中控单元；
步骤12）地面站中控单元通知云服务平台任务结束，释放相应的云端资源；
步骤13）云服务平台完成三维重建后，将电子地图信息上传到演示服务器，供终端用户浏览，同时，释放数据采集服务器和数据运算服务器资源。
进一步的，所述步骤9）中，其采集图像和传递数据流程如下：
步骤9.1）无人机在测绘区域上空飞行，在规划的测绘子区域采集点悬停；
步骤9.2）通过拍摄系统中的云台调节摄像头指向，进行拍照，获取地理测绘所需重合度的图片；
步骤9.3）获取采集点的无人机导航定位信息和高度信息；
步骤9.4）无人机将图片数据以及地理信息通过高速数据连接通道传输到对应的数据采集服务器。
进一步的，所述步骤10）中，其三维重建流程如下：
步骤10.1）根据图片像素，采集高度以及地理位置的信息开始进行三维重建；
步骤10.2）随飞行区域的覆盖，实时重建出各自区域的三维地理信息；
步骤10.3）所有的测绘子区域完成测绘后，即待测绘区域的三维地理信息图也实时完成。
进一步的，所述无人机包括：
速度/加速度传感器，检测当前三维速度、加速度信息，用以完成姿态解析；
角速度/加速度传感器，检测当前三维角速度、角加速度信息，用以完成姿态解析；
导航定位装置，用于与卫星通信，获得当前地理位置信息；
电机驱动，用于驱动电机，完成位移或者姿态调整；
网络传输模块，用于建立网络连接通路，实时将图片数据传送到云服务平台；
地面站交互系统，用于和地面站中控单元无线通讯，实现任务的接收和飞行状态查询的低密度数据通讯；
拍摄系统：用于在飞行过程中执行定点拍摄任务；
云台控制，用于控制拍摄系统中的摄像头的转向，用以控制拍摄系统定向拍摄。
进一步的，所述云服务平台包括硬件与基础设施层、虚拟化与云管理层和应用平台服务层，其中：
所述硬件与基础设施层，用于提供整个云服务平台运作所需的基础设备；
所述虚拟化与云管理层，用于借助于虚拟化技术，将底层的物理设备进行抽象，用于根据需要例化服务单元，提供统一/分布式的上层应用界面；
所述应用平台服务层，用于根据不同业务需要，提供对应的客户端所需服务。
进一步的，所述应用平台服务层提供如下服务：
认证服务，用于识别无人机信息；
数据采集服务，用于实时收集无人机采集的图片数据；
数据运算服务，与数据采集服务一一对应，完成对应图片数据的处理，进行三维重建；
演示服务，用于将重建后的三维地理信息，提供给终端用户访问。
优选的，所述网络传输模块为4G传输模块。
本发明的有益效果是:
本发明能进行大型测绘，可以大大提高测绘速度，节约时间，并且能实时进行三维地图重建，大大提升了测绘实时性。
附图说明
图1为本发明的无人机组成结构图；
图2为本发明的无人机任务分配示意图；
图3为本发明的云服务平台配置图；
图4为本发明的无人机实时测绘/三维重建流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
一种基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，包括地面站中控单元、云服务平台和无人机，所述无人机上设有拍摄系统和网络传输模块，所述无人机通过网络传输模块构建与地面站中控单元和云服务平台的网络连接通道，接收地面站中控单元的控制指令数据，以及通过拍摄系统在飞行过程中定点拍摄的图片数据传送到云服务平台，所述云服务平台上分配有图片数据采集存储资源和运算资源，对所述无人机传输过来的图片数据进行存储和三维重建，所述地面站中控单元划定待测绘区域的边界，并根据所述无人机集群数量的配置划分测绘子区域，并规划自动测绘路径给相应的无人机飞向分配的测绘子区域，构成的分区测绘节点。
如图4所示，本实施例中的步骤1）对应图4中的S0，以此类推，所述地面站中控单元、云服务平台和无人机之间的实时测绘流程如下：
步骤1）地面站中控单元进行测绘区域选择，并根据无人机数量进行分割为各个测绘子区域；
步骤2）地面站中控单元下发测绘子区域给到各个无人机；
步骤3）地面站中控单元将无人机数量/ID信息发送给云服务平台中的认证服务器；
步骤4）云服务平台为对应的无人机ID分配各自的数据采集服务器和数据运算服务器；
步骤5）云服务平台将各个无人机所分配到的资源反馈给地面站中控单元；
步骤6）地面站中控单元下发起飞命令,并将对应的数据采集服务器通知各个无人机；
步骤7）各个无人机与对应的数据采集服务器通过网络传输模块建立连接通道；
步骤8）各个无人机根据各自设定的测绘子区域和拍摄系统进行拍照；
步骤9）各个无人机将所采集到的图像通过网络传输模块建立的连接通道实时传递到各自的数据采集服务器；
步骤10）各个数据采集服务器接收到新的图片后，传递给各自的数据运算服务器，进行三维重建；
步骤11）各个无人机完成测绘任务后，通知地面站中控单元；
步骤12）地面站中控单元通知云服务平台任务结束，释放相应的云端资源；
步骤13）云服务平台完成三维重建后，将电子地图信息上传到演示服务器，供终端用户浏览，同时，释放数据采集服务器和数据运算服务器资源。
所述步骤9）中，其采集图像和传递数据流程如下：
步骤9.1）无人机在测绘区域上空飞行，在规划的测绘子区域采集点悬停；
步骤9.2）通过拍摄系统中的云台调节摄像头指向，进行拍照，获取地理测绘所需重合度的图片；
步骤9.3）获取采集点的无人机导航定位信息和高度信息；
步骤9.4）无人机将图片数据以及地理信息通过高速数据连接通道传输到对应的数据采集服务器。
所述步骤10）中，其三维重建流程如下：
步骤10.1）根据图片像素，采集高度以及地理位置的信息开始进行三维重建，采集高度等信息进行三维重建属于本领域公开的算法，直接采用即可；
步骤10.2）随飞行区域的覆盖，实时重建出各自区域的三维地理信息；
步骤10.3）所有的测绘子区域完成测绘后，即待测绘区域的三维地理信息图也实时完成。
如图1所示，所述无人机包括：
速度/加速度传感器，检测当前三维速度、加速度信息，用以完成姿态解析；
角速度/加速度传感器，检测当前三维角速度、角加速度信息，用以完成姿态解析；
导航定位装置，用于与卫星通信，获得当前地理位置信息；
电机驱动，用于驱动电机，完成位移或者姿态调整；
网络传输模块，用于建立网络连接通路，实时将图片数据传送到云服务平台；
地面站交互系统，用于和地面站中控单元无线通讯，实现任务的接收和飞行状态查询的低密度数据通讯；
拍摄系统：用于在飞行过程中执行定点拍摄任务；
云台控制，用于控制拍摄系统中的摄像头的转向，用以控制拍摄系统定向拍摄。
如图2所示，在本套实施例中包含1个地面站中控单元，4个无人机组成的集群A-D，在地面站中控单元的平面地面上划定待测绘区域的边界，地面站中控单元根据无人机集群配置，将待测区域切隔成四块测绘子区域1-4，并计算出对应的边界信息，地面站中控单元将测绘子区域1-4的区域的边界信息发送给对应的无人机A-D，无人机按照所分配任务的区域信息，规划自动测绘路径。
如图3所示，所述云服务平台包括硬件与基础设施层、虚拟化与云管理层和应用平台服务层，其中：
所述硬件与基础设施层，用于提供整个云服务平台运作所需的基础设备，如计算资源/存储资源/网络等；
所述虚拟化与云管理层，用于借助于虚拟化技术，将底层的物理设备进行抽象，用于根据需要例化服务单元，提供统一/分布式的上层应用界面；
所述应用平台服务层，用于根据不同业务需要，提供对应的客户端所需服务。
所述应用平台服务层提供如下服务：
认证服务，用于识别无人机信息；
数据采集服务，用于实时收集无人机采集的图片数据；
数据运算服务，与数据采集服务一一对应，完成对应图片数据的处理，进行三维重建；
演示服务，用于将重建后的三维地理信息，提供给终端用户访问，典型如通过特定的三维显示插件支持的浏览器方式等。
所述网络传输模块为4G传输模块。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，其特征在于，包括地面站中控单元、云服务平台和无人机，所述无人机上设有拍摄系统和网络传输模块，所述无人机通过网络传输模块构建与地面站中控单元和云服务平台的网络连接通道，接收地面站中控单元的控制指令数据，以及通过拍摄系统在飞行过程中定点拍摄的图片数据传送到云服务平台，所述云服务平台上分配有图片数据采集存储资源和运算资源，对所述无人机传输过来的图片数据进行存储和三维重建，所述地面站中控单元划定待测绘区域的边界，并根据所述无人机集群数量的配置划分测绘子区域，并规划自动测绘路径给相应的无人机飞向分配的测绘子区域，构成的分区测绘节点。
2.根据权利要求1所述的基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，其特征在于，所述地面站中控单元、云服务平台和无人机之间的实时测绘流程如下：
步骤1）地面站中控单元进行测绘区域选择，并根据无人机数量进行分割为各个测绘子区域；
步骤2）地面站中控单元下发测绘子区域给到各个无人机；
步骤3）地面站中控单元将无人机数量/ID信息发送给云服务平台中的认证服务器；
步骤4）云服务平台为对应的无人机ID分配各自的数据采集服务器和数据运算服务器；
步骤5）云服务平台将各个无人机所分配到的资源反馈给地面站中控单元；
步骤6）地面站中控单元下发起飞命令,并将对应的数据采集服务器通知各个无人机；
步骤7）各个无人机与对应的数据采集服务器通过网络传输模块建立连接通道；
步骤8）各个无人机根据各自设定的测绘子区域和拍摄系统进行拍照；
步骤9）各个无人机将所采集到的图像通过网络传输模块建立的连接通道实时传递到各自的数据采集服务器；
步骤10）各个数据采集服务器接收到新的图片后，传递给各自的数据运算服务器，进行三维重建；
步骤11）各个无人机完成测绘任务后，通知地面站中控单元；
步骤12）地面站中控单元通知云服务平台任务结束，释放相应的云端资源；
步骤13）云服务平台完成三维重建后，将电子地图信息上传到演示服务器，供终端用户浏览，同时，释放数据采集服务器和数据运算服务器资源。
3.根据权利要求2所述的基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，其特征在于，所述步骤9）中，其采集图像和传递数据流程如下：
步骤9.1）无人机在测绘区域上空飞行，在规划的测绘子区域采集点悬停；
步骤9.2）通过拍摄系统中的云台调节摄像头指向，进行拍照，获取地理测绘所需重合度的图片；
步骤9.3）获取采集点的无人机导航定位信息和高度信息；
步骤9.4）无人机将图片数据以及地理信息通过高速数据连接通道传输到对应的数据采集服务器。
4.根据权利要求2所述的基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，其特征在于，所述步骤10）中，其三维重建流程如下：
步骤10.1）根据图片像素，采集高度以及地理位置的信息开始进行三维重建；
步骤10.2）随飞行区域的覆盖，实时重建出各自区域的三维地理信息；
步骤10.3）所有的测绘子区域完成测绘后，即待测绘区域的三维地理信息图也实时完成。
5.根据权利要求1或2所述的基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，其特征在于，所述无人机包括：
速度/加速度传感器，检测当前三维速度、加速度信息，用以完成姿态解析；
角速度/加速度传感器，检测当前三维角速度、角加速度信息，用以完成姿态解析；
导航定位装置，用于与卫星通信，获得当前地理位置信息；
电机驱动，用于驱动电机，完成位移或者姿态调整；
网络传输模块，用于建立网络连接通路，实时将图片数据传送到云服务平台；
地面站交互系统，用于和地面站中控单元无线通讯，实现任务的接收和飞行状态查询的低密度数据通讯；
拍摄系统：用于在飞行过程中执行定点拍摄任务；
云台控制，用于控制拍摄系统中的摄像头的转向，用以控制拍摄系统定向拍摄。
6.根据权利要求1或2所述的基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，其特征在于，所述云服务平台包括硬件与基础设施层、虚拟化与云管理层和应用平台服务层，其中：
所述硬件与基础设施层，用于提供整个云服务平台运作所需的基础设备；
所述虚拟化与云管理层，用于借助于虚拟化技术，将底层的物理设备进行抽象，用于根据需要例化服务单元，提供统一/分布式的上层应用界面；
所述应用平台服务层，用于根据不同业务需要，提供对应的客户端所需服务。
7.根据权利要求6所述的基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，其特征在于，所述应用平台服务层提供如下服务：
认证服务，用于识别无人机信息；
数据采集服务，用于实时收集无人机采集的图片数据；
数据运算服务，与数据采集服务一一对应，完成对应图片数据的处理，进行三维重建；
演示服务，用于将重建后的三维地理信息，提供给终端用户访问。
8.根据权利要求1或2所述的基于云计算的分布式无人机实时测绘系统，其特征在于，所述网络传输模块为4G传输模块。
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