CN110065077B - 一种用于考古的环境探测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于考古的环境探测方法及系统，所述方法包括采用机器人主体和控制主体进行考古发掘，所述方法还包括：机器人主体内的处理器或控制主体响应于所述机器人主体的摄像装置采集的视差图像评估并划分通过区域和不可通过区域；所述处理器或控制主体基于所述不可通过区域释放至少一个第一类中继传感器和/或至少一个第二类中继传感器，并且基于所述通过区域部署彼此多跳连接的且能够接收所述第一类中继传感器和/或第二类中继传感器发射信息的若干第三类中继传感器。

Description

一种用于考古的环境探测方法及系统
技术领域
本发明属于考古发掘技术领域，涉及一种环境探测方法及系统，尤其涉及一种基于中继传感网络的考古发掘方法及系统。
背景技术
目前，由于我国多数墓葬类古建筑处于长期封闭状态，古建筑内的环境状态未知，考古人员进入古建筑进行考古发掘不仅威胁考古人员的人身安全，也会破坏古建筑的密闭生态环境，从而对古建筑本身以及古建筑内的文物造成不可修复的破坏。现有技术对采用机器人代替考古科研人员进入古建筑进行探测。
例如，埃及文物部门与美国全国地理学会合作研制的应用于胡夫金字塔探秘的“金子塔漫游者”机器人由南通道开始进行探测。“金子塔漫游者”机器人长30cm，宽12cm，高度在11～28cm范围内可调，重量只有2.7公斤。机器人通过电缆获得电力，图像和指令也由此传输。考古发掘工作人员可以通过传输回的图像远程操控机器人。“金字塔漫游者”将通过自身装配的多种装置对石门进行全方位探测，其装置包括超声波传感器、地面探测雷达系统、力度测量仪、导电传感器以及一个由视觉纤维构成的高分辨率光纤摄像镜头。其中，超声波传感器能够确定岩石的厚度以确定石块是厚度有限的“门”，还是一块在通道内封住去路的巨石。地面探测雷达系统能够基于电磁波穿透岩石的速度，精确测出岩石的密度及厚度结构图。力度测量仪能够测试南通道的石门在施以压力的情况下能否移动及移动的方向。同时，在测试过程中，运用其他设备在岩石和通道壁之间寻找缝隙以便让光纤摄像镜头通过。光纤摄像头能够从石门下方的凹槽进入通道内部进行拍摄。导电传感器能够测试石门上的铜把手，检测是否带有某种电路装置。但是“金子塔漫游者”机器人对于古建筑、地震坍塌的废墟等非结构环境，还是无法全面地获得地下古建筑的环境信息，例如无法使得地下古建筑的结构的三维可视化、地下古建筑的底层数据不直观以及无法有效地表征底土成分等。以上因素都制约了考古发掘过程的相关分析与后续的研究。
例如，公开号为CN105678701B的中国专利文献公开了一项基于多视角影像与激光扫描的考古发掘探方序列三维可视化方法。其步骤如下：(1)利用三维激光扫描仪分阶段获取考古遗址发掘探方不同时期的全息数据；(2)获取考古遗址发掘探方不同时期地层、遗迹、遗物的多视角影像数据；(3)在数据校正与匹配的基础上分别利用三维扫描数据和多视角影像数据进行三维建模；(4)分时期将基于三维扫描数据与多视角影像数据建立的三维模型进行多源数据融合，实现考古遗址发掘探方序列三维可视化。该发明不仅为考古发掘及其后续研究提供了可供转化和对比的精确的空间属性，同时也为考古遗址发掘过程提供可科学、精准的记录方式和直观的展示效果。
例如，公开号为CN108009314A的中国专利文献公开了一种基于考古发掘资料的遗址区早期地形三维重建方法。其步骤如下：(1)对遗址区域进行分区分块，确定最小区域单元，并对分区进行编号，以每个最小分区单元为基本记录单位；(2)将遗迹进行分类空间标定工作，把基于发掘资料整理的遗迹的空间信息精确到分区单元格内，按照空间位置与区域单元挂接，然后统计单元格内的遗迹距地表的深度；(3)以接近发掘年代的地表为起始面，计算地下遗迹单元的深度，采用起始面高程减去发掘资料中记录的某时代遗迹距地面的高度获得；(4)最小分区单元的中心点作为高程记录点，遗迹单元的高程值作为最小分区单元的高程值，利用分散的最小分区单元的高程，推演出遗迹时代的古地表形态，建立遗址区早期地形三维模型，并实现可视化。本发明基于考古发掘资料的早期地形三维建模的方法科学有效、直观精确。
例如，公开号为CN104330074B的中国专利文献公开了一种智能测绘平台及其实现方法，其实现了考古测绘过程中不接触被测面及被测物体就能实时进行多源数据的同步采集及传输存储；借助被测面上方布设的运行轨道实现了纵横向自由移动，同时，倒置于平台上的硬件设备借助了云台的灵活旋转实现了多视角无死角的数据获取模式；还实现了数据采集过程的自动化、无线化的工作模式；集成的LED照明系统对数据采集现场的光源进行了补充，为平台上的硬件设备提供了最佳的拍摄环境。其提高了考古测绘的多学科技术综合运用水平，有助于我国出土文物现场保护能力的提升。
例如，公开号为CN105698708B的中国专利文献公开了一种三维视觉重建方法，包括以下步骤：搭建三维测量系统；使用多频相位测量轮廓术结构光扫描方法，通过投影仪投影带相移的正弦投影图案并通过摄像机实时捕获被测物表面调制的正弦图案，根据多频相位测量轮廓术的相位展开法计算出被测物表面相位信息；利用相位图在空间上随着被测物表面深度变化的扭曲度计算出被测物表面的相对深度，根据相对深度实现了三维重建。本发明能够在因条件限制而无法进行复杂的标定、标定困难，或者仅需重建出低精准度三维坐标的图像，快速的实现三维重建，弥补现有的三维重建方法在标定数据不足时无法重建的缺陷，可广泛用于考古领域、三维数据的可视化应用中。
尽管以上专利文献公开了关于现有考古发掘的三维可视化、地下古建筑的底层数据直观化以及有效地表征底土成分的方法，但是以上专利文献均是在地下遗址可挖掘，或者是地下古建筑已经开放的情况下，地下古建筑的至少部分环境信息已知，考古发掘人员的安全有一定保证，而且能够架设部署大量的监测设备。然而，我国的大部分的地下古建筑环境都未被开发，不仅地下环境未知，而且无法部署大型的监测设备。因此，以上专利文献采用的方法不适用那些未开发的，或者是不适宜大量考古人员和较为大型的考古设备进入的原始古建筑、遗址。现有技术中，可以通过机器人来进入那些原始的古建筑内，并通过在机器人本体上部署传感设备来进行三维可视化成像。
例如，公开号为CN106003064A的中国专利文献公开了一种复杂环境多传感器智能探测机器人，包括三角履带智能自主移动小车、360度立体旋转三维激光扫描仪、无线通信模块、图像采集设备、红外线检测仪及环境检测传感器模块，360度立体旋转三维激光扫描仪、无线通信模块、图像采集设备、红外线检测仪及环境检测传感器模块均设置在三角履带智能自主移动小车上，360度立体旋转三维激光扫描仪与所述的智能控制器连接，图像采集设备、红外线检测仪及环境检测传感器模块采集到的环境信息通过无线通信模块传输至远程控制中心，用来完成复杂环境或人类不可及的地方的生命搜寻、检测和探索任务。
尽管现有技术的机器人具有较强的通过能力，能够自适应的通过古建筑、地震坍塌、军事侦察等复杂、人类不可及的未知环境进行探测，但是续航问题、探索距离问题以及完整的多维属性的环境重构等问题，仍然没有很好的解决。现有技术基本采用线缆来为机器人进行电力传输和数据通信，机器人探索的范围受线缆长度以及地形的限制，无法远距离探索。而采用无线通信，又会因为古建筑结构复杂，障碍物较多，导致无线信号衰减严重无法远距离通信。针对无线通信的问题，现有技术多采用无线中继的方案，对无线传输信号进行放大和转发，来解决无线信号衰减严重导致无法远距离通信问题。而且，中继通信也被证明是实现空间多样性和解决无线网络中较大的数据吞吐量需求的方法。因此，通过选择最佳中继进行多跳传输，进而提高网络的吞吐量等性能指标，能够完成地下复杂环境的远距离通信。
例如，公开号为CN206504757U的中国专利文献公开了一种低工耗无线传感器监测地下管网系统，该管网系统包括中继设备、网关，所述中继设备与网关通过2.4G无线收发模块信号连接，所述网关设有GPRS模块，网关通过GPRS模块信号连接远程服务器，所述中继设备设有2.4G无线收发模块，在管网的管道内，设置有与中继设备通过2.4G无线信号连接的传感器设备，该传感器设备内置有多种传感器模块，其内置有2.4G无线收发模块，多种传感器模块包括温湿度传感器、位移传感器、高压电缆电流传感器、可燃气体传感器、液位传感器。本实用新型能够检测管道中的温湿度、可燃气体的浓度、高压电缆的电流以及线缆移动。管道及线缆出现异常能够及时报警提示，预防重大事故发生以及方便故障检查。现有的无线中继技术已经可以部署在地下复杂环境中，而且为了解决地下无线中继网络传输的稳定性以及运行期间不需要人为干预，现有技术也有较为成熟的解决方案。
例如，公开号为CN108712760A的中国专利文献公开了一种基于随机自动学习机与模糊算法的高吞吐量中继选择方法。主要解决在无线传感网中由于子节点和协调器之间链路损耗大使网络性能严重下降的问题。所述的方法包括：通过将无线传感网和随机自动学习机相结合，源节点可以通过学习的方式，找到最佳中继，使系统达到平衡稳定的状态。对于中继节点将接收到的数据进行AF转发，不同传感器数据拥有不同优先级。具有高优先级的节点在一帧内可以多次接入信道，发送成功的概率高。中继节点采用模糊算法，实现负载均衡。该发明的实施例，保证节点在运行期间内无需人为干预，可以自适应的达到稳定状态，使网络整体吞吐量最大化。
例如，公开号为CN202340240U的中国专利文献公开了一种基于物联网的考古发掘现场监测动态监控平台，包括考古发掘现场监测动态监控系统以及分别与考古发掘现场监测动态监控系统通过物联网相连的远程数据库服务器和本地数据库服务器，所述考古发掘现场监测动态监控系统包括监测网关、控制网关、用于对发掘遗址的气象及现场环境进行监测的监测系统、用于发出各种指令的控制系统以及用于探测发掘数据的探测系统；所述监测系统以及探测系统分别通过监测网关接入物联网；所述控制系统通过控制网关接入物联网；所述监测网关与控制网关相连；所述监测系统包括气象监测子系统以及环境监测子系统；所述气象监测子系统包括气象传感器组以及与气象传感器组无线通信方式相连接的气象中继节点；所述环境监测子系统包括环境监测传感器组以及与环境监测传感器组相连的现场环境监测中继节点；所述气象中继节点与环境监测中继节点分别以多跳的方式相互协作将数据传送至监测网关。
例如，公开号为CN102404764A的中国专利文献公开了一种用于三维电磁勘探的无线网络观测方法和系统，电磁场数据由散布在测区内的简单传感器节点采集，并通过各节点构成的自组网络传输到数据汇聚节点，构成一个完整的无线传感器网络。远程控制端通过测区内的数据汇聚节点控制观测网络的数据采集。
例如，公开号为CN101118654B的中国专利文献公开了一种基于传感器网络的机器视觉计算机模拟仿真系统，其包括设置有第一通信接口的无线传感网模块、用于驱动场景事件以供仿真的场景事件驱动模块、以及设置有与所述第一通信接口相对应的第二通信接口的三维仿真模块，所述无线传感网模块包括用于采集各节点单元周围环境的数据以探测事件的发生的一个或多个无线传感节点单元，通过对采集的数据进行融合，然后根据所述数据及所述场景事件驱动模块所驱动的场景事件进行事件发生地的三维场景仿真，以供决策者能快速做出应对所述事件的决策，如此可实现在虚拟世界中对各类事件的逼真模拟，并以此为依据做出明智的防御计划和反应，还能供紧急事件处理者在紧急事件发生之前进行态势预演。
综上，现有技术中，利用中继通信技术结合传感器形成无线传感网络，来对复杂环境的地下建筑来进行三维可视化地动态监测。但是，针对长期处于封闭状态的古建筑，不仅无法派遣考古人员进行发掘，也无法在古建筑内部署大型的传感监测设备进行无线组网监控。此外，为了保护地下古建筑及其密闭的生态环境，考古发掘人员一般会通过已有的盗洞或者尽可能钻取直径较小的通道来运送机器人达到地下古建筑内。因此需要通过小型机器人或小型移动车运送中继装置以及传感装置并进行部署以构建无线传感网络，从而实现地下古建筑长时间地、动态地以及三维可视化地监测。
尽管现有技术的机器人具有较强的通过能力，但负载能力有限，将三维激光扫描仪、无线通信模块、图像采集设备、红外线检测仪及环境检测传感器模块均设置在自主移动车或机器人上，导致移动车或机器人的尺寸增大，必然会减弱移动车或机器人的通过能力。此外，传感装置不适宜采用三维激光扫描仪或其他能耗较高的传感设备，不仅功耗大不利于长时间监测，而且获得数据较大，构建的无线网络的数据吞吐量可能无法满足要求。因此使用机器人或移动车运送中继装置或传感装置，来构建地下建筑的无线传感网络，需要对现有的中继装置和传感装置进行改进，将中继装置和传感装置集成而形成新的中继传感装置，该装置不仅需要体积小、能耗小、易于小型机器人或小型移动车携带，还需要易于在古建筑或者遗迹内通过机器人或移动车部署，而且该中继传感装置需要传感范围大，尽可能地部署数量较少的中继传感装置，避免中继传感装置因多级放大无线信号而成倍的放大噪声。
此外，一方面由于申请人所理解的本领域技术人员与审查部门必然有所差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留依据审查指南相关规定随时在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供了一种用于考古的环境探测方法，尤其涉及一种基于中继传感网络的考古发掘方法。本发明在无线中继装置上集成用于环境探测的传感装置，在利用中继装置解决无线信号衰减严重导致无法远距离通信问题的同时，利用中继装置上集成的无线传感装置对周围环境进行环境探测，而且多个中继传感装置能够组成无线传感网络，能够长时间地、稳定地、全面地获取地下建筑、地下煤矿井道等人类无法进入的未知环境的环境信息；而且针对地下建筑的未知复杂环境，本发明基于机器人主体采集的信息划分不同的区域，在保证全面获取地下建筑的环境信息的条件下，最优化部署三类不同的中继传感器来进行中继和传感，最终通过中继传感器得到的图像信息、温湿度信息、振动信息，得到地下建筑的多维属性特征的环境信息，以此来满足地下古建筑的平面图、剖面图、遗迹分布图等后续需求。
一种基于中继传感网络的环境探测方法，所述方法包括采用机器人主体和控制主体进行考古发掘。所述方法还包括：机器人主体内的处理器或控制主体响应于所述机器人主体的摄像装置采集的视差图像评估并划分通过区域和不可通过区域；所述处理器或控制主体基于所述不可通过区域的范围释放至少一个第一类中继传感器和/或至少一个第二类中继传感器，并且基于所述通过区域部署彼此多跳连接的且能够接收所述第一类中继传感器和/或第二类中继传感器发射信息的若干第三类中继传感器。
根据一个优选实施方式，所述处理器或控制主体划分所述通过区域和不可通过区域的步骤包括：基于所述视差图像生成初始环境三维模型来获取地形信息；基于所述地形信息评估机器人主体的通过概率和通过时间；基于所述通过概率、通过时间生成所述通过区域和不可通过区域。
根据一个优选实施方式，所述处理器或控制主体基于所述通过区域利用第一闭合曲线划分若干彼此邻接的无线信号衰减区域。若干无线信号衰减区域的中心基于所述地形信息和无线信号的衰减程度被赋予不同的权值。
根据一个优选实施方式，所述处理器或控制主体基于所述通过区域利用第二闭合曲线划分若干彼此重叠的传感范围区域。若干传感范围区域的面积基于所述第三类中继传感器的传感范围确定。
根据一个优选实施方式，在传感范围区域包含至少两个所述无线信号衰减区域的情况下，所述处理器或控制主体基于至少两个所述无线信号衰减区域的中心的权值以及构成的直线或封闭多边形确定所述第三类中继传感器的部署位置。
根据一个优选实施方式，在所述无线信号衰减区域包含至少两个所述传感范围区域的情况下，所述处理器或控制主体基于所述传感范围区域的中心确定所述第三类中继传感器的部署位置。所述无线信号衰减区域的中心位于至少两个所述第三类中继传感器的部署位置的连线上或构成的封闭多边形内。
根据一个优选实施方式，所述处理器或控制主体基于若干所述第三类中继传感器的部署位置确定所述机器人主体的移动路径并释放所述第三类中继传感器，以使得若干所述第三类中继传感器形成能够多跳传输信息的无线传感网络。
根据一个优选实施方式，所述处理器或控制主体基于所述不可通过区域的范围释放至少一个第一类中继传感器和/或至少一个第二类中继传感器的步骤包括：确定距离所述不可通过区域最近的所述第三类中继传感器的部署位置并计算两者之间的距离；在所述距离未超过所述第一类中继传感器无线连接的范围的情况下，采用抛射的方式释放所述第一类中继传感器；在所述距离超过所述第一类中继传感器无线连接的范围的情况下，采用抛射的方式释放所述第二类中继传感器。
根据一个优选实施方式，在所述第二类中继传感器4的传感范围未全部覆盖所述不可通过区域的情况下，所述处理器或控制主体按照抛射的弧度和速度大于抛射所述第二类中继传感器的方式抛射所述第一类中继传感器。
一种用于考古的环境探测系统，所述系统包括用于考古发掘的机器人主体和控制主体。所述机器人主体至少包括处理器和摄像装置。所述控制主体或所述处理器被配置为执行如下步骤：响应于所述机器人主体的摄像装置采集的视差图像评估并划分通过区域和不可通过区域；基于所述不可通过区域的范围释放至少一个第一类中继传感器和/或至少一个第二类中继传感器，并且基于所述通过区域部署彼此多跳连接的且能够接收所述第一类中继传感器和/或第二类中继传感器发射信息的若干第三类中继传感器。
本发明的有益技术效果包括以下一下或多项：
1、相比现有技术的采用三维激光扫描仪或其他大型的环境监测设备进行环境探测，本发明利用小型机器人运载和释放小型的中继传感器来构建无线传感网络，通过无线传感网络采集环境信息，并通过无线传感网络的多跳传输的功能将采集的数据传输到控制主体，能够在封闭的、人类不可及的地方实现长时间地、动态地以及三维可视化地探测；
2、本发明根据机器人主体采集的地形信息划分通过区域和不可通过区域，分别部署三类不同的中继传感器，来匹配地下建筑的复杂地形；通过第三类中继传感器构建无线传感网络的树干，第二类中继传感器构建无线传感网络的枝点，第一类传感器构建无线传感网络的末点，从而使得无线传感网络形成树形结构，能够最优化的减少中继传感器的部署节点，满足在机器人主体承载能力有限的情况下，全面地探索地下建筑环境。
3、本发明通过抛射第一类中继传感器和第二类中继传感器的方式探索不可通过区域的环境信息，有效的扩大了无线传感网络的传感范围，也进一步地增强了探测能力；
4、本发明提供的探测系统或方法可以在不接触古文物的情况下就能够对古文物进行评估和认证，从而得到古文物的时间信息、形状以及保存环境的温湿度等信息，能够避免因使用机械设备挖掘古文物，从而对古文物造成物理损伤；而且，本发明提供的机器人主体没有破坏古文物的原生保存环境，能够避免因光照变化、温湿度变化、气体成分的变化等因素对古文物造成损伤；
5、本发明提供的探测系统能够构建覆盖古建筑或地下遗址的中继无线传感网络，从而能够在不破坏古建筑或地下遗址的情况下，对古文物的生态环境进行全面的监控，并进行科学保护。
附图说明
图1是本发明的一个优选实施方式的简化示意图；和
图2是本发明的环境探测方法的流程示意图
附图标记列表
1：处理器 2：摄像装置
3：第一类中继传感器 4：第二类中继传感器
5：第三类中继传感器
具体实施方式
下面结合附图1和附图2进行详细说明。
实施例1
本实施例公开了一种环境感知系统，也可以是一种环境探测系统，也可以是一种基于无线传感网络的环境探测系统，也可以是一种考古探测系统，也可以是一种基于无线通信网络的考古探测系统，也可以是一种基于中继传感网络的考古探测系统，该系统可以由本发明的系统和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的系统中的各个零部件实现本发明的方法。
一种用于考古的环境探测系统，包括机器人主体和控制主体。机器人主体可以是多足式机器人，也可以是履带机器人。优选地，机器人主体的横截面的尺寸要小于已有盗洞的尺寸。大多数盗洞的直径小于50cm。优选地，机器人主体的高度在20～28cm范围内，横截面的最长长度应该在50cm以内。优选地，机器人主体的长度在1m以内。优选地，空载的机器人主体的重量控制在3kg以内。通过该设置方式，能够减少机器人主体的体积重量，不仅方便机器人主体通过狭窄区域，增强通过能力，而且有利于减少机器人的能耗，增加机器人主体的续航时间。优选地，机器人主体还设置有承载中继传感装置的承载舱。优选地，机器人主体包括处理器1。处理器1可以是单片机、FPGA或ARM芯片。例如，CORTEX-M4处理器。机器人主体可以利用COFDM技术来进行图像数据的远程传输。采用APC220无线模块作为通信媒介。优选地，摄像装置2可以是可见光波段的摄像装置。摄像装置2也可以是红外波段的红外摄像装置。优选地，机器人主体还包括多个处于不同位置成像的摄像装置2。例如，处于同一水平方向上的两个摄像装置2，可以得到视差图像。机器人主体也可以包括一对可见光波段的摄像装置和一对红外波段的摄像装置。优选地，可见光波段的摄像装置可以是型号为IGV-B2020-MKFO的可见光相机。优选地，红外波段的摄像装置可以是型号为Photon 640的红外相机。优选地，摄像装置2与处理器1电连接。
优选地，控制主体以监控界面和电脑终端为主。控制主体可以采用个人电脑终端或服务器。控制主体包括实施视频串口、实施环境参数显示窗口、探索现场备注信息显示窗口。优选地，控制主体包括通信模块。控制主体通过通信模块以有线/或无线的方式与机器人主体连接。例如，控制主体可以通过型号为PCE-AC51的无线网卡与机器人主体上的APC220无线模块进行无线通信。优选地，控制主体还可以通过电缆与所述机器人主体进行有线连接。
优选地，机器人主体的承载舱内搭载有若干三类中继传感器。优选地，第三类中继传感器5设置在机器人主体的腹部。第一类中继传感器3和第二类中继传感器4设置于机器人主体的手臂处或者肩部以上。优选地，处理器1或控制主体可以控制机器人腹部的板体打开，释放第三类中继传感器。优选地，第三类中继传感器5整体为纺锤形，其高度在10～14cm，底部的半径在12cm以内。第三类中继传感器5的顶部设置有十字形的天线。该天线与第三类中继传感器5内的无线模块连接，例如，APC220无线模块。优选地，第三类中继传感器5的颈部设置有若干个微型摄像装置，例如，型号为FXH-810的超小型红外摄像头。优选地，若干个微型摄像装置沿第三类中继传感器5的周向以间隔排布的方式设置。通过该设置方式，第三类中继传感器5能够360°的采集图像，增加第三类中继传感器5的探测范围。优选地，第三类中继传感器5的底部设置有重力调节仓。重力调节仓内设置有重心调节模块。优选地，重力调节仓的底部为椭圆形，重心调节模块为质量较大的金属块。重心调节模块粘接在重力调节仓的底部的中心位置。通过该设置方式，可以保证机器人在部署第三类中继传感器5的过程中以及第三类中继传感器5采集数据的过程中，如果受到外力影响导致重心偏移时，能够迅速恢复稳定的姿态，保持十字形的天线在工作过程中始终向上，从而保证第三类中继传感器5处于最佳通信状态。优选地，重力调节仓内还设置有电池、传感器、存储器。优选地，电池可以选用聚合物锂电池，例如，型号为805080-4000mah的聚合物锂电池，其重量在70g，电压为4.2V，尺寸为80mm×50mm×80mm。优选地，存储器可以采用体积较小的非易失性存储器，例如，型号为Micro SDXC的闪存卡。优选地，传感器可以是温湿度传感器、气体传感器、振动传感器、力传感器中的一种或几种。优选地，温湿度传感器可以是型号为SHT20微型温湿度传感器。气体传感器可以是型号为SGA-400B/700B系列的微型气体传感器。振动传感器可以是型号为MMF-KS903的微型振动传感器。力传感器可以是型号为MDS微型测力传感器。优选地，传感器可以设置在重力调节仓内。优选地，第三类中继传感器5的底部设置有缓冲装置，例如，第三类中继传感器5的底部采用橡胶等弹性材料制作。优选地，通过该设置方式，能够至少部分地吸收第三类中继传感器5落地受到的冲击，从而保护第三类中继传感器5内的电子器件。优选地，微型摄像装置采集到的图像数据信息存储在存储器内。传感器采集到的传感数据按照时间顺序的方式存储在存储器内。存储器与无线模块连接。存储器通过逻辑运算器与无模块连接。逻辑运算器能够周期性地将存储器内的数据通过无线模块发送。逻辑运算器可以是CPU、FPGA、单片机。优选地，逻辑运算器是74LS181数字逻辑运算器。
优选地，第一类中继传感器3以及第二类中继传感器4同样设置有无线模块和微型摄像装置。优选地，第一类中继传感器3外形同样呈纺锤形，与第三类中继传感器5的设置相同。通过该设置方式，使得第一类中继传感器3不易倾倒，保持直立。主体的顶端设置有天线。主体的周向同样设置有彼此间隔排列的微型摄像装置。主体内设置有与天线连接的无线模块。主体还设置有传感器以及存储器。优选地，主体的中间部分缠绕有多根光纤。主体内设置有与光纤法兰连接的光接收器。优选地，光纤的端部配置有配重块。光纤外套设有弹性保护套，例如，采用橡胶制作的弹性保护套。机器人主体采用旋转抛射的方式释放第一类中继传感器3。优选地，配重块内设置有微型激光器，例如，基于回音壁模式的微盘激光器、微环激光器以及纳米激光器，其中，纳米激光器封装过后的尺寸处于平方厘米量级。这种激光器可以采用氧化锌制作。氧化锌在光激励下能发射线宽小于0.3nm，波长为385nm的激光。优选的，微型激光器与光纤法兰连接。通过该设置方式，能够将第一类中继传感器3上的光纤展开，展开后的光纤呈放射状，可以通过光纤进行传感。优选地，在外界环境的温度、湿度发生变化的情况下，会改变光纤内的折射率，操作人员通过分析光纤的传输光谱的波形是否发生漂移，就能发现温度和湿度的变化。
优选地，第二类中继传感器4结构形状与第一类中继传感器3基本相同。不同的是，第二类中继传感器4不采用光纤连接配重块和纺锤形主体，而是采用电缆连接。配重块内不设置微型激光器，而是设置至少一个微型摄像装置。通过该设置方式，能够成倍的增加图像采集范围，从而增加第二类中继传感器4的探测范围。
优选地，第一类中继传感器3、第二类中继传感器4以及第三类中继传感器5将采集的数据不做处理，直接通过构成的无线传感网络传输至控制主体。通过该设置方式，能够有效地减少能源消耗，增加续航时间。
优选地，处理器1或控制主体可以执行如图2所示的步骤流程图。该步骤可以构建用于环境探测的无线传感网络，步骤如下：
S100：基于机器人主体的摄像装置2采集的信息来划分机器人主体通过区域和不可通过区域。通过区域指的是机器人主体可以通过的区域。具体而言，指的是在机器人主体正常耗能的情况下，可行走通过的区域。优选地，不可通过区域指的是机器人主体无法通过、或者需要耗费较大能源的情况下才能通过的区域。
优选地，处理器1或控制主体划分通过区域和不可通过区域的步骤包括：
1)基于视差图像生成初始环境三维模型来获取地形信息。优选地，控制主体或处理器1能够基于得到视差图像提取特征点，并对特征点进行特征点匹配确定支撑点。根据支撑点构建Delaunay三角形。优选地，可以采用分治法实现Delaunay三角形的构建。其构建方式如下：
步骤1，按照笛卡尔平面坐标系构建支撑点的坐标，对图像上所有的支撑点集按照x轴坐标非递减排序，对于x轴坐标相同的点，再按y轴坐标非递减排序；
步骤2，按数量将图像平面上的点集划分成近似相等的左右两个子集L，R；
步骤3，分别完成两个子集L，R的Delaunay三角形划分；
步骤4，合并L，R两个子集的Delaunay三角形划分；
步骤5，递归执行步骤2到步骤4，直至所有支撑点都参与了Delaunay三角形划分。
其中，Delaunay三角形划分按照具有以下特征的方式进行划分：
唯一性：对于一组确定的二维离散点集，其形成的三角网格具有唯一性；
封闭性：划分完成后，三角网的边界环是二维离散点集的凸包；
空圆特性：任何已划分的三角形的外接圆内不包含其他离散点；
最大化最小角特性：在所有可能形成的三角网中，如果将各个三角网的最小角按升序排列，则采用Delaunay三角形划分生成的三角网的最小内角最大。
其中，Delaunay三角形包括三角形内所有像素点视差的先验概率以及像素点与支撑点的最小支撑距离m＝minDp,i，其中，i＝1,2,3。用高斯模型计算得到的先验概率
Figure BDA0002040545880000141
其中，Dp,i为对应像素点与其所在Delaunay三角形的支撑点的欧式距离。δp＝mδ，其中，m为参数常数，δ为方差。dp为由支撑点确定的视差估计，并且dp＝ax+by+c，其中x和y为该像素点的横坐标和纵坐标，参数a、b和c可以通过线性拟合为三个支撑点平面来获得，dn为支撑点视差值；利用计算得到的视差值通过坐标转换以及视差映射函数可以实现视差图到场景高度图映射，从而获取真实场景的三维点云信息。优选地，视差映射函数可以采用OpenCV图像算法库提供的现有映射函数来计算。
基于地形信息评估机器人主体的通过概率和通过时间。优选地，得到环境的三维点云信息后可以初步的判断地下古建筑的地形。例如判断是否有障碍物，例如，墙壁或杂物。还可以判断该区域的地形，例如是长方体的长廊、还是方形的墓室等。也可以判断地面的类型，例如砖地、沙地还是泥地。进一步地还可以判断该地区的地面是否是水池、陷阱、坑洞、台阶等。优选地，由于现有技术的限制，机器人主体可能无法攀爬某些障碍物或者墙壁，可能也无法通过某些泥地或者沙地。尽管可能通过某些沙地或者泥地，但是可能需要耗费更多的时间和更多的能源来通过，因此，操作人员通过控制主体计算通过的概率和通过的时间以及需要耗费的电量来决定是否通过。
基于通过概率、通过时间生成通过区域和不可通过区域。当通过概率较低，例如通过概率为75％以下，且通过时间大于平面陆地通过时间的130％，那么此区域划分为不可通过区域。优选地，当通过概率大于等于75％，且通过时间与平面陆地的通过时间的差异小于30％时，划分为通过区域。
S200：基于通过区域部署彼此多跳连接的且能够接收第一类中继传感器3和/或第二类中继传感器4发射信息的若干第三类中继传感器5。
优选地，处理器1或控制主体基于通过区域利用第一闭合曲线划分若干彼此邻接的无线信号衰减区域。优选地，可以采用不规则的闭合曲线或者封闭的多边向来描述无线信号衰减区域。无线信号衰减区域两两之间具有共用边。优选地，无线通信的波段处于微波的范围，具有微波的传输特性，因此，地下建筑的泥土、岩石会阻挡和衰减微波信号，使得通过区域的不同位置具有不同的衰减程度。优选地，无线信号衰减区域的中心基于地形信息和无线信号的衰减程度被赋予不同的权值。例如，通过区域为一条长方形的长廊，如果长廊的长度较长，那么距离控制主体越远其信号越弱。例如，长廊的转弯处因为岩石的遮挡，其信号衰减较强。可以通过现有技术以及相关的先验信息为这些区域的中心点赋予不同的衰减权值，衰减越大，其权值越大。
优选地，处理器1或控制主体基于通过区域利用第二闭合曲线划分若干彼此重叠的传感范围区域。若干传感范围区域的面积基于第三类中继传感器5的传感范围确定。优选地，第二闭合曲线可以是不规则的封闭曲线、圆形或者是是封闭的多边形。优选地，第三类中继传感器5的传感范围指的是其微型摄像装置的可视范围。优选地，该可视范围基于微型摄像装置本身的参数决定。优选地，现有技术的微型摄像装置的可视范围在7m以内。优选地，可以以7m为半径的圆形来描述传感范围区域。优选地，为了避免部分区域被遗落，因此多个传感范围区域的部分区域彼此相互重叠。
根据一个优选实施方式，在传感范围区域包含至少两个无线信号衰减区域的情况下，处理器1或控制主体基于至少两个无线信号衰减区域的中心的权值以及构成的直线或封闭多边形确定第三类中继传感器5的部署位置。优选地，传感范围区域包含至少两个无线信号衰减区域，可以是三个、四个或者更多。当包含两个无线信号衰减区域的情况下，两个无线信号衰减区域的中心连接，过程一条直线。优选地，根据两个端点的权值来划分该直线。例如，该直线的第一端点权值为二，第二端点为三，那么将该直线五等分，划分四个点，取距离第一端点的第二个点为第三类中继传感器5的部署点。优选地，若有三个无线信号衰减区域，那么三个中心点形成三角形，第一端点的权值为1，第二端点的权值为5，第三端点的权值为2。在该三角形内取1点，该点到第一端点的距离为第一距离，该点到第二端点的距离为第二距离，该点到第三端点的距离为第三距离，按照第一距离：第二距离：第三距离为7：3：6的方式设置。通过该设置方式，能够在稳定通信的前提下，尽量减少第三类中继传感器5的部署节点，节省第三类中继传感器5的开销，避免因机器人主体频繁地往返来补充第三类中继传感器5。
根据一个优选实施方式，在无线信号衰减区域包含至少两个传感范围区域的情况下，处理器1或控制主体基于传感范围区域的中心确定第三类中继传感器5的部署位置。优选地，至少两个也可以是三个、四个或者更多个。例如，当无线信号衰减区域包含两个传感范围区域的情况下，动态调整两个传感范围区域的划分，使得两个传感范围区域的中心的连线经过无线信号衰减区域的中心。优选地，当包含三个传感范围区域的情况下，调整这三个传感范围区域，使得这三个传感范围区域的中心构成的三角形覆盖无线信号衰减区域的中心。优选地，通过以上方式确定传感范围区域的中心位置。优选地，传感范围区域的中心位置为第三类中继传感器的部署位置。
优选地，处理器1或控制主体基于若干第三类中继传感器5的部署位置确定机器人主体的移动路径并释放第三类中继传感器5，以使得若干第三类中继传感器5形成能够多跳传输信息的无线传感网络。优选地，若干第三类传感器采用多跳传输信息的方式彼此连接，形成树干形无线传感网络。优选地，第三类中继传感器5内还是设置有信号放大装置。优选地，信号放大装置可以是SY系列放大器，该放大器体积较小能够放置在第三类中继传感器5内。优选地，第三类中继放大器5可以采用WIFI形成无缝接入的中继通信网络。
S300：处理器1或控制主体基于不可通过区域的范围释放至少一个第一类中继传感器3和/或至少一个第二类中继传感器4。
优选地，处理器1或控制主体确定距离不可通过区域最近的第三类中继传感器5的部署位置并计算两者之间的距离。优选地，当距离相同时，选择距离控制主体较近的第三类中继传感器5，机器人主体基于此位置开始部署第一类中继传感器3和/或第二类中继传感器4。在距离未超过第一类中继传感器3无线连接的范围的情况下，采用抛射的方式释放第一类中继传感器3。优选地，采用旋转抛射的方式释放第一类中继传感器3。通过该设置方式，能够充分展开第一类中继传感器3上的光纤。在距离超过第一类中继传感器3无线连接的范围的情况下，采用抛射的方式释放第二类中继传感器4。例如，第三类中继传感器5到不可通过区域和通过区域连接的边缘的垂直距离超过了第一类中继传感器3的传感范围的情况下，释放第二类中继传感器4。优选地，在不可通过区域的全部边缘都已知的情况下，第三类中继传感器5到不可通过区域的中心的距离超过第一类中继传感器3的传感范围的情况下，释放第二类中继传感器。
处理器1或控制主体按照抛射的弧度和速度大于抛射所述第二类中继传感器4的方式抛射所述第一类中继传感器3。优选地，处理器1或控制主体基于第二类中继传感器4反馈的不可通过区域的信息，判断不可通过区域是否已经被第二类中继传感器3覆盖，如果未完全覆盖，再次释放第二类中继传感器4或第一类中继传感器3。如果已经完全覆盖，机器人主体继续探索地下建筑。再次释放时，处理器1或控制主体按照抛射的弧度和速度大于第一次抛射第二类中继传感器4的方式抛射第二类中继传感器4或第一类中继传感器3。例如，根据第二类中继传感器4返回的信息计算下次抛射的落点位置，从而调整抛射的高度和速度，使得第二类中继传感器4或第一类中继传感器3的传感范围至少部分覆盖之前的第二类中继传感器4的传感范围。采用该设置方式，能够在第一次抛射的基础上，探索更大的范围，尽可能地减少未知区域的面积。
优选地，处理器1和控制主体可以根据地下古建筑的结构，通过以上步骤构建一个覆盖完整墓室的中继无线传感网络。构建完成之后，重复步骤S100～S300，直至构建一个完全覆盖地下古建筑或遗址的中继无线传感网络。
优选地，操作人员根据构建好的种子无线传感网络，可以周期性地获取中继无线传感网络传输的数据，不仅可以获得地下古建筑的包含时间属性的三维环境信息，还可以获得地下古建筑的不同区域内的温湿度信息、振动信息、气体信息等。
本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：
1、相比现有技术的采用三维激光扫描仪或其他大型的环境监测设备进行环境探测，本发明利用小型机器人运载和释放小型的中继传感器来构建无线传感网络，通过无线传感网络采集环境信息，并通过无线传感网络的多跳传输的功能将采集的数据传输到控制主体，能够在封闭的、人类不可及的地方实现长时间地、动态地以及三维可视化地探测；
2、本发明根据机器人主体采集的地形信息划分通过区域和不可通过区域，分别部署三类不同的中继传感器，来匹配地下建筑的复杂地形；通过第三类中继传感器构建无线传感网络的树干，第二类中继传感器构建无线传感网络的枝点，第一类传感器构建无线传感网络的末点，从而使得无线传感网络形成树形结构，能够最优化的减少中继传感器的部署节点，满足在机器人主体承载能力有限的情况下，全面的探索地下建筑环境。
3、本发明通过抛射第一类中继传感器和第二类中继传感器的方式探索不可通过区域的环境信息，有效的扩大了无线传感网络的传感范围，也进一步地增强了探测能力。
实施例2
本实施例公开了一种环境成像方法，也可以是一种环境感知方法，也可以是一种环境探测方法，也可以是一种基于无线传感网络的环境探测方法，也可以是一种考古发掘方法，也可以是一种基于无线传感网络的考古探测方法。该方法可以由本发明的系统和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的系统中的各个零部件实现本发明的系统。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。
一种用于考古的环境探测方法，方法包括以下步骤。
S100：基于机器人主体的摄像装置2采集的信息来划分机器人主体通过区域和不可通过区域。通过区域指的是机器人主体可以通过的区域。具体而言指的是在机器人主体正常耗能的情况下，可行走通过的区域。优选地，不可通过区域指的是机器人主体无法通过、或者需要耗费较大能源的情况下才能通过的区域。
优选地，处理器1或控制主体划分通过区域和不可通过区域的步骤包括：
1)基于视差图像生成初始环境三维模型来获取地形信息。优选地，控制主体或处理器1能够基于得到视差图像提取特征点，并对特征点进行特征点匹配确定支撑点。根据支撑点构建Delaunay三角形。优选地，可以采用分治法实现Delaunay三角形的构建。其构建方式如下：
步骤1，按照笛卡尔平面坐标系构建支撑点的坐标，对图像上所有的支撑点集按照x轴坐标非递减排序，对于x轴坐标相同的点，再按y轴坐标非递减排序；
步骤2，按数量将图像平面上的点集划分成近似相等的左右两个子集L，R；
步骤3，分别完成两个子集L，R的Delaunay三角形划分；
步骤4，合并L，R两个子集的Delaunay三角形划分；
步骤5，递归执行步骤2到步骤4，直至所有支撑点都参与了Delaunay三角形划分。
其中，Delaunay三角形划分按照具有以下特征的方式进行划分：
唯一性：对于一组确定的二维离散点集，其形成的三角网格具有唯一性；
封闭性：划分完成后，三角网的边界环是二维离散点集的凸包；
空圆特性：任何已划分的三角形的外接圆内不包含其他离散点；
最大化最小角特性：在所有可能形成的三角网中，如果将各个三角网的最小角按升序排列，则采用Delaunay三角形划分生成的三角网的最小内角最大。
其中，Delaunay三角形包括三角形内所有像素点视差的先验概率以及像素点与支撑点的最小支撑距离m＝minDp,i，其中，i＝1,2,3。用高斯模型计算得到的先验概率
Figure BDA0002040545880000191
其中，Dp,i为对应像素点与其所在Delaunay三角形的支撑点的欧式距离。δp＝mδ，其中，m为参数常数，δ为方差。dp为由支撑点确定的视差估计，并且dp＝ax+by+c，其中x和y为该像素点的横坐标和纵坐标，参数a、b和c可以通过线性拟合为三个支撑点平面来获得，dn为支撑点视差值；利用计算得到的视差值通过坐标转换以及视差映射函数可以实现视差图到场景高度图映射，从而获取真实场景的三维点云信息。优选地，视差映射函数可以采用OpenCV图像算法库提供的现有映射函数来计算。
基于地形信息评估机器人主体的通过概率和通过时间。优选地，得到环境的三维点云信息后可以初步的判断地下古建筑的地形。例如判断是否有障碍物，例如，墙壁或杂物。还可以判断该区域的地形，例如是长方体的长廊、还是方形的墓室等。也可以判断地面的类型，例如砖地、沙地还是泥地。进一步地还可以判断该地区的地面是否是水池、陷阱、坑洞、台阶等。优选地，由于现有技术的限制，机器人主体可能无法攀爬某些障碍物或者墙壁，可能也无法通过某些泥地或者沙地。尽管机器人主体可能通过某些沙地或者泥地，但是可能需要耗费更多的时间和更多的能源来通过，因此，操作人员通过控制主体计算通过的概率和通过的时间以及需要耗费的电量来决定是否通过。
基于通过概率、通过时间生成通过区域和不可通过区域。当通过概率较低，例如通过概率为75％以下，且通过时间大于平面陆地通过时间的130％，那么此区域划分为不可通过区域。优选地，当通过概率大于等于75％，且通过时间与平面陆地的通过时间的差异小于30％时，划分为通过区域。
S200：基于通过区域部署彼此多跳连接的且能够接收第一类中继传感器3和/或第二类中继传感器4发射信息的若干第三类中继传感器5。
优选地，处理器1或控制主体基于通过区域利用第一闭合曲线划分若干彼此邻接的无线信号衰减区域。优选地，可以采用不规则的闭合曲线或者封闭的多边向来描述无线信号衰减区域。无线信号衰减区域两两之间具有共用边。优选地，无线通信的波段处于微波的范围，具有微波的传输特性，因此，地下建筑的泥土、岩石会阻挡和衰减微波信号，使得通过区域的不同位置具有不同的衰减程度。优选地，无线信号衰减区域的中心基于地形信息和无线信号的衰减程度被赋予不同的权值。例如，通过区域为一条长方形的长廊，如果长廊的长度较长，那么距离控制主体越远其信号越弱。例如，长廊的转弯处因为岩石的遮挡，其信号衰减较强。可以通过现有技术以及相关的先验信息为这些区域的中心点赋予不同的衰减权值，衰减越大，其权值越大。
优选地，处理器1或控制主体基于通过区域利用第二闭合曲线划分若干彼此重叠的传感范围区域。若干传感范围区域的面积基于第三类中继传感器5的传感范围确定。优选地，第二闭合曲线可以是不规则的封闭曲线、圆形或者是是封闭的多边形。优选地，第三类中继传感器5的传感范围指的是其微型摄像装置的可视范围。优选地，该可视范围基于微型摄像装置本身的参数决定。优选地，现有技术的微型摄像装置的可视范围在7m以内。优选地，可以以7m为半径的圆形来描述传感范围区域。优选地，为了避免部分区域被遗落，因此多个传感范围区域的部分区域彼此相互重叠。
根据一个优选实施方式，在传感范围区域包含至少两个无线信号衰减区域的情况下，处理器1或控制主体基于至少两个无线信号衰减区域的中心的权值以及构成的直线或封闭多边形确定第三类中继传感器5的部署位置。优选地，传感范围区域包含至少两个无线信号衰减区域，可以是三个、四个或者更多。当包含两个无线信号衰减区域的情况下，两个无线信号衰减区域的中心连接，构成一条直线。优选地，根据两个端点的权值来划分该直线。例如，该直线的第一端点权值为二，第二端点为三，那么将该直线五等分，划分四个点，取距离第一端点的第二个点为第三类中继传感器5的部署点。优选地，若有三个无线信号衰减区域，那么三个中心点形成三角形，第一端点的权值为1，第二端点的权值为5，第三端点的权值为2。在该三角形内取1点，该点到第一端点的距离为第一距离，该点到第二端点的距离为第二距离，该点到第三端点的距离为第三距离，按照第一距离：第二距离：第三距离为7：3：6的方式设置。通过该设置方式，能够在稳定通信的前提下，尽量减少第三类中继传感器5的部署节点，节省第三类中继传感器5的开销，避免因机器人主体频繁地往返来补充。
根据一个优选实施方式，在无线信号衰减区域包含至少两个传感范围区域的情况下，处理器1或控制主体基于传感范围区域的中心确定第三类中继传感器5的部署位置。优选地，至少两个也可以是三个、四个或者更多个。例如，当无线信号衰减区域包含两个传感范围区域的情况下，动态调整两个传感范围区域的划分，使得两个传感范围区域的中心的连线经过无线信号衰减区域的中心。优选地，当包含三个传感范围区域的情况下，调整这三个传感范围区域，使得这三个传感范围区域的中心构成的三角形覆盖无线信号衰减区域的中心。优选地，通过以上方式确定传感范围区域的中心位置。优选地，传感范围区域的中心位置为第三类中继传感器的部署位置。
优选地，处理器1或控制主体基于若干第三类中继传感器5的部署位置确定机器人主体的移动路径并释放第三类中继传感器5，以使得若干第三类中继传感器5形成能够多跳传输信息的无线传感网络。优选地，若干第三类传感器采用多跳传输信息的方式彼此连接，形成树干形无线传感网络。优选地，第三类中继传感器5内还是设置有信号放大装置。优选地，信号放大装置可以是SY系列放大器，该放大器体积较小能够放置在第三类中继传感器5内。优选地，第三类中继放大器5可以采用WIFI形成无缝接入的中继通信网络。
S300：处理器1或控制主体基于不可通过区域的范围释放至少一个第一类中继传感器3和/或至少一个第二类中继传感器4。
优选地，处理器1或控制主体确定距离不可通过区域最近的第三类中继传感器5的部署位置并计算两者之间的距离。优选地，当距离相同时，选择距离控制主体较近的第三类中继传感器5，机器人主体基于此位置开始部署第一类中继传感器3和/或第二类中继传感器4。在距离未超过第一类中继传感器3无线连接的范围的情况下，采用抛射的方式释放第一类中继传感器3。优选地，采用旋转抛射的方式释放第一类中继传感器3。通过该设置方式，能够充分展开第一类中继传感器3上的光纤。在距离超过第一类中继传感器3无线连接的范围的情况下，采用抛射的方式释放第二类中继传感器4。例如，第三类中继传感器5到不可通过区域和通过区域连接的边缘的垂直距离超过了第一类中继传感器3的传感范围的情况下，释放第二类中继传感器4。优选地，在不可通过区域的全部边缘都已知的情况下，第三类中继传感器5到不可通过区域的中心的距离超过第一类中继传感器3的传感范围的情况下，释放第二类中继传感器。
处理器1或控制主体按照抛射的弧度和速度大于抛射所述第二类中继传感器4的方式抛射所述第一类中继传感器3。优选地，处理器1或控制主体基于第二类中继传感器4反馈的不可通过区域的信息，判断不可通过区域是否已经被第二类中继传感器3覆盖，如果未完全覆盖，再次释放第二类中继传感器4或第一类中继传感器3。如果已经完全覆盖，机器人主体继续探索地下建筑。再次释放时，处理器1或控制主体按照抛射的弧度和速度大于第一次抛射第二类中继传感器4的方式抛射第二类中继传感器4或第一类中继传感器3。例如，根据第二类中继传感器4返回的信息计算下次抛射的落点位置，从而调整抛射的高度和速度，使得第二类中继传感器4或第一类中继传感器3的传感范围至少部分覆盖之前的第二类中继传感器4的传感范围。采用该设置方式，能够在第一次抛射的基础上，探索更大的范围，尽可能地减少未知区域的面积。
实施例3
本实施例公开了一种用于古文物探测的方法，尤其涉及一种古文物多维成像方法。该方法可以由本发明的系统和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的系统中的各个零部件实现本发明的系统。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。
一种古文物探测方法，属于本发明的环境探测方法的后续步骤，具体包括以下步骤。
S400：基于S100、S200、S300构建好的用于古建筑或地下遗址环境探测的中继无线传感网络进行古建筑的多维成像模型。优选地，控制主体能够通过构建好的无线中继传感网络获得古建筑或地下遗址的三维环境图像信息。中继无线传感网络还能够监测古建筑或地下遗址的环境参数信息。环境参数信息至少包括基于时间排序的温湿度信息、气体成分及其变化信息以及地表的振动信息。将古建筑或地下遗址的三维环境图像信息与环境参数信息融合，从而建立古建筑或地下遗址的多维成像模型。
S500：基于获得的多维成像模型评估以及认证古文物的多属性信息，从而根据古文物的多属性信息程度制定探测策略。优选地，考古发掘的工作人员通过评估和分析多维成像模型，能够进一步地发现古建筑的古文物信息。例如，考古发掘的工作人员基于获得的多维成像模型得到古建筑的结构信息、古建筑内物体的三维信息以及摆放位置来判断古建筑内的物体是否为古文物。在考古发掘的工作人员评估的过程中，还可以通过多维成像模型得到古建筑的建筑风格、古建筑的结构、古建筑的材料以及古建筑表面的纹理信息来认证古建筑的出土信息，同时来印证古文物评估的出土时间结果。优选地，考古发掘工作人员还可以通过评估的古建筑内物体的形状、大小以及古建筑内的位置进一步评估该物体是否为古文物。优选地，多属性信息至少包括古文物的时间信息、用途、制作方式、材料、保存环境以及是否破损。通过该设置方式，本发明可以在不接触古文物的情况下就能够对古文物进行评估和认证，从而得到古文物的时间信息、形状以及保存环境的温湿度等信息，避免使用机械设备挖掘古文物，从而造成物理损伤；而且，本发明提供的机器人主体没有破坏古文物的原生保存环境，避免因光照变化、温湿度变化、气体成分的变化等因素对古文物造成损伤。
优选地，考古人员根据古文物是否破损，来制定探测策略。当古文物未破损，或者破损不需要挖掘保护的情况下，不进行挖掘探测，而是避免破坏当前的生态环境，并通过中继无线传感网络监控当前古文物保存的环境参数，对古文物进行科学保护，等待更佳的挖掘时机。
如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于考古的环境探测方法，所述方法包括采用机器人主体和控制主体进行考古发掘，其特征在于，所述方法还包括：
机器人主体内的处理器(1)或控制主体响应于所述机器人主体的摄像装置(2)采集的视差图像评估并划分通过区域和不可通过区域；
所述处理器(1)或控制主体基于所述不可通过区域释放至少一个第一类中继传感器(3)和/或至少一个第二类中继传感器(4)，并且
基于所述通过区域部署彼此多跳连接的且能够接收所述第一类中继传感器(3)和/或第二类中继传感器(4)发射信息的若干第三类中继传感器(5)；
所述处理器(1)或控制主体基于所述通过区域利用第一闭合曲线划分若干彼此邻接的无线信号衰减区域，其中，
若干无线信号衰减区域的中心基于地形信息和无线信号的衰减程度被赋予不同的权值。
2.根据权利要求1所述的用于考古的环境探测方法，其特征在于，所述处理器(1)或控制主体划分所述通过区域和不可通过区域的步骤包括：
基于所述视差图像生成初始环境三维模型来获取地形信息；
基于所述地形信息评估机器人主体的通过概率和通过时间；
基于所述通过概率、通过时间生成所述通过区域和不可通过区域。
3.根据权利要求2所述的用于考古的环境探测方法，其特征在于，所述处理器(1)或控制主体基于所述通过区域利用第二闭合曲线划分若干彼此重叠的传感范围区域，其中，
若干传感范围区域的面积基于所述第三类中继传感器(5)的传感范围确定。
4.根据权利要求3所述的用于考古的环境探测方法，其特征在于，在传感范围区域包含至少两个所述无线信号衰减区域的情况下，所述处理器(1)或控制主体基于至少两个所述无线信号衰减区域的中心的权值以及构成的直线或封闭多边形确定所述第三类中继传感器(5)的部署位置。
5.根据权利要求4所述的用于考古的环境探测方法，其特征在于，在所述无线信号衰减区域包含至少两个所述传感范围区域的情况下，所述处理器(1)或控制主体基于所述传感范围区域的中心确定所述第三类中继传感器(5)的部署位置，其中，
所述无线信号衰减区域的中心位于至少两个所述第三类中继传感器(5)的部署位置的连线上或构成的封闭多边形内。
6.根据权利要求5所述的用于考古的环境探测方法，其特征在于，所述处理器(1)或控制主体基于若干所述第三类中继传感器(5)的部署位置确定所述机器人主体的移动路径并释放所述第三类中继传感器(5)，以使得若干所述第三类中继传感器(5)形成能够多跳传输信息的无线传感网络。
7.根据权利要求6所述的用于考古的环境探测方法，其特征在于，所述处理器(1)或控制主体基于所述不可通过区域的范围释放至少一个第一类中继传感器(3)和/或至少一个第二类中继传感器(4)的步骤包括：
确定距离所述不可通过区域最近的所述第三类中继传感器(5)的部署位置并计算两者之间的距离；
在所述距离未超过所述第一类中继传感器(3)无线连接的范围的情况下，采用抛射的方式释放所述第一类中继传感器(3)；
在所述距离超过所述第一类中继传感器(3)无线连接的范围的情况下，采用抛射的方式释放所述第二类中继传感器(4)。
8.根据权利要求7所述的用于考古的环境探测方法，其特征在于，在所述第二类中继传感器(4)的传感范围未全部覆盖所述不可通过区域的情况下，所述处理器(1)或控制主体按照抛射的弧度和速度大于抛射所述第二类中继传感器(4)的方式抛射所述第一类中继传感器(3)。
9.一种用于考古的环境探测系统，所述系统包括用于考古发掘的机器人主体和控制主体，所述机器人主体至少包括处理器(1)和摄像装置(2)，其特征在于，所述控制主体或所述处理器(1)被配置为执行如下步骤：
响应于所述机器人主体的摄像装置(2)采集的视差图像评估并划分通过区域和不可通过区域；
基于所述不可通过区域的范围释放至少一个第一类中继传感器(3)和/或至少一个第二类中继传感器(4)，并且
基于所述通过区域部署彼此多跳连接的且能够接收所述第一类中继传感器(3)和/或第二类中继传感器(4)发射信息的若干第三类中继传感器(5)；
基于所述通过区域利用第一闭合曲线划分若干彼此邻接的无线信号衰减区域，其中，
若干无线信号衰减区域的中心基于地形信息和无线信号的衰减程度被赋予不同的权值。
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