CN110823188A - 一种全自动地形图测绘装置及测绘方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动地形图测绘装置及测绘方法，其包括无人机、云台和相机，云台安装在无人机的正下方，相机通过云台连接在无人机上，所述云台包括半球壳、连接杆和调心装置，半球壳固定在无人机上，连接杆的上端与半球壳球铰接，连接杆的下端用于安装调心装置，相机安装在调心装置上。本发明具有快速响应无人机产生的倾斜，减少拍摄角度的倾斜效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种地形图测绘的技术领域，尤其是涉及一种全自动地形图测绘装置及测绘方法。
背景技术
在地形图测绘中，通常使用无人机进行测绘，以提高测绘的效率。无人机测绘具有机动灵活、高效快速、精细准确等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势，无人机测绘时，无人机通常需要搭载云台和测绘用的相机，通过测绘用的相机对地面进行拍摄，云台用于稳定相机的拍摄，在进行地形图测绘的过程中，相机的拍摄方向应保持在竖直向下。
授权公告号为CN204942950U的专利文件中公开了一种微型二轴云台，包括舵机一、舵机二、云台载板、万向轴、相机载板、连杆一和连杆二，舵机一和舵机二并排固定在云台载板下，云台载板上设有一万向轴，且万向轴的中心正对舵机一和舵机二的中间位置，万向轴上方设有一与其相对运动的相机载板，且相机载板和万向轴相切布置，舵机一和舵机二上的主轴上均铰接有一连杆一，每根连杆一的另一端均铰接有一连杆二，两根连杆二的另一端分别铰接在相机载板的两对边上，且上述两根连杆二与相机载板在铰接处的两个铰接点和万向轴的中心点构成一个等腰三角形，具有结构简单合理、移动部件少、成本低且整体稳定性好的特点。
上述结构中由舵机一和舵机二对相机载板的角度进行调节使其抵消云台载板的运动，由舵机一和舵机二进行调整时会产生延迟，造成拍摄角度倾斜。
发明内容
本发明的目的是提供一种全自动地形图测绘装置，其具有快速响应无人机产生的倾斜，减少拍摄角度的倾斜效果。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种全自动地形图测绘装置，包括无人机、云台和相机，云台安装在无人机的正下方，相机通过云台连接在无人机上，所述云台包括半球壳、连接杆和调心装置，半球壳固定在无人机上，连接杆的上端与半球壳球铰接，连接杆的下端用于安装调心装置，相机安装在调心装置上。
通过采用上述技术方案，使用时，在无人机匀速飞行的过程中，如果无人机在发生倾斜时，无人机下方设置的半球壳与无人机固定，由于连接杆的上端与半球壳球铰接，因此连接杆吊在无人机上，连接杆上所连接在调节装置和相机固定不动，并且在安装时能够通过调心装置，使相机的重心位于连接杆中心上，因此在无人机产生倾斜时，连接杆自动与无人机之间发生转动，使相机固定，减少相机拍摄角度的倾斜。
本发明进一步设置为：所述调心装置包括基体、调节板和两个调节组件，基体固定在连接杆的下端，所述基体内开设有容纳腔，调节板安装在容纳腔内，两个调节组件分别与调节板连接，并且调节组件的调节方向相互垂直；相机安装在调节板上。
通过采用上述技术方案，基体上开设容纳腔，在容纳腔内设置调节板，调节板与相机连接，两个调节组件相对垂直，在两个调节组件的作用下，能够将相机的重心调节到连接杆的中心线上，从而使相机竖直向下拍摄。
本发明进一步设置为：所述调节组件包括螺杆、滑块和调节旋扭，两个调节组件的螺杆相互垂直设置，螺杆均与调节板螺纹连接，所述基体上开设有滑槽，滑块滑动配合在滑槽内，滑块与螺杆转动连接，与同一所述滑块连接的滑槽和螺杆的长度方向相互垂直，调节旋扭固定在螺杆的端部。
通过采用上述技术方案，螺杆与滑块转动连接，螺杆与调节板螺纹连接，螺杆转动，能够使调节板沿着螺杆的长度方向移动，从而使另一个调节组件上的滑块沿着滑槽移动，使调节板能够在两个螺杆的长度方向上进行调节。
本发明进一步设置为：所述连接杆的上端设置有托架，托架位于半球壳的内部，托架为壳体结构且托架与半球壳接触的一面为球形弧面，连接杆通过托架与半球壳球铰接配合。
通过采用上述技术方案，托架为球形的弧面与半球壳的内壁球铰接配合，使连接杆在托架的作用下保持竖直向下，减少无人机的飞行姿态对连接杆的扰动。
本发明进一步设置为：所述半球壳的内壁上均匀开设有多个球形孔，每个球形孔内设置有一个钢珠，钢珠的球心位于球形孔内，钢珠露出球形孔，所述托架朝向半球壳的一面支撑在钢珠上。
通过采用上述技术方案，在托架与半球壳之间设置有多个钢珠，钢珠能够减少托架与半球壳之间的摩擦力，从而进一步减少无人机的倾斜对连接杆的扰动。
本发明进一步设置为：所述半球壳内设置有电磁铁，电磁铁的输出端设置有顶杆，顶杆用于抵接在托架的内壁上。
通过采用上述技术方案，在半球壳内设置有电磁铁，电磁铁的输出端设置顶杆，在无人机上升或下降的过程中，通过顶杆能够抵接在托架的内壁上，减少连接杆的晃动。
本发明进一步设置为：所述半球壳与无人机之间设置有减振平台，减振平台包括上平板、下平板和多个弹性件，所述半球壳固定在下平板上，上平板与下平板水平设置，多个弹性件连接在上平板和下平板之间。
通过采用上述技术方案，在半球壳与无人机之间设置减振平台，在相机发生碰撞时，能够通过上平板和下平板之间连接的弹性件对相机减少冲撞。
本发明进一步设置为：所述弹性件包括中间体和连接体，中间体为橡胶弹性材料制成的，连接体有两个分别固定在中间体的两端，两个连接体分别与上平板和下平板固定连接。
通过采用上述技术方案，中间体为橡胶材料制成的，中间体能够使上平板和下平板之间进行软连接，连接体与上平板和下平板连接，使弹性件连接比较方便。
本发明的目的是提供一种全自动地形图测绘方法，其具有减少拍摄角度的倾斜，方便对图形拼接的效果。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种全自动地形图测绘方法，以下步骤：步骤a、在地面上绘制调节相机垂直图框，图框为正方形，图框的边长为d，将安装相机的无人机放置抬到图框的正上方，调整调心装置，将相机处于静止状态时相机所拍摄的区域边框与图框边缘相重合，测量相机距离地面的高度h；步骤b、在地面上绘制相控点，相控点为L形或三角形，相控点的距离D,相邻的四个相控点的连线为正方形，计算无人机的飞行高度H>hD/d;步骤c、无人机进行飞行拍摄，无人机在测试区域的上方飞行时，无人机的飞行速度为匀速v，间隔时间T时相机进行拍摄一次，T=Hd/hv，每张拍摄照片中含有至少四个相控点；步骤d、按照相同相控点的位置，将多张无人机拍摄的照片进行拼接。
通过采用上述技术方案，先在地面上将图框画出，再通过调心装置将相机的拍摄与图框的边线重合，从而能够将相机的重心调整无人机的正下方，使相机的拍摄成水平状态，并通过相控点与无人机速度的配合使每个照片中含有至少四个相控点，使多张照片方便重叠拼接。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.通过连接杆的上端与半球壳球铰接，连接杆吊在无人机上，连接杆上所连接在调节装置和相机固定不动，并且在安装时能够通过调心装置，使相机的重心位于连接杆中心上，连接杆自动与无人机之间发生转动，减少相机拍摄角度的倾斜；
2.通过在半球壳内设置有电磁铁，电磁铁的输出端设置顶杆，在无人机上升或下降的过程中，通过顶杆能够抵接在托架的内壁上，减少连接杆的晃动；
3.通过在半球壳与无人机之间设置减振平台，在相机发生碰撞时，能够通过上平板和下平板之间连接的弹性件对相机减少冲撞。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是减振装置的连接结构示意图；
图3是云台的全剖结构示意图；
图4是调心装置剖开基体的结构示意图。
图中，1、无人机；2、减振平台；21、上平板；22、下平板；23、弹性件；231、中间体；232、连接体；24、连接柱；3、云台；31、半球壳；311、通孔；312、球形孔；32、连接杆；33、调心装置；331、基体；332、调节板；333、调节组件；3331、螺杆；3332、容纳腔；3333、滑块；3334、螺柱；3335、调节旋扭；3336、滑槽；34、托架；35、钢珠；4、相机；5、支腿；6、电磁铁；7、顶杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参考图1，为本发明公开的一种全自动地形图测绘装置，包括无人机1，无人机1为四旋翼型，无人机1的下方安装有减振平台2，减振平台2的下部设置有云台3，云台3上安装有用于测绘的相机4，相机4的拍摄朝向竖直向下。无人机1的两侧设置有支腿5，方便在无人机1放置在地面上时，相机4的最低点位于地面的上方。
参考图2，减振平台2包括上平板21、下平板22和弹性件23，上平板21和下平板22均水平设置，上平板21的上表面设置有连接柱24，在无人机1的下表面中部开设有连接孔，连接柱24与连接孔螺纹连接，使上平板21固定在无人机1上，下平板22水平设置有上平板21的下方，弹性件23包括中间体231和连接体232，中间体231为橡胶的弹性材料制成的，中间体231的两端分别设置有一个连接体232，中间体231两端的连接件分别与上平板21和下平板22固定连接，弹性件23有四个分布在上平板21和下平板22的四个角，从而使下平板22通过弹性件23连接在上平板21上。在相机4发生碰撞时，能够通过弹性件23对相机4进行缓冲，减少对相机4的损伤。
参考图3，云台3包括半球壳31、连接杆32和调心装置33，半球壳31固定在下平板22上，半球壳31向下平板22的下方凸起，在半球壳31的下部开设有通孔311，连接杆32一端竖直通过通孔311插入到半球壳31的壳体内，在连接杆32的上端设置有托架34，托架34为壳体结构，托架34整体呈球形弧面，在半球壳31的内壁上均匀分布开设有多个球形孔312，每个球形孔312内设置有一个钢珠35，钢珠35的球心位于球形孔312内，防止钢珠35从球形孔312内脱出，钢珠35与球形孔312之间间隙配合，使钢珠35在球形孔312内可转动。钢珠35从球形孔312露出，托架34朝向半球壳31内壁的一面支撑在多个钢珠35上，使半球壳31与托架34之间球铰接配合，并且能够减少托架34与半球壳31之间的摩擦力。调心装置33安装在连接杆32的下端，调心装置33用于安装相机4。
参考图4，调心装置33包括基体331、调节板332和两个调节组件333，调节组件333包括螺杆3331，基体331与连接杆32一体设置形成，基体331位于连接杆32的下端，基体331中部开设有容纳腔3332，容纳腔3332内用于放置调节板332，调节板332小于容纳腔3332，调节板332上固定设置有螺柱3334，相机4与螺柱3334螺纹连接，使相机4固定在调心装置33上。螺杆3331水平设置，两个调节组节中的螺杆3331相互垂直设置，螺杆3331的一端设置有调节旋扭3335，调节旋扭3335位于基体331的外部，方便工作人员转动螺杆3331，螺杆3331远离调节旋扭3335插入到基体331内并与调节板332螺纹连接。在基体331上开设有滑槽3336，滑槽3336内滑动配合设置有滑块3333，在每个螺杆3331上转动连接有一个滑块3333，并且螺杆3331上所连接有滑块3333与滑槽3336的滑动方向垂直于螺杆3331的长度方向。在将相机4连接在调节板332上时，通过转动螺杆3331，使螺杆3331带着调节板332移动，从而将相机4的重心进行调整，使相机4的重心位于连接杆32的中心线上，进而在相机4受到重力的情况下保持竖直向下。
参考图3，在下平板22的下表面上安装有电磁铁6，电磁铁6位于半球壳31内，电磁铁6的输出端安装有顶杆7，顶杆7竖直向下，顶杆7的下端抵接在托架34的内壁上。在无人机1起飞和降落的过程中，电磁铁6带着顶杆7使顶杆7抵接在托架34上，减少相机4的晃动。在无人机1飞到预定的高度后，电磁铁6带着顶杆7运动，使顶杆7从托架34上脱离，从而相机4在托架34的作用下自动调整成竖直向下的位置，方便相机4的拍摄。
本实施例的使用过程：
在地面上画出正方形的图框，图框可先为固定的边长d，图框用于调节相机4的垂直度，调节的过程中，先将相机4放置到图框的正上方，然后通过调节两个调节组件333，两个调节组件333相互垂直，所以能够将相机4的重心调整到连接杆32的正下方，使相机4的拍摄方向竖直向下保持静止状态，然后将相机4的拍摄区域的边框与图框的边缘相重合，测量相机4与地面之间的高度h。在待测绘的地面上进行设置相控点，相控点在绘制时可选成L形或三角形，相邻的两个相控点之间的距离为D，使多个相控点呈矩阵排布，相邻的四个相控点的连线形成正方形。在无人机1上安装有速度传感器和高度传感器，速度传感器用于检测无人机1的飞行速度，高度传感器用于检测无人机1的高度。在无人机1飞行前，无人机1的拍摄高度预设值H大于hD/d，使无人机1在高中拍摄时，能够将相邻的两个照片发生有重叠区。在将无人机1放飞进行飞行拍摄，高度定在H，无人机1的飞行速度通过速度传感器进行测量，并且无人机1速度为匀速飞行，速度为v，在无人机1上的相机4每间隔时间T进行一次拍摄，时间T=Hd/hv,使每张拍摄的照片中含有四个相控点，最后在将多张无人机1的照片进行拼接，拼接的过程中，相同相控点的位置应重叠放置。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种全自动地形图测绘装置，包括无人机(1)、云台(3)和相机(4)，云台(3)安装在无人机(1)的正下方，相机(4)通过云台(3)连接在无人机(1)上，其特征在于：所述云台(3)包括半球壳(31)、连接杆(32)和调心装置(33)，半球壳(31)固定在无人机(1)上，连接杆(32)的上端与半球壳(31)球铰接，连接杆(32)的下端用于安装调心装置(33)，相机(4)安装在调心装置(33)上。
2.根据权利要求1所述的一种全自动地形图测绘装置，其特征在于：所述调心装置(33)包括基体(331)、调节板(332)和两个调节组件(333)，基体(331)固定在连接杆(32)的下端，所述基体(331)内开设有容纳腔(3332)，调节板(332)安装在容纳腔(3332)内，两个调节组件(333)分别与调节板(332)连接，并且调节组件(333)的调节方向相互垂直；相机(4)安装在调节板(332)上。
3.根据权利要求2所述的一种全自动地形图测绘装置，其特征在于：所述调节组件(333)包括螺杆(3331)、滑块(3333)和调节旋扭(3335)，两个调节组件(333)的螺杆(3331)相互垂直设置，螺杆(3331)均与调节板(332)螺纹连接，所述基体(331)上开设有滑槽(3336)，滑块(3333)滑动配合在滑槽(3336)内，滑块(3333)与螺杆(3331)转动连接，与同一所述滑块(3333)连接的滑槽(3336)和螺杆(3331)的长度方向相互垂直，调节旋扭(3335)固定在螺杆(3331)的端部。
4.根据权利要求1所述的一种全自动地形图测绘装置，其特征在于：所述连接杆(32)的上端设置有托架(34)，托架(34)位于半球壳(31)的内部，托架(34)为壳体结构且托架(34)与半球壳(31)接触的一面为球形弧面，连接杆(32)通过托架(34)与半球壳(31)球铰接配合。
5.根据权利要求4所述的一种全自动地形图测绘装置，其特征在于：所述半球壳(31)的内壁上均匀开设有多个球形孔(312)，每个球形孔(312)内设置有一个钢珠(35)，钢珠(35)的球心位于球形孔(312)内，钢珠(35)露出球形孔(312)，所述托架(34)朝向半球壳(31)的一面支撑在钢珠(35)上。
6.根据权利要求5所述的一种全自动地形图测绘装置，其特征在于：所述半球壳(31)内设置有电磁铁(6)，电磁铁(6)的输出端设置有顶杆(7)，顶杆(7)用于抵接在托架(34)的内壁上。
7.根据权利要求1所述的一种全自动地形图测绘装置，其特征在于：所述半球壳(31)与无人机(1)之间设置有减振平台(2)，减振平台(2)包括上平板(21)、下平板(22)和多个弹性件(23)，所述半球壳(31)固定在下平板(22)上，上平板(21)与下平板(22)水平设置，多个弹性件(23)连接在上平板(21)和下平板(22)之间。
8.根据权利要求7所述的一种全自动地形图测绘装置，其特征在于：所述弹性件(23)包括中间体(231)和连接体(232)，中间体(231)为橡胶弹性材料制成的，连接体(232)有两个分别固定在中间体(231)的两端，两个连接体(232)分别与上平板(21)和下平板(22)固定连接。
9.一种全自动地形图测绘方法，其特征在于：包括采用权利要求1至8任一所述的一种全自动地形图测绘装置进行的以下步骤：
步骤a、在地面上绘制调节相机(4)垂直图框，图框为正方形，图框的边长为d，将安装相机(4)的无人机(1)放置抬到图框的正上方，调整调心装置(33)，将相机(4)处于静止状态时相机(4)所拍摄的区域边框与图框边缘相重合，测量相机(4)距离地面的高度h；
步骤b、在地面上绘制相控点，相控点为L形或三角形，相控点的距离D,相邻的四个相控点的连线为正方形，计算无人机(1)的飞行高度H>hD/d；
步骤c、无人机(1)进行飞行拍摄，无人机(1)在测试区域的上方飞行时，无人机(1)的飞行速度为匀速v，间隔时间T时相机(4)进行拍摄一次，T=Hd/hv，每张拍摄照片中含有至少四个相控点；
步骤d、按照相同相控点的位置，将多张无人机(1)拍摄的照片进行拼接。
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