CN109656260A - 一种无人机地理信息数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种无人机地理信息数据采集系统，所述系统包括无人机、遥控器以及便携控制台，其中：所述无人机包括图像采集模块、图传模块、飞控处理器、数据收发模块以及与卫星定位系统相连的定位器；所述遥控器用于向所述无人机中的飞控处理器发送动作指令，以通过所述动作指令控制所述无人机的运行状态；所述便携控制台用于控制图像采集模块进行视频采集，并将接收到的同一时刻的实时视频数据和位置信息进行叠加后，发送至专用分析平台。本申请提供的技术方案，能够对无人机采集的视频信息进行定位。

Description

一种无人机地理信息数据采集系统

技术领域

本申请涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机地理信息数据采集系统。

背景技术

无人机因为具有机动性强、视野广、飞行路线不受地形限制等优点，而被广泛应用于测绘、航拍、交通监控、安防农业以及快递配送等多种领域。

随着现代无人机技术的不断发展，无人机也在逐渐从专业化走向大众化的改变，无人机技术的不断普及，用于航拍的无人机种类也越来越多，但是现有的无人机都只能单纯地将图像采集和保存在本地，但是这些图像具体在什么地方拍摄却不得而知。

发明内容

本申请的目的在于提供一种无人机地理信息数据采集系统，能够对无人机采集的视频信息进行定位。

为实现上述目的，本申请提供一种无人机地理信息数据采集系统，所述系统包括无人机、遥控器以及便携控制台，其中：

所述无人机包括图像采集模块、图传模块、飞控处理器、数据收发模块以及与卫星定位系统相连的定位器；所述飞控处理器通过所述数据收发模块与所述便携控制台进行通信，所述图像采集模块用于采集实时视频数据，并通过所述图传模块将所述实时视频数据传输至所述便携控制台；所述定位器用于获取所述无人机的位置信息，并将所述位置信息通过所述飞控处理器导入所述数据收发模块，所述数据收发模块将接收到的所述位置信息发送至所述便携控制台；

所述遥控器，用于向所述无人机中的所述飞控处理器发送动作指令，以通过所述动作指令控制所述无人机的运行状态；

所述便携控制台，用于控制所述图像采集模块进行视频采集，并将接收到的同一时刻的实时视频数据和位置信息进行叠加后，发送至专用分析平台，以通过所述专用分析平台按照叠加了位置信息的实时视频数据，获取对应的地标数据，并查询到指定时刻的地标数据对应的新闻事件、地标名称、景点以及人文地理资讯。

进一步地，所述无人机还包括动力模块和电源模块，所述电源模块用于向所述无人机提供电能，并驱动所述动力模块运行；所述动力模块，用于执行所述飞控处理器发来的控制指令对应的执行动作。

进一步地，所述遥控器通过5GHz的无线信号向所述飞控处理器发送动作指令。

进一步地，所述图传模块通过5GHz的无线信号向所述便携控制台发送实时视频数据。

进一步地，所述数据收发模块通过900MHz的无线信号向所述便携控制台发送位置信息。

进一步地，所述飞控处理器包括姿态传感器、微控制器、电机驱动模块、稳压电源模块以及电机；其中：

所述姿态传感器和所述电机驱动模块均与所述微控制器相连，所述电机与所述电机驱动模块相连，所述稳压电源模块分别与所述姿态传感器、微控制器以及电机驱动模块相连，用于向所述姿态传感器、微控制器以及电机驱动模块提供电能。

进一步地，所述飞控处理器还包括与所述微控制器相连的无线接收模块，所述无线接收模块用于接收所述遥控器发来的动作指令；所述姿态传感器至少包括3轴重力加速度传感器和3轴电子陀螺仪传感器。

进一步地，所述无人机的摄像机镜头上安装有变焦和聚焦跟踪器，所述变焦和聚焦跟踪器用于实时计算当前摄像机镜头的视角大小；

相应地，所述飞控处理器还用于结合计算出的所述视角大小以及所述定位器采集到的位置信息，测算出当前摄像机镜头的视场中包含的经纬度范围；其中，所述位置信息至少包括定位参数和海拔高度。

进一步地，所述无人机中还包括惯性导航系统和磁力计；其中，所述磁力计用于计算所述无人机的偏航角，并将所述偏航角发送至所述惯性导航系统，以使得所述惯性导航系统根据接收到的偏航角对真北方向和偏航角的漂移范围进行校正。

进一步地，所述定位器输出的位置信息具备按照报文类型进行划分的报文格式；其中，所述报文格式具备预设的开头字符和预设的结尾字符。

本申请提供的技术方案，在视频航拍过程中，可以对获得的地图影像进行跟踪定位，进一步地，借助定位器采集的位置信息和摄像机镜头上安装的跟踪器，可以确定摄像机视场内的精确微观经纬度信息。后续，本系统可以将航拍图像和位置信息数据叠加实时传输到地面站，并将数据文件实时给到专用数据分析平台进行分析。专用数据分析按照该位置信息可以获取地标数据，并最终查找到该时刻采集的视频数据对应位置发生的新闻事件、地标名称、景点、人文地理等资讯。

附图说明

图1为本申请实施例中无人机地理信息数据采集系统的示意图；

图2为本申请实施例中无人机的结构示意图；

图3为本申请实施例中飞控处理器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。

请参阅图1和图2，本申请提供一种无人机地理信息数据采集系统，所述系统包括无人机、遥控器以及便携控制台，其中：

所述无人机包括图像采集模块1、图传模块2、飞控处理器3、数据收发模块4以及与卫星定位系统相连的定位器5；所述飞控处理器3通过所述数据收发模块4与所述便携控制台进行通信，所述图像采集模块1用于采集实时视频数据，并通过所述图传模块2将所述实时视频数据传输至所述便携控制台；所述定位器5用于获取所述无人机的位置信息，并将所述位置信息通过所述飞控处理器3导入所述数据收发模块4，所述数据收发模块4将接收到的所述位置信息发送至所述便携控制台；

所述遥控器，用于向所述无人机中的所述飞控处理器发送动作指令，以通过所述动作指令控制所述无人机的运行状态；

所述便携控制台，用于控制所述图像采集模块进行视频采集，并将接收到的同一时刻的实时视频数据和位置信息进行叠加后，发送至专用分析平台，以通过所述专用分析平台按照叠加了位置信息的实时视频数据，获取对应的地标数据，并查询到指定时刻的地标数据对应的新闻事件、地标名称、景点以及人文地理资讯。

在一个实施方式中，所述无人机还包括动力模块6和电源模块7，所述电源模块用于向所述无人机提供电能，并驱动所述动力模块运行；所述动力模块，用于执行所述飞控处理器发来的控制指令对应的执行动作。

在一个实施方式中，所述遥控器通过5GHz的无线信号向所述飞控处理器发送动作指令。所述图传模块通过5GHz的无线信号向所述便携控制台发送实时视频数据。所述数据收发模块通过900MHz的无线信号向所述便携控制台发送位置信息。

请参阅图3，在一个实施方式中，所述飞控处理器3包括姿态传感器31、微控制器32、电机驱动模块33、稳压电源模块34以及电机35；其中：

所述姿态传感器31和所述电机驱动模块33均与所述微控制器32相连，所述电机35与所述电机驱动模块33相连，所述稳压电源模块34分别与所述姿态传感器31、微控制器32以及电机驱动模块33相连，用于向所述姿态传感器31、微控制器32以及电机驱动模块33提供电能。

在一个实施方式中，所述飞控处理器还包括与所述微控制器相连的无线接收模块36，所述无线接收模块36用于接收所述遥控器发来的动作指令；所述姿态传感器至少包括3轴重力加速度传感器和3轴电子陀螺仪传感器。

在一个实施方式中，所述无人机的摄像机镜头上安装有变焦和聚焦跟踪器，所述变焦和聚焦跟踪器用于实时计算当前摄像机镜头的视角大小；

相应地，所述飞控处理器还用于结合计算出的所述视角大小以及所述定位器采集到的位置信息，测算出当前摄像机镜头的视场中包含的经纬度范围；其中，所述位置信息至少包括定位参数和海拔高度。

在一个实施方式中，所述无人机中还包括惯性导航系统和磁力计；其中，所述磁力计用于计算所述无人机的偏航角，并将所述偏航角发送至所述惯性导航系统，以使得所述惯性导航系统根据接收到的偏航角对真北方向和偏航角的漂移范围进行校正。

在一个实施方式中于，所述定位器输出的位置信息具备按照报文类型进行划分的报文格式；其中，所述报文格式具备预设的开头字符和预设的结尾字符。

在一个实际应用场景中，无人机地理信息数据采集系统包括分别安装在无人机上的动力模块、电源模块、图传模块、图像采集模块、飞控处理器、数据收发模块、与卫星定位系统通讯连接的定位器和遥控器及便携控制台。

电源模块用于向无人机提供电能驱动动力模块运行，图传模块与便携控制台通过无线通信链接，飞控处理器和遥控器无线链路通讯，飞控处理器通过数据收发模块与便携控制台通信。

在无人机正常工作状态时，电源模块提供整体运行电能，遥控器通过5Ghz链路给飞控处理器发送动作指令，由飞控处理器指挥动力模块运作完成任务指令，图像采集模块将高清视频信号输出给图传模块，图传模块利用5ghz链路将视频数据传输至便携控制台观看及储存，与卫星定位系统通讯连接的定位器将获取到的位置信息通过飞控处理器导入数据收发模块，数据收发模块和便携控制台利用900Mhz链路进行数据交互，便携控制台将接收的位置信息数据进行实时显示及保存，并且便携控制台会将图像数据和位置信息进行叠加后给到专用分析平台进行分析应用。

基于GPS或北斗数据来对摄像机的空间姿态进行位置跟踪。同时,在电视转播中，摄像机通常是固定在三脚架上的，通过在三脚架上安装齿轮传动机构，将摄像机平摇，俯仰的角度转化为齿轮转动的读数；在摄像机镜头的变焦和聚焦齿轮上增加传动机构能够将摄像机的变焦和聚焦转化为具体的读数,将这种数据打包送出,直接读出摄像机的平摇，俯仰和放缩参数跟踪，并根据这些参数直接计算出摄像机投影矩阵。然而，他最大的缺点在于它不是一个反馈系统，投影矩阵的计算依赖于预先计算得到的基准投影矩阵，一旦基准投影矩阵计算存在误差，那么随着摄像机平摇，俯仰和变焦的不断变化，造成虚拟景物的漂移。

通过无人机视频航拍，可以对获得的地图影像进行跟踪定位，借助GPS或北斗定位信号和摄像机运动跟踪传感器确定图像内目标的精确微观经纬度信息，按照该经纬度信息获取地标数据，并最终查找到该时刻图像对应位置发生的新闻事件、地标名称、景点、人文地理等资讯。

航拍中镜头视场的确定：通过在摄像机镜头上加装变焦和聚焦跟踪器，可以实时计算当前摄像机视角大小，结合当前GPS或北斗定位参数和摄像机海拔高度信息，可以测算出当前摄像机视场包括的微观经纬度范围。在此范围内索引已经建立的数据库获取视场景中图像对应的地标信息，进而得到相匹配的新闻资讯数据。

飞行控制器的硬件组成部分主要包括姿态传感器、微控制器、电机驱动部分以及电机等。同时还要有合适的稳压电路模块和相应的无线通信模块来实现与地面控制系统的数据交换。

具体地，本申请的详细技术方案可以按照以下方式实现：

1、位置信息的获取代码注释

数据使用串口以ASCII字符串形式输出，波特率9600。每行为一条报文，GPS报文以“@”开头、“#”结尾，场强报文以“$”开头、“&”结尾。每次GPS输出后都会输出相应报文。

2、位置信息确定技术方案

利用GPS导航长时间具有高的定位精度的优点来弥补INS(Inertial NavigationSystem，惯性导航系统)惯性导航累计误差随时间的增加而发散的缺点；利用INS惯性导航不受外界干扰、输出的导航信息连续的特点弥补GPS易受干扰和输出频率有限的缺点，并且为了解决由惯性导航计算出的偏航角无法找到真北，以及漂移较大的情况，本系统利用磁力计计算出的偏航角来校正，获得地理真北方向和稳定的偏航角，另外，此系统成本较低，系统稳定性较强，能够输出比较满意的导航定位信息，从而能够准确反映无人机的姿态和位置信息。

3、便携控制台设计思路

配备17寸高亮屏幕，在户外强光下可清晰观看从飞行器上采集到的视频、GPS信息。地面站可通过设置航行航线，使飞行器搭载着作业设备在预设的航线上精准自主航行。同时地面站配备云台控制器，通过实时画面可更精准操控云台。

本申请提供的技术方案，在视频航拍过程中，可以对获得的地图影像进行跟踪定位，进一步地，借助定位器采集的位置信息和摄像机镜头上安装的跟踪器，可以确定摄像机视场内的精确微观经纬度信息。后续，本系统可以将航拍图像和位置信息数据叠加实时传输到地面站，并将数据文件实时给到专用数据分析平台进行分析。专用数据分析按照该位置信息可以获取地标数据，并最终查找到该时刻采集的视频数据对应位置发生的新闻事件、地标名称、景点、人文地理等资讯。

上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

Claims (10)

1.一种无人机地理信息数据采集系统，其特征在于，所述系统包括无人机、遥控器以及便携控制台，其中：

所述无人机包括图像采集模块、图传模块、飞控处理器、数据收发模块以及与卫星定位系统相连的定位器；所述飞控处理器通过所述数据收发模块与所述便携控制台进行通信，所述图像采集模块用于采集实时视频数据，并通过所述图传模块将所述实时视频数据传输至所述便携控制台；所述定位器用于获取所述无人机的位置信息，并将所述位置信息通过所述飞控处理器导入所述数据收发模块，所述数据收发模块将接收到的所述位置信息发送至所述便携控制台；

所述遥控器，用于向所述无人机中的所述飞控处理器发送动作指令，以通过所述动作指令控制所述无人机的运行状态；

所述便携控制台，用于控制所述图像采集模块进行视频采集，并将接收到的同一时刻的实时视频数据和位置信息进行叠加后，发送至专用分析平台，以通过所述专用分析平台按照叠加了位置信息的实时视频数据，获取对应的地标数据，并查询到指定时刻的地标数据对应的新闻事件、地标名称、景点以及人文地理资讯。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机还包括动力模块和电源模块，所述电源模块用于向所述无人机提供电能，并驱动所述动力模块运行；所述动力模块，用于执行所述飞控处理器发来的控制指令对应的执行动作。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述遥控器通过5GHz的无线信号向所述飞控处理器发送动作指令。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图传模块通过5GHz的无线信号向所述便携控制台发送实时视频数据。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据收发模块通过900MHz的无线信号向所述便携控制台发送位置信息。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞控处理器包括姿态传感器、微控制器、电机驱动模块、稳压电源模块以及电机；其中：

所述姿态传感器和所述电机驱动模块均与所述微控制器相连，所述电机与所述电机驱动模块相连，所述稳压电源模块分别与所述姿态传感器、微控制器以及电机驱动模块相连，用于向所述姿态传感器、微控制器以及电机驱动模块提供电能。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述飞控处理器还包括与所述微控制器相连的无线接收模块，所述无线接收模块用于接收所述遥控器发来的动作指令；所述姿态传感器至少包括3轴重力加速度传感器和3轴电子陀螺仪传感器。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机的摄像机镜头上安装有变焦和聚焦跟踪器，所述变焦和聚焦跟踪器用于实时计算当前摄像机镜头的视角大小；

相应地，所述飞控处理器还用于结合计算出的所述视角大小以及所述定位器采集到的位置信息，测算出当前摄像机镜头的视场中包含的经纬度范围；其中，所述位置信息至少包括定位参数和海拔高度。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机中还包括惯性导航系统和磁力计；其中，所述磁力计用于计算所述无人机的偏航角，并将所述偏航角发送至所述惯性导航系统，以使得所述惯性导航系统根据接收到的偏航角对真北方向和偏航角的漂移范围进行校正。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位器输出的位置信息具备按照报文类型进行划分的报文格式；其中，所述报文格式具备预设的开头字符和预设的结尾字符。