CN108470470A - 一种用于船舶靠泊管理的航拍测距系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于船舶靠泊管理的航拍测距系统，其包括无人机、图像采集器、垂高感应器、信息传输模块、地面控制端和监控终端。本发明还公开了一种用于船舶靠泊管理的航拍测距方法，包括调节无人机飞行位置及高度、视频图像拍摄及垂高测量、视频图像及垂高数据信息无线传输、无线信息接收、视频图像调用及显示、水平距离计算和图文证据制作等步骤。本发明提供的用于船舶靠泊管理的航拍测距系统及方法，在查处船舶靠泊违停测量过程中，具有测量准确、效率高和取证容易且证据有效力高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及航拍测量技术领域，具体涉及一种用于船舶靠泊管理的航拍测距系统及方法。
背景技术
船舶靠泊是指船停靠码头，船舶靠泊需要按照管理规定进行，以方便执法人员对靠泊的船舶进行管理。
与路面交通一样，船舶靠泊也存在违章行为。介于船舶靠泊的特殊环境，执法人员在查处靠泊违章时存在较大的困难。常规执法手段是执法人员对每艘船舶拉线测量，以判断航道船舶停靠的位置距离码头是否超过安全警戒线，是否违规靠泊，此方法的测量数据误差大，而且拉线测量需耗费大量人力和时间，才能完成船舶的测量，工作效率低。此外，由于船舶的体积较大以及受限于拍摄场所的条件，使得对违章船舶进行拍照取证时不能很好的显示于一张照片中，执法取证难度大，不利于后续执法处理提供有效依据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于船舶靠泊管理的航拍测距系统及方法，用以解决船舶靠泊执法过程中存在的测量误差大、效率低和取证难的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种用于船舶靠泊管理的航拍测距系统，其包括无人机、图像采集器、垂高感应器、信息传输模块、地面控制端和监控终端，其中，
所述图像采集器安装于所述无人机底部，所述图像采集器用于对停靠的船舶进行拍摄形成视频图像；
所述垂高感应器安装于所述所述图像采集器，所述垂高感应器用于测量图像采集器距水面的垂高；
所述信息传输模块安装于所述无人机，所述信息传输模块与所述垂高感应器数据连接，且所述信息传输模块与所述图像采集器数据连接，所述信息传输模块以无线信号向地面定向传输所述垂高感应器测量的垂高及所述图像采集器采集的视频图像；
所述地面控制端与所述无人机无线连接，所述地面控制端用于控制所述无人机的飞行位置及垂高，所述地面控制端与所述信息传输模块无线连接，所述地面控制端用于接受所述信息传输模块发出的无线信号；
所述监控终端包括显示屏、视频图像调用模块、水平距离计算模块和图文证据制作模块，所述视频图像调用模块、所述水平距离计算模块和所述图文证据制作模块分别与所述地面控制端和所述显示屏数据连接，所述视频图像调用模块用于调用图像，所述水平距离计算模块与所述视频图像调用模块数据连接，所述水平距离计算模块用于计算图像边界总长和船舶与码头之间的距离，所述图文证据制作模块与所述所述视频图像调用模块和所述水平距离计算模块分别数据连接，所述图文证据制作模块用于制作含有拍摄图像、拍摄时间、拍摄垂高和水平距离计算结果的图片。
优选地，所述垂高感应器为红外测距仪或GPS高度仪。
优选地，所述信息传输模块发射的无线信号频率为5.8GHz。
优选地，所述监控终端还包括图文证据保存模块，所述图文证据保存模块与所述图文证据制作模块数据连接，所述图文证据保存模块用于保存所述图文证据制作模块制作的图片。
优选地，所述证据图片格式为jpg或bmp格式。
另外，本发明还提供了一种用于船舶靠泊管理的航拍测距方法，其基于用于船舶管理的航拍测距系统，包括以下步骤：
步骤S1，地面控制端控制无人机飞行至船舶靠泊区域上空并调节所述无人机的飞行高度；
步骤S2，安装于所述无人机底部的图像采集器对港口及船舶的进行实时视频图像拍摄，并将实时视频图像的数据传送至安装于所述无人机的信息传输模块；同时，安装于所述图像采集器的垂高感应器进行垂高测量，并将测量的实时垂高数据传送至所述信息传输模块；
步骤S3，所述信息传输模块将所述实时视频图像和实时垂高数据分别以无线信号的形式传输给所述地面控制端；
步骤S4，所述地面控制端接收虚线信号；
步骤S5，将所述地面控制端接收的实时视频图像和实时垂高数据以数据连接的形式传输给监控终端，监控终端进行视频图像调用、水平距离计算和图文证据制作，其中，视频图像调用是通过视频图像调用模块调用视频图像并显示于显示屏；水平距离计算，首先，将垂高感应器测量的垂高和图像采集器的视场角α的角度输入水平距离计算模块；其次，利用所述水平距离计算模块计算图像视界的总距；最后，利用船舶与码头之间的长度占图像视界的比例，计算船舶与码头间的距离；
步骤S6，图文证据制作是通过图文证据制作模块将拍摄图像、拍摄时间、拍摄垂高和水平距离计算结果等要素集合至一张图片上的过程。
优选地，所述步骤S5中的计算船舶与码头间的距离，其应用双缓存技术，在图像视界绘制两条监控界面标尺线，分别拖动监控界面标尺线至所需测量船舶的最外侧与相应码头边缘，通过计算两条监控界面标尺线占据图像边界总长比例，得出两条监控界面标尺线之间的距离即为停靠船舶与码头之间的距离。
优选地，若所述步骤S5中，停靠船舶与码头之间的距离超过船舶靠泊规定中的安全警戒距离，则执行所述步骤S6图文证据制作。
优选地，所述用于船舶靠泊管理的航拍测距方法的还包括步骤S7图文证据保存，所述图文证据保存是将在所述图文证据制作模块中制作完成的图文证据保存于图文证据保存模块。
优选地，所述图文证据以jpg或bmp格式保存。
本发明具有如下优点：
本发明提供的一种用于船舶靠泊管理的航拍测距系统，通过无人机携带图像采集器采集靠港船舶及港口的图像，并通过垂高感应器反馈实时垂高数据，经监控终端进行距离计算，使得船舶靠泊执法过程中的测量更精准；无人机一次绕港口飞行，就可以完成整个港口的测量数据收集，效率更高；航拍时通过调整无人机的飞行高度，使得拍照不再受到场地及船体大小的影响，取证容易。
类似地，本发明提供的一种用于船舶靠泊管理的航拍测距方法，通过控制无人机飞行位置(水平位置及飞行高度)，利用图像采集器采集靠港船舶及港口的图像，并通过垂高感应器反馈实时垂高数据，经监控终端进行距离计算，使得船舶靠泊执法过程中的测量更精准；无人机一次绕港口飞行，就可以完成整个港口的测量数据收集，效率更高；航拍时通过调整无人机的飞行高度，使得拍照不再受到场地及船体大小的影响，取证容易。
附图说明
图1是实施例1提供的用于船舶靠泊管理的航拍测距系统的结构图。
图2是实施例1-3提供的用于船舶靠泊管理的航拍测距系统及方法的水平距离计算的原理图。
图3是实施例2提供的用于船舶靠泊管理的航拍测距方法的流程图。
图4是实施例3提供的用于船舶靠泊管理的航拍测距方法的流程图。
图中：1-无人机，2-图像采集器，3-垂高感应器，4-信息传输模块，5-地面控制端，6-监控终端，61-显示屏，62-视频图像调用模块，63-水平距离计算模块，64-图文证据制作模块，65-图文证据保存模块，7-监控界面标尺线。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1和2所示，实施例1提供了一种用于船舶靠泊管理的航拍测距系统，该系统用于但不限于执法人员查处船舶靠泊港口违章行为，还可应用于海防监测、燃油泄漏、城市交通安全管理、军事监测、海洋保护等领域。该系统包括无人机1、图像采集器2、垂高感应器3、信息传输模块4、地面控制端5和监控终端6。
图像采集器2安装于无人机1的底部，图像采集器2用于对停靠的船舶进行拍摄形成视频图像，使用时，根据航拍区域环境要求，调整无人机1高度，利用图像采集器2进行俯拍，实时监测视场角α内港口及船舶的状态；垂高感应器3安装于图像采集器2，垂高感应器3用于测量图像采集器距水面的垂高；信息传输模块4安装于无人机1，信息传输模块4与垂高感应器3数据连接，且信息传输模块4与图像采集器2数据连接，信息传输模块4以无线信号向地面定向传输垂高感应器3测量的垂高及图像采集器2采集的视频图像；地面控制端5与无人机1无线连接，地面控制端5用于控制无人机1的飞行位置及垂高，地面控制端5与信息传输模块4无线连接，地面控制端5用于接受信息传输模块4发出的无线信号。利用无人机1进行航拍，可以一次性拍摄多艘停靠的船舶，每艘船舶停靠的位置信息都能获取，节省人力和时间。通过信息传输模块4，将图像采集器2视场角α内的各船舶位置、大小等信息以及垂高感应器3测量的实时垂高回传至地面控制端5，以便后期调用、查询。
监控终端6包括显示屏61、视频图像调用模块62、水平距离计算模块63和图文证据制作模块64，视频图像调用模块62、水平距离计算模块63和图文证据制作模块64分别与地面控制端5和显示屏61数据连接，视频图像调用模块62用于调用图像，水平距离计算模块63与视频图像调用模块62数据连接，水平距离计算模块63用于计算图像边界总长，并计算船舶与码头之间的离岸距离，该离岸距离可以是船舶离岸最远距离，或者是船舶离岸最近距离。使用该系统时，如图1和2所示，视频图像调用模块62调用地面控制端5接收到的视频图像和垂高信息，并显示于显示屏61；输入垂高和视场角数据，通过水平距离计算模块63(该模块的计算程序利用正余弦定理)计算视场角α范围内图像边界总长；显示于显示屏61上的监控界面标尺线7(监控界面标尺线7有两条，属于水平距离计算模块63，仅显示于显示屏61)，拖动监控界面标尺线7，使其中一条与船舶靠岸的近点或远点重合，另一条监控界面标尺线7与港口岸线重合，根据两条监控界面标尺线7之间的距离所占图像边界总长的比例，计算得出被测船舶的离岸距离X；利用无人机1航拍得到的俯视图，无论船舶体积、高度多少，在视频中只是占据图像面积大小(等效一个平面)，在图上可直接计算得出离岸距离X，工作效率高、测量结果准确。
图文证据制作模块64与视频图像调用模块62和水平距离计算模块63分别数据连接，图文证据制作模块64用于制作含有拍摄图像、拍摄时间、拍摄垂高和水平距离计算结果的图片。图文证据制作模块64制作的图片，将拍摄图像、船舶离岸距离等信息相融合，能提供更具有说服力的依据，使执法有证可依。
在本实施例中，垂高感应器3为红外测距仪或GPS高度仪，使得测量的垂高更加准确，避免影响计算结果。
在本实施例中，信息传输模块4发射的无线信号频率为5.8GHz，执法人员可以在相对较远的地方对无人机进行操作，完成执法。
在本实施例中，监控终端6还包括图文证据保存模块65，图文证据保存模块65与图文证据制作模块64数据连接，图文证据保存模块65用于保存图文证据制作模块64制作的图片，便于历史查询。
在本实施例中，图文证据制作模块64制作的证据图片以及图文证据保存模块65保存的证据图片格式均为jpg或bmp格式，此格式方便查看。
本实施例中，图文证据保存模块65与地面控制端5数据连接，并以avi格式保存地面控制端5接收的视频图像。
实施例2
实施例2提供的一种用于船舶靠泊管理的航拍测距方法，该方法用于但不限于执法人员查处船舶靠泊港口违章行为，还可应用于海防监测、燃油泄漏、城市交通安全管理、军事监测、海洋保护等领域。该方法基于用于船舶管理的航拍测距系统，结合参阅如图1、图2和图3所示，其包括以下步骤：
步骤S1，地面控制端5控制无人机1飞行至船舶靠泊区域上空并调节无人机1的飞行高度。
步骤S2，安装于无人机1底部的图像采集器2对港口及船舶的进行实时视频图像拍摄，并将实时视频图像的数据传送至安装于无人机1的信息传输模块4；同时，安装于图像采集器2的垂高感应器3进行垂高测量，并将测量的实时垂高数据传送至信息传输模块4。由于船舶的体积大小不一，以及受限于执法现场的条件，使得对违章船舶进行拍照取证变得困难，利用无人机1进行航拍，可以有效的将港口、不同位置船舶及港口周边场景拍摄记录，实时监测视场角α内船舶的状态，具有快速灵活、移动性强、可靠性高的特性，达到快速执法、取证可信的效果。改变无人机1的飞行高度，可灵活选择需监测图像内覆盖的船舶总数的多少，可以一次性拍摄多艘停靠的船舶，每艘船舶停靠的位置信息都能获取，有效减少人工及时间成本，从而克服取证依据不充分的缺陷，此外，无人机1可以适应强风、强雨等恶劣环境，随时能进行执法。
步骤S3，信息传输模块4将实时视频图像和实时垂高数据分别以无线信号的形式传输给地面控制端5。
通过信息传输模块4，将拍摄的视频图像、测量的实时垂高回传至地面控制端5，可观测到俯拍视角下各物体位置、大小等信息，并能进行图像数据保存，便于历史查询。
步骤S4，所述地面控制端接收虚线信号；
步骤S5，将地面控制端5接收的实时视频图像和实时垂高数据以数据连接的形式传输给监控终端6，监控终端6进行视频图像调用、水平距离计算和图文证据制作，其中，视频图像调用是通过视频图像调用模块62调用视频图像并显示于显示屏61；水平距离计算是通过对俯拍视频图像进行电子测量计算，算出船舶的离岸距离X，可以有效的提高测量准确度，提高效率。水平距离计算包括下述分步，首先，将垂高感应器3测量的垂高和图像采集器2的视场角α的角度输入水平距离计算模块63；其次，水平距离计算模块63计算图像视界的总距，此步骤中，如图2所示，依据垂高和视场角，利用余弦定理计算图像视界的总距。图2中，AC为图像采集器2视场角α内图像视界的总距，已知图像采集器2的视场角α和实时垂高H，则L＝tanα×H，|AC|＝2×L；最后，利用船舶与码头之间的长度占图像视界的比例，水平距离计算模块计算船舶与码头间的距离。如图2所示，X表示停靠船舶最外侧或最内侧与码头边缘的距离，根据X占据|AB|的比例，可得出停靠船舶与码头的距离，即船舶的离岸距离X，并判断是否违章停靠。
步骤S6，图文证据制作是通过图文证据制作模块64将拍摄图像、拍摄时间、拍摄垂高和水平距离计算结果等要素集合至一张图片上的过程，该过程可采用但不限于截屏操作得以实现。步骤S43为执法提供有说服力的依据，使执法有证可依。
本实施例提供的用于船舶靠泊管理的航拍测距方法能够大大提高执法效率，降低人力、物力成本，并且通过算法可以减少测量误差。
本实施例中，步骤S5视频图像调用模块通过OpenCv函数库调用视频图像。
本实施例中，步骤S5中的计算船舶与码头间的距离，其应用双缓存技术，在图像视界的上层绘制两条监控界面标尺线7，分别拖动监控界面标尺线7至所需测量船舶的最外侧与相应码头边缘，通过计算两条监控界面标尺线7占据图像边界总长的比例，得出两条监控界面标尺线7之间的距离为停靠船舶与码头之间的距离，即离岸距离，如图2所示，两条监控界面标尺线7之间的距离X即为船舶的离岸距离。
实施例3
如图1、图2和图4所示，实施例3提供的另一种用于船舶靠泊管理的航拍测距方法，由实施例2改进而来，其方法与实施例1基本形同，下面仅对改进部分进行描述。
本实施例中，若步骤S5中，停靠船舶与码头之间的距离(离岸距离X)超过船舶靠泊规定中的安全警戒距离，则执行完步骤S6图文证据制作；若离岸距离X未超过船舶靠泊规定中的安全警戒距离，则不进行图文证据制作(不做处理)。
本实施例中，用于船舶靠泊管理的航拍测距方法的还包括步骤S7图文证据保存，图文证据保存是将在图文证据制作模块64中制作完成的图文证据保存于图文证据保存模块65。
本实施例中，步骤S5图文证据以jpg或bmp格式保存。
本实施例中，步骤S5图文证据保存还可对录像进行保存，并以avi格式保存视频图像。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种用于船舶靠泊管理的航拍测距系统，其特征在于：所述用于船舶靠泊管理的航拍测距系统包括无人机、图像采集器、垂高感应器、信息传输模块、地面控制端和监控终端，其中，
所述图像采集器安装于所述无人机底部，所述图像采集器用于对停靠的船舶进行拍摄形成视频图像；
所述垂高感应器安装于所述所述图像采集器，所述垂高感应器用于测量图像采集器距水面的垂高；
所述信息传输模块安装于所述无人机，所述信息传输模块与所述垂高感应器数据连接，且所述信息传输模块与所述图像采集器数据连接，所述信息传输模块以无线信号向地面定向传输所述垂高感应器测量的垂高及所述图像采集器采集的视频图像；
所述地面控制端与所述无人机无线连接，所述地面控制端用于控制所述无人机的飞行位置及垂高，所述地面控制端与所述信息传输模块无线连接，所述地面控制端用于接受所述信息传输模块发出的无线信号；
所述监控终端包括显示屏、视频图像调用模块、水平距离计算模块和图文证据制作模块，所述视频图像调用模块、所述水平距离计算模块和所述图文证据制作模块分别与所述地面控制端和所述显示屏数据连接，所述视频图像调用模块用于调用图像，所述水平距离计算模块与所述视频图像调用模块数据连接，所述水平距离计算模块用于计算图像边界总长和船舶与码头之间的距离，所述图文证据制作模块与所述所述视频图像调用模块和所述水平距离计算模块分别数据连接，所述图文证据制作模块用于制作含有拍摄图像、拍摄时间、拍摄垂高和水平距离计算结果的图片。
2.根据权利要求1所述的用于船舶靠泊管理的航拍测距系统，其特征在于：所述垂高感应器为红外测距仪或GPS高度仪。
3.根据权利要求1所述的用于船舶靠泊管理的航拍测距系统，其特征在于：所述信息传输模块发射的无线信号频率为5.8GHz。
4.根据权利要求1所述的用于船舶靠泊管理的航拍测距系统，其特征在于：所述监控终端还包括图文证据保存模块，所述图文证据保存模块与所述图文证据制作模块数据连接，所述图文证据保存模块用于保存所述图文证据制作模块制作的图片。
5.根据权利要求4所述的用于船舶靠泊管理的航拍测距系统，其特征在于：所述证据图片格式为jpg或bmp格式。
6.一种用于船舶靠泊管理的航拍测距方法，其特征在于，基于权利要求1-5中任意一项所述的用于船舶管理的航拍测距系统，包括以下步骤：
步骤S1，地面控制端控制无人机飞行至船舶靠泊区域上空并调节所述无人机的飞行高度；
步骤S2，安装于所述无人机底部的图像采集器对港口及船舶的进行实时视频图像拍摄，并将实时视频图像的数据传送至安装于所述无人机的信息传输模块；同时，安装于所述图像采集器的垂高感应器进行垂高测量，并将测量的实时垂高数据传送至所述信息传输模块；
步骤S3，所述信息传输模块将所述实时视频图像和实时垂高数据分别以无线信号的形式传输给所述地面控制端；
步骤S4，所述地面控制端接收虚线信号；
步骤S5，将所述地面控制端接收的实时视频图像和实时垂高数据以数据连接的形式传输给监控终端，监控终端进行视频图像调用、水平距离计算和图文证据制作，其中，视频图像调用是通过视频图像调用模块调用视频图像并显示于显示屏；水平距离计算，首先，将垂高感应器测量的垂高和图像采集器的视场角α的角度输入水平距离计算模块；其次，利用所述水平距离计算模块计算图像视界的总距；最后，利用船舶与码头之间的长度占图像视界的比例，计算船舶与码头间的距离；
步骤S6，图文证据制作是通过图文证据制作模块将拍摄图像、拍摄时间、拍摄垂高和水平距离计算结果等要素集合至一张图片上的过程。
7.根据权利要求6所述的用于船舶靠泊管理的航拍测距方法，其特征在于：所述步骤S5中的计算船舶与码头间的距离，其应用双缓存技术，在图像视界绘制两条监控界面标尺线，分别拖动监控界面标尺线至所需测量船舶的最外侧与相应码头边缘，通过计算两条监控界面标尺线占据图像边界总长比例，得出两条监控界面标尺线之间的距离即为停靠船舶与码头之间的距离。
8.根据权利要求6所述的用于船舶靠泊管理的航拍测距方法，其特征在于：若所述步骤S5中，停靠船舶与码头之间的距离超过船舶靠泊规定中的安全警戒距离，则执行所述步骤S6图文证据制作。
9.根据权利要求8所述的用于船舶靠泊管理的航拍测距方法，其特征在于：所述用于船舶靠泊管理的航拍测距方法的还包括步骤S7图文证据保存，所述图文证据保存是将在所述图文证据制作模块中制作完成的图文证据保存于图文证据保存模块。
10.根据权利要求9所述的用于船舶靠泊管理的航拍测距方法，其特征在于：所述图文证据以jpg或bmp格式保存。
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