CN111275396B - 基于无人机采集变更图斑照片的新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机采集变更图斑照片的新方法;利用云主机、无人机取证管理平台、移动APP、无人机以及以及参与采集工作的管理员和调查员构成;根据取证图斑的位置,给无人机预设好相应的飞行路线、相对航高及拍摄点的位置,并根据图斑形状及面积的大小,完成无人机的自主拍摄。应用此法,不仅解决了在山区及一些困难地区人很难到达或无法到达指定拍摄点进行拍摄取证的难题,同时也为解决大面积图斑取证工作提供一种高效且不过度受制于人工因素影响的作业手段。
Description
技术领域
本发明涉及土地调查数据库建设和更新技术领域,尤其涉及基于无人机采集变更图斑照片的新方法。
背景技术
全国土地利用调查工作每十年要做一次,为了便于主管部门对土地地类变化情况的核查,自然资源部提出图斑变更需提供实地图斑现场照片的要求,由于这项工作面广量大,特别是人难以或无法到达的地区,更是无法完成此项工作。采用无人机采集现场照片,可以很好地解决获取图斑照片的困难和工作的效率。
发明内容
本发明针对当前行业内常见的人工取证方法,提供一种基于无人机采集现场地块照片的新思路,可有效的提升土地调查中变更图斑现场采集照片的工作效率。
本发明利用云主机、无人机取证管理平台、移动APP、无人机以及以及参与采集工作的管理员和调查员构成;所述云主机内采用 Windows Server操作系统,部署数据库、GIS服务器和Web应用三个重要的组件;所述无人机取证管理平台包括用户管理、设备管理、地图浏览和任务管理;
所述移动App的功能模块包括两大部分:第一部分通过用户名、密码和设备的序列号等信息登陆到无人机取证管理平台,通过合法验证后,可以下载待执行的采集取证任务,执行任务并生成取证数据包,并将结果进行上传;第二部分获取任务后,通过调用无人机的API,
实现无人机飞行控制、拍摄图片回传。
所述无人机作业步骤包括
步骤1、以调查底图为基础,确定要举证的图斑,同时要做好飞行空域的申请;
步骤2、依据这些举证图斑的地理位置、无人机的续航能力等要素,设计一系列无人机的投放点,每个投放点关联相应要拍摄的取证图斑;
步骤3、确定拍摄某个图斑后,系统让无人机锁定该图斑,并自动计算一个正拍点,四个斜拍点;系统默认状态,可根据图斑的形状增减拍摄点;
步骤4、对于面积较大的图斑,无法在一张照片上完成取证工作,除正拍点仍按原设置要求拍摄照片以外,其余四个斜拍点可以根据图斑边界线位置人工干预拍摄点,完成从不同的方位来拍摄图斑照片的任务。
步骤5、无人机在最后一个侧拍点拍照完毕后便立即返航,待无人机返回起飞点后完成照片同步;
步骤6找到举证的图斑,对照片进行查看,如果符合举证要求,上传举证照片及无人机起飞点地理位置,完成此图斑的取证工作,否则重新组织拍摄。
本发明的进一步改进在于:所述步骤2中设计无人机投放点位置,并将该投放点与要取证的图斑进行绑定,并建立一个取证任务单,确保在该投放点,发射无人机后能完成所有被绑定的要取证图斑的照片拍摄;设置一系列投放点后,待所有取证图斑全部被无人机投放点帮定后,即完成了测区全部取证图斑的拍摄任务计划的拟订。
本发明的进一步改进在于:所述步骤2包括以下步骤:
2.1:根据拍摄任务清单和车辆通行条件,选择最优作业计划,确定每天有多少需要到达的无人机投放点,取证人员登录系统后可方便领取自己想要取证的任务清单,取证人员领取后即可在移动客户端查看自己选取的取证任务清单;
2.2:取证作业人员配备有一台平板电脑,可以方便地查看自己的作业任务,同时可以为每个无人机投放点行进路线导航,确保取证人员能准确地到达无人机投放点;
2.3:核查人员打开遥控器与平板电脑,并用数据连接线接接平板电脑和遥控器,打开应用APP软件,在输入手机号与密码后完成登录;
2.4:核查位置信息,确定已到达无人机投放点无误后,检查需要取证图斑的信息与图斑数量,并拟订、创建每个拍摄图斑的飞行路线。
本发明的进一步改进在于:所述步骤3中:图斑中心上方的拍摄点为正拍点,其高度正常控制在200米以下,其余四个点设置在图斑的正南、正北、正西、正东四个方位,系统根据当前图斑形状和边界的位置,自动计算并调整无人机拍摄点到图斑的相对高度,以获取最清晰、分辨率最高的取证像片。
本发明的进一步改进在于:基于GIS的图形运算,拍摄点位置可以按照一定规则固化,避免人工主观判断的局限性。
本发明的进一步改进在于:采用Jave为编程语言,在基于B/S 的模式下,结合ESRIArcGISServer的组件开发一个基于服务器+移动客户端APP的运行模式。
本发明与目前广泛以人工到达图斑位置获取照片的操作方式相比较,有十分具大的优势:主要表现在以下几点
(1)操作规范:由于是基于GIS的图形运算,拍摄点位置可以按照一定规则固化,避免人工主观判断的局限性;
(2)作业效率高:由于使用了无人机,避免人工亲临现场拍摄,提高了工作效率;
(3)对于山区、河网地区及其他通行十分困难的地区,使用此方法会体现更大的优势,解决一些人难以到达或无法到达图斑位置实施取证的困难。
附图说明
图1、无人机取证信息系统的体系结构;
图2无人机拍摄图斑完成图斑摄取证的方法实现步骤流程图;
图3无人机飞行拍摄点的选择、飞行高度的控制;
图4拍摄高度与拍摄范围的调整。
具体实施方式
本发明的具体实施方式是基于移动互联网技术构建一个包含网络端、移动端、无人机等软硬件一体化的无人机取证信息系统,在此系统基础上按照规范和流程开展外业采集取证工作。
其中无人机取证信息系统体系设计。
无人机取证信息系统的体系结构附图1所示。该系统包含云主机、无人机取证管理平台、移动App、无人机以及参与采集工作的管理员和调查员构成。
(1)云主机
云主机是无人机取证信息系统的后台服务器,采用互联网行业中普遍使用的主流商用云主机即可,具体的性能配置根据数据量大小进行调整。云主机内采用WindowsServer操作系统,部署数据库、GIS 服务器和Web应用三个重要的组件。
数据库采用MySQL作为数据库管理系统。数据的内容包括基础数据和管理数据。基础数据主要是空间数据,包括调查地图、疑问图斑、上一年度的土地利用现状图等。管理数据是整个无人机取证信息系统的后台数据库,包含了支撑无人机取证管理平台运行的管理数据,包括用户表、设备表、任务表等。
GIS服务器采用ESRI ArcGIS Server,其作用是将存储在数据库中的空间数据以地图服务的形式发布在网络中,供无人机取证管理平台和移动App访问。地图服务除了标准的地图切片服务外,还有矢量地图服务(以GeoJSON格式传输数据),为移动App提供任
务读取和取证结果上传等功能接口。
Web应用是基于Java平台SpringBoot框架开发的一个Web 应用系统,是无人机取证管理平台的后台。
(2)无人机取证管理平台
管理员通过客户端浏览器输入URL地址登录到Web应用,Web 应用的展现形式是无人机取证管理平台,该平台包含以下几个功能模块:
①用户管理
对当前系统的用户信息进行新增、编辑和删除。当前系统分为两类,一类是内业管理人员,这类用户主要登录无人机取证管理平台,开展外业采集计划拟定即任务的编制工作,另一类用户是外业调查人员,这类用户通过移动App登录到平台中,在App中领取作业任务,控制无人机进行举证拍照和数据采集,并完成取证结果的上传工作。
②设备管理
为了保证作业数据的安全性,参与取证和拍照的移动终端和无人机必须在当前系统中注册。外业调查员通过App登录系统时,不仅需要对身份进行验证,移动端以及连接的无人机也需要通过合法验证才能参与作业。因此,设备管理模块的功能就是对合法的移动终端和无人机进行注册、验证和管理。外业采集完成后上传的举证数据包中包含了设备的信息,借此可对作业的可靠性进行核查,能够有效杜绝虚假数据并保证数据的安全有效。
③地图浏览
地图浏览模块的主要功能是为用户提供对作业底图、疑问图斑、土地利用现状等空间数据在一个地图视图上进行放大、缩小、平移和定位等基本操作。也为选定目标疑问图斑,拟定计划提供基础。
④任务管理
任务管理模块是无人机取证管理平台的核心,只有在平台拟定计划并新建成任务后,外业调查人员才能执行取证工作。任务管理包括:查询任务、新增任务、撤销任务。一个外业采集任务包括目标图斑、无人机投放点、拍摄点、外业调查人员、计划开始时间、计划结束时间、实际结束时间、任务结果和任务状态等信息。任务状态包括待执行、执行中和执行完成等几个状态。
(3)移动App
移动App是基于Android Studio开发环境,利用Java语言开发的运行在Android移动平板电脑上的一个移动应用程序。移动平板选用HUAWEI MatePad Pro,该平板电脑的配置是10.8英寸2560x1600 屏幕,6G RAM/128G ROM,后置1300万摄像头,具有重力感应器、指南针和陀螺仪等传感器,支持4G网络,支持USB Type-C通信接口。
所述移动App的功能模块包括两大部分:①通过用户名、密码和设备的序列号等信息登陆到无人机取证管理平台,通过合法验证后,可以下载待执行的采集取证任务,执行任务并生成取证数据包,并将结果进行上传。②获取任务后,通过调用无人机的API,实现无人机飞行控制、拍摄图片回传。
(4)无人机
无人机采用大疆精灵Phantom 4Pro,该无人机的图像传感器参数是:5472×3648像素、物理尺寸13.2*8.8毫米、像素距2.41μ,焦距F=24mm,航高Hmax=500米,最大地面分辨率0.5米,单片影像最大地面覆盖面积2736*1828米;最大飞行海拔高度:6000m;最大信号有效距离7-9km;最大飞行时间26-30分钟。在取证作业过程中,使用移动平板的通过USB接口与无人机遥控器相连接。
选取某个县的三调工作做实例,取得了较好的效果,整个作业方法如下:
(1)将测区的影像图、地类图斑按照全国第三次调查的要求入库;
(2)提取所有的需要取证的地类图斑,建立待取证地类图斑的图层,并建立与地类图斑层对应的关联关系;
(3)根据各取证图斑的地理位置、车辆能到达的交通情况以及无人机的航程和无人机飞行遥控器的遥控距离等因素,设计无人机投放点位置,并将该投放点与要取证的图斑进行绑定,并建立一个取证任务单,确保在该投放点,发射无人机后能完成所有被绑定的要取证图斑的照片拍摄;设置一系列投放点后,待所有取证图斑全部被无人机投放点帮定后,即完成了测区全部取证图斑的拍摄任务计划的拟订;
(4)根据拍摄任务清单和车辆通行条件,选择最优作业计划,确定每天有多少需要到达的无人机投放点,取证人员登录系统后可方便领取自己想要取证的任务清单,取证人员领取后即可在移动客户端查看自己选取的取证任务清单;
(5)取证作业人员配备有一台平板电脑,可以方便地查看自己的作业任务,同时可以为每个无人机投放点行进路线导航,确保取证人员能准确地到达无人机投放点;
(6)核查人员打开遥控器与平板电脑,并用数据连接线接接平板电脑和遥控器,打开应用APP软件,在输入手机号与密码后完成登录;
(7)核查位置信息,确定已到达无人机投放点无误后,检查需要取证图斑的信息与图斑数量,并拟订、创建每个拍摄图斑的飞行路线;
(8)选择取证图斑,确定飞行路线,并打开无人机后,点击飞行命令;
(9)无人机自检,确认无人机的GPS信号的强度、电池的电量、陀螺仪校准、遥控器的连接信息等均正常后,进入待飞界面,出现无人机账号登录窗口,登录后出现界面(如:图2),点击图斑,设置起飞点到图斑的相对高度;
(10)从起飞点到图斑的相对高度,最大可设置300米(这是第一个高度设置),设置完成后,待取证图斑周围出现五个蓝色的拍照点,图斑中心的为正拍点,其余四个点为斜拍点,点击拍照点,可对拍照点进行高度设置与同时也可删除该拍摄点操(如:图2);
(11)点击拍照点0号点(正拍点),修改高度(系统会根据当前图斑面积,为无人机设置一个拍照高度,此高度为图斑到无人机的垂直高度),目前第二段高度设置,最大可设置为200米;
(12)设置完成后,点击“起飞”按键,控制无人机起飞;
(13)红框中的飞机,为无人机当前位置,绿色框为图斑范围,黄色框为拍照范围,拍照范围随第二高度设置值的变化而变化(如:图3);
(14)无人机在最后一侧拍照完毕后,开始返航,待无人机返回起飞点上空,屏幕左下角出现同步照片按键,待无人机落地后完成同步操作;
(15)同步完成后,在我的任务中,找到本次要举证的图斑,对照片进行查看,确认取证照片的有效性;
(16)若取证无效,则需分析原因后重新组织拍摄。若取证照片有效,保存举证任务,并随时可以提交上传到取证服务器中;
(17)以照此法取证任务列表中的其他图斑,直至完成该无人机投放点上要取证的所有图斑;
(18)转移至下一个无人机投放点,直至完成所有的投放点的取证工作,这也相当于完成了测区的所有取证图斑的取证工作。
Claims (3)
1.基于无人机采集变更图斑照片的新方法,其特征在于: 利用云主机、无人机取证管理平台、移动APP、无人机以及以及参与采集工作的管理员和调查员构成;所述云主机内采用Windows Server操作系统,部署数据库、GIS服务器和Web应用三个重要的组件;所述无人机取证管理平台包括用户管理、设备管理、地图浏览和任务管理;
所述移动App的功能模块包括两大部分:第一部分通过用户名、密码和设备的序列号等信息登陆到无人机取证管理平台,通过合法验证后,可以下载待执行的采集取证任务,执行任务并生成取证数据包,并将结果进行上传;第二部分获取任务后,通过调用无人机的API,实现无人机飞行控制、拍摄图片回传;
所述无人机作业步骤包括:
步骤 1、以调查底图为基础,确定要举证的图斑,同时要做好飞行空域的申请;
步骤2、依据这些举证图斑的地理位置、无人机的续航能力等要素,设计一系列无人机的投放点,每个投放点关联相应要拍摄的取证图斑;
步骤3、确定拍摄某个图斑后,系统让无人机锁定该图斑,并自动计算一个正拍点,四个斜拍点;系统默认状态,可根据图斑的形状增减拍摄点;
步骤4、对于面积较大的图斑,无法在一张照片上完成取证工作,除正拍点仍按原设置要求拍摄照片以外,其余四个斜拍点可以根据图斑边界线位置人工干预拍摄点,完成从不同的方位来拍摄图斑照片的任务;
步骤5、无人机在最后一个侧拍点拍照完毕后便立即返航,待无人机返回起飞点后完成照片同步;
步骤6找到举证的图斑,对照片进行查看,如果符合举证要求,上传举证照片及无人机起飞点地理位置,完成此图斑的取证工作,否则重新组织拍摄;
所述步骤2中设计无人机投放点位置,并将该投放点与要取证的图斑进行绑定,并建立一个取证任务单,确保在该投放点,发射无人机后能完成所有被绑定的要取证图斑的照片拍摄;设置一系列投放点后,待所有取证图斑全部被无人机投放点帮定后,即完成了测区全部取证图斑的拍摄任务计划的拟订;
所述步骤2包括以下步骤:
2.1:根据拍摄任务清单和车辆通行条件,选择最优作业计划,确定每天有多少需要到达的无人机投放点,取证人员登录系统后可方便领取自己想要取证的任务清单,取证人员领取后即可在移动客户端查看自己选取的取证任务清单;
2.2:取证作业人员配备有一台平板电脑,可以方便地查看自己的作业任务,同时可以为每个无人机投放点行进路线导航,确保取证人员能准确地到达无人机投放点;
2.3:核查人员打开遥控器与平板电脑,并用数据连接线接接平板电脑和遥控器,打开移动APP,在输入手机号与密码后完成登录;
2.4:核查位置信息,确定已到达无人机投放点无误后,检查需要取证图斑的信息与图斑数量,并拟订、创建每个拍摄图斑的飞行路线。
2.根据权利要求1所述的基于无人机采集变更图斑照片的新方法,其特征在于:所述步骤3中:图斑中心上方的拍摄点为正拍点,其高度正常控制在200米以下,其余四个点设置在图斑的正南、正北、正西、正东四个方位,系统根据当前图斑形状和边界的位置,自动计算并调整无人机拍摄点到图斑的相对高度,以获取最清晰、分辩率最高的取证像片。
3.根据权利要求1所述的基于无人机采集变更图斑照片的新方法,其特征在于:基于GIS的图形运算,拍摄点位置可以按照一定规则固化,避免人工主观判断的局限性。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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