CN113371185B - 一种地形航拍勘测方法及航拍飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地形勘测技术领域，公开了一种地形航拍勘测飞行器，用于执行地形航拍勘测方法，飞行器包括左侧机体、右侧机体和多个中部机体，多个中部机体以拼接的方式组装在左侧机体和右侧机体之间，构成线性结构，左侧机体和右侧机体的腹部设有用于航拍的摄像头，中部机体的腹部设有用于距离探测的测距装置。本发明还提出了一种地形航拍勘测方法，本发明无需人工勘测，可有效降低勘测成本、提高勘测效率，使勘测的精准度更高，可建立更为直观的地形地貌彩色三维图，有利对地形地貌的分析评估，可以更加直观的反映出道路上某一处的坐标位置，有利道路损伤点的确定，以及对损伤点的评估，并及时做出合理的补救方案。

Description

一种地形航拍勘测方法及航拍飞行器

技术领域

本发明属于地形勘测技术领域，具体涉及一种地形航拍勘测方法及航拍飞行器。

背景技术

随着我国城市化建设以及经济的不断发展，道路成为联系城市与城市之间的桥梁，对城市的发展起到决定性作用，道路在建筑前以及建造完成后，对后期路面的维护，都需要对道路上的地形进行勘测，在道路修建前，需要对道路底面上的地形、地貌等数据进行收集，然后再将进行分析评估出道路修建的最优方案。现在道路在修建初期的数据采集，一般由人工完成，工程量大，并且采集的数据不够全面，无法形象的反映出道路上地形地貌特征，不利道路地形分析和评价。另外，道路在后期维护时，由于车辆过载等原因导致底面出现坑洼以及裂痕，如果不对路面伤害进行及时修补，将会导致路面损坏更加恶化，但道路上这些损伤点一般分布在整个道路上，需要人工不断的进行排查，才能够找到损伤点，在寻找过程中，存在以下问题，一、人工采集道路损伤点时，由于道路上车辆较多，存在严重的安全隐患，二、由于道路长度一般在几百公里甚至更长，人工采集效率低，工作量大，经费投入大，三、采集不够全面，容易出现遗漏，并且无法道路损伤点进行精准的标记定位，而现有的无人机在对道路地形勘测时，仅能获取平面图，不利地形地貌的分析，并且现有的无人机对道路面积采集的宽度有限，对于较为宽的道路需要往复多次采集，易导致采集不够精准全面，出于以上问题，设计一款可以一次性完成道路地形地貌采集的装置，为此，我们提出了一种地形航拍勘测方法及航拍飞行器。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种地形航拍勘测方法及航拍飞行器，通过飞行器可拼接的方式，可根据待测道路宽度拼接出一个与道路宽度相适配的线性长条形飞行器，可沿道路方向一次性完成道路地形地貌的信息采集，并通过采集的信息构建三维彩色模型，有利对道路地形地貌的分析和评估。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

设计一种地形航拍勘测方法，包括采用固执行地形航拍勘测方法的航拍飞行器，所述航拍飞行器包括左侧机体、右侧机体和多个中部机体，多个所述中部机体以拼接的方式组装在左侧机体和右侧机体之间，构成线性结构，所述左侧机体和右侧机体的腹部设有用于航拍的摄像头，所述中部机体的腹部设有用于距离探测的测距装置；

所述方法包括如下步骤：

步骤一、根据实际勘测地形宽度组成航拍飞行器，组成航拍飞行器的宽度与待测区域宽度相适配；

步骤二、启动航拍飞行器通过无线连接的方式与控制终端相连，控制终端制定航拍飞行器的飞行路径、航速以及高度；

步骤三、航拍飞行器沿路径方向采集路径上地形形貌特征数据和地形表面图像；

步骤四、航拍飞行器将采集的数据实时上传至服务器，所述服务器将采集的地形形貌特征数据经过处理分析构建地貌三维模型；

步骤五、按照相同时间节点，将步骤三中得到的地形表面图像以模型贴图的方式复合到步骤四中构建的地貌三维模型上，形成一个三维彩色地形图。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的地形航拍勘测方法，具有如下有益效果：

一、采用本发明的地形航拍勘测方法，无需人工勘测，有效解决人力成本投入大的问题，通过规划航拍飞行器的飞行路径以及高度，航拍飞行器便会沿设定路径连续采集道路上地形地貌的数据信息，效率高，并且采集更加安全。

二、采用本发明的地形航拍勘测方法，可完成道路地形地貌的一次性采集，可有效提高道路地形地貌特征数据采集的精度，避免出现数据采集遗漏现象的发生。

三、采用本发明的地形航拍勘测方法，可构建道路上地形地貌的三维彩色模型，可以更加精确的现实道路的地形地貌，有利工作人员对道路地形地貌的分析和评估。

进一步的，所述步骤三中地形表面图像由左侧机体和右侧机体腹部的摄像头在同一时间节点下采集的两张照片的融合图；

所述融合图的融合方法的步骤如下：

S31、左、右两侧的摄像头执行图像采集信息请求，并在同一时间节点上获取第一图像信息和第二图像信息；

S32、将第一图像信息和第二图像信息进行重叠，重叠时保留第一图像信息和第二图像信息中的重叠像素点，构成重叠图像；

S33、沿采集时间节点顺序将采集的多个重叠图像进行拼接操作，并在拼接操作过程中剪切保留相邻时间节点之间图像，并剔除重合像素点，构成连贯的地形表面图像。

进一步的，所述步骤四中，地貌三维模型的构建方法，具体方法如下：

S41、以路程作为X轴，以探测距离作为Z轴，每个测距单元沿路径方向采集的测距数据在X轴上构成连续的线形图；

S42、以Y轴作为待测区域宽度，多个测距单元在Y轴方向上构成相互间隔的多条线形图；

S43、多条线形图沿X轴方向，在同一时间节点上经过模拟器模拟生成平滑的地貌三维模型，其中，所述三维模型的平滑度型取决于测距单元的数量，以及各测距单元之间的距离，数量越多间距越小，其生成的地貌三维模型的平滑度越细腻。

为了实现上述发明目的，本发明还提出一种地形航拍勘测飞行器，用于执行地形航拍勘测方法，所述飞行器包括左侧机体、右侧机体和多个中部机体，多个所述中部机体以拼接的方式组装在左侧机体和右侧机体之间，构成线性结构，所述左侧机体和右侧机体的腹部设有用于航拍的摄像头，所述中部机体的腹部设有用于距离探测的测距装置；

所述测距装置包括支撑架，所述支撑架沿长度方向等间距设置多组测距单元；

所述左侧机体和右侧机体相远离的一侧两端分别固定有悬臂，所述悬臂的末端固定设有带扇叶的主航空马达；

所述左侧机体远离悬臂的一侧两端对称固定有第一连接杆，右侧机体远离悬臂的一侧两端对称固定有第二连接杆；

所述中部机体固定设置在呈“工”形结构的连接臂上，所述连接臂一侧的两端固定设有第一外延杆，另一侧的两端固定设有第二外延杆；

所述第一连接杆与第一外延杆对接的端部之间、第二外延杆与第二连接杆对接的端部之间、以及相邻第一外延杆与第二外延杆对接的端部之间均设有可拆卸的对接部；

其中，一侧的对接部内部设有用于通路的电连接组件；

所述中部机体的顶部固定设有辅助飞行的带有扇叶的副航空马达。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的地形航拍勘测飞行器，具有如下有益效果：

一、采用本发明的地形航拍勘测飞行器，可根据道路宽度调整飞行器的数据采集宽度，可根据任何宽度的道路做出灵活的调整，并可完成对道路一次性数据采集，无需往返采集，提高数据采集效率，同时，也可减少往返多次采集带来的数据误差，提高道路地形地貌数据的准确性。

二、采用本发明的地形航拍勘测飞行器，可同时采集两组数据，一组是沿道路路径上地形表面数据和地形表面的图像信息，通过地形表面数据构建三维模型，然后再与地形图像进行复合构成彩色三维模型，如此一来可更好的观察评估道路地形地貌情况，同时，也可以更加直观的确定道路上某一处的坐标位置，有利道路损伤点的确定，以及对损伤点的评估，并及时做出合理的补救方案。

进一步的，所述对接部包括插接口a、与所述插接口a相适配的插接块b，所述插接块b的两侧设有对称的锁舌，所述插接口a的两侧设有与锁舌相匹配的锁孔，所述插接口a的一侧还螺纹连接有用于插接块b锁止的锁紧螺栓。

进一步的，所述电连接组件包括触片和触柱，所述触片固定设置在插接块b的端部上，所述触柱设置在插接口a内，所述插接口a内设有用于放置触柱的柱槽，所述柱槽内设有用于支撑触柱的弹簧。

进一步的，每组所述测距单元为激光测距发射端子和激光测距接收端子，所述激光测距发射端子和激光测距接收端子沿飞行器飞行方向设置。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明关于地形航拍勘测飞行器的立体结构示意图；

图2是本发明中关于地形航拍勘测飞行器的前视结构示意图；

图3是本发明中关于地形航拍勘测飞行器的分解结构示意图；

图4是本发明中关于图3的点A放大示意图；

图5是本发明中关于中部机体的侧视结构示意图；

图6是本发明中关于连接部的内部结构示意图；

图7是本发明中关于飞行器两侧摄像头采集道路的融合图像示意图；

图8是本发明中关于建地貌三维模型的线形示意图；

图9是本发明中关于道路三维彩色地形图的示意图；

图中标记为：左侧机体1、第一连接杆11、右侧机体2、第二连接杆21、连接臂3、第一外延杆31、第二外延杆32、悬臂4、主航空马达41、中部机体5、支撑架50、副航空马达51、激光测距接收端子52、激光测距发射端子53、触片61、触柱62、柱槽63、弹簧64、插接口7a、插接块7b、锁舌71、锁孔72、锁紧螺栓73、摄像头8。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”、“内”、“外”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“设有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。

参见图1，一种地形航拍勘测飞行器，为了减轻飞行器自身重量，增大机体的强度，该飞行器采用碳纤维材料制成，该飞行器包括左侧机体1、右侧机体2和多个中部机体5，多个中部机体5以拼接的方式组装在左侧机体1和右侧机体2之间，构成线性结构，飞行器的宽度可根据实际勘测道路宽度进行灵活拼接, 左侧机体1、右侧机体2的机体内设置飞行控制系统，飞行控制系统内置控制器、陀螺仪、加速度计和气压计等传感器。左机体1和右机体2依靠飞行控制系统内置的传感器来稳定机体，再配合GPS及气压计数据，便可把飞行器锁定在指定的位置及高度。

参见图1、2和5，左侧机体1和右侧机体2的腹部设有用于航拍的摄像头8，摄像头8可对同一时间节点采集两张图片，中部机体5的腹部设有用于距离探测的测距装置，测距装置包括支撑架50，支撑架50沿长度方向等间距设置多组测距单元，每组测距单元为激光测距发射端子53和激光测距接收端子52，激光测距发射端子53和激光测距接收端子52沿飞行器飞行方向设置，测距装置可检测地形地貌的表面高度信息，左侧机体1和右侧机体2的机体内设有无线数据发送模块，用于将摄像头8以及每组测距单元采集的数据实时传送至地面站。

参见图1，左侧机体1和右侧机体2相远离的一侧两端分别固定有悬臂4，悬臂4的末端固定设有带扇叶的主航空马达41，主航空马达41负责左侧机体1和右侧机体2的升力。

参见图1、3和4，左侧机体1远离悬臂4的一侧两端对称固定有第一连接杆11，右侧机体2远离悬臂4的一侧两端对称固定有第二连接杆21，第一连接杆11和第二连接杆21用于连接中部机体5，中部机体5固定设置在呈“工”形结构的连接臂3上，连接臂3一侧的两端固定设有第一外延杆31，另一侧的两端固定设有第二外延杆32，第一连接杆11与第一外延杆31对接的端部之间、第二外延杆32与第二连接杆21对接的端部之间、以及相邻第一外延杆31与第二外延杆32对接的端部之间均设有可拆卸的对接部，对接部包括插接口7a、与插接口7a相适配的插接块7b，插接块7b的两侧设有对称的锁舌71，插接口7a的两侧设有与锁舌71相匹配的锁孔72，插接口7a的一侧还螺纹连接有用于插接块7b锁止的锁紧螺栓73，在拼接组装时，对接部之间以卡扣的方式拼接组装成所需飞行器，拼接的长度由实际被检测的道路宽度决定。

参见图6，位于飞行器一侧的对接部内部设有用于通路的电连接组件，电连接组件包括触片61和触柱62，触片61固定设置在插接块7b的端部上，触柱62设置在插接口7a内，插接口7a内设有用于放置触柱62的柱槽63，柱槽63内设有用于支撑触柱62的弹簧64，对接部在插接后，电连接组件让每个中部机体5与左侧机体1和右侧机体2进行电连接以及控制连接。

参见图1-3，中部机体5的顶部固定设有辅助飞行的带有扇叶的副航空马达51，副航空马达51主要用于提供中部机体5的升力，避免主航空马达41过载，中部机体5上副航空马达51由左侧机体1和右侧机体2内的飞控系统进行控制，飞控系统内设有用于多个副航空马达51控制的连接端口。

参见图7-9,所示，为了实现上述发明的目的，本发明还提供了一种地形航拍勘测方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、根据实际勘测道路宽度组成航拍飞行器，组成航拍飞行器的宽度与待测道路宽度相适配。

步骤二、启动航拍飞行器通过无线连接的方式与控制终端相连，控制终端制定航拍飞行器沿道路方向的飞行路径、航速以及高度。

步骤三、航拍飞行器沿路径方向采集路径上道路地形形貌特征数据和道路地形表面图像。

并将飞行器两侧摄像头8在同一时间节点下采集的两张照片的进行融合，得到道路在此时间节点下的融合图。

融合图的融合方法的步骤如下：

S31、左、右两侧的摄像头8执行图像采集信息请求，并在同一时间节点上获取第一图像信息和第二图像信息。

S32、将第一图像信息和第二图像信息进行重叠，重叠时保留第一图像信息和第二图像信息中的重叠像素点，构成重叠图像。

S33、沿采集时间节点顺序将采集的多个重叠图像进行拼接操作，并在拼接操作过程中剪切保留相邻时间节点之间图像，并剔除重合像素点，构成连贯的地形表面图像。

步骤四、航拍飞行器将采集的数据实时上传至服务器，服务器将采集的地形形貌特征数据经过处理分析构建地貌三维模型。

其中，地貌三维模型的构建方法，具体方法如下：

S41、以路程作为X轴，以探测距离作为Z轴，每个测距单元沿路径方向采集的测距数据在X轴上构成连续的线形图。

S42、以Y轴作为待测区域宽度，多个测距单元在Y轴方向上构成相互间隔的多条线形图。

S43、多条线形图沿X轴方向，在同一时间节点上经过模拟器模拟生成平滑的地貌三维模型。

其中，三维模型的平滑度型取决于测距单元的数量，以及各测距单元之间的距离，数量越多间距越小，其生成的地貌三维模型的平滑度越细腻。

步骤五、按照相同时间节点，将步骤三中得到的地形表面图像以模型贴图的方式复合到步骤四中构建的地貌三维模型上，形成一个三维彩色地形图。

通过上述方法构建的三维彩色地形图，可更好的观察评估道路地形地貌情况，同时，也可以更加直观的确定道路上某一处的坐标位置，有利道路损伤点的确定，以及对损伤点的评估，并及时做出合理的补救方案。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种地形航拍勘测方法，其特征在于，包括采用执行地形航拍勘测方法的航拍飞行器，所述航拍飞行器包括左侧机体（1）、右侧机体（2）和多个中部机体（5），多个所述中部机体（5）以拼接的方式组装在左侧机体（1）和右侧机体（2）之间，构成线性结构，所述左侧机体（1）和右侧机体（2）的腹部设有用于航拍的摄像头（8），所述中部机体（5）的腹部设有用于距离探测的测距装置；

所述方法包括如下步骤：

步骤一、根据实际勘测地形宽度组成航拍飞行器，组成航拍飞行器的宽度与待测区域宽度相适配；

步骤二、启动航拍飞行器通过无线连接的方式与控制终端相连，控制终端制定航拍飞行器的飞行路径、航速以及高度；

步骤三、航拍飞行器沿路径方向采集路径上地形形貌特征数据和地形表面图像；

步骤四、航拍飞行器将采集的数据实时上传至服务器，所述服务器将采集的地形形貌特征数据经过处理分析构建地貌三维模型；

步骤五、按照相同时间节点，将步骤三中得到的地形表面图像以模型贴图的方式复合到步骤四中构建的地貌三维模型上，形成一个三维彩色地形图；

所述步骤三中地形表面图像由左侧机体（1）和右侧机体（2）腹部的摄像头（8）在同一时间节点下采集的两张照片的融合图；

所述融合图的融合方法的步骤如下：

S31、左、右两侧的摄像头（8）执行图像采集信息请求，并在同一时间节点上获取第一图像信息和第二图像信息；

S32、将第一图像信息和第二图像信息进行重叠，重叠时保留第一图像信息和第二图像信息中的重叠像素点，构成重叠图像；

S33、沿采集时间节点顺序将采集的多个重叠图像进行拼接操作，并在拼接操作过程中剪切保留相邻时间节点之间图像，并剔除重合像素点，构成连贯的地形表面图像；

所述步骤四中，地貌三维模型的构建方法，具体方法如下：

S41、以路程作为X轴，以探测距离作为Z轴，每个测距单元沿路径方向采集的测距数据在X轴上构成连续的线形图；

S42、以Y轴作为待测区域宽度，多个测距单元在Y轴方向上构成相互间隔的多条线形图；

S43、多条线形图沿X轴方向，在同一时间节点上经过模拟器模拟生成平滑的地貌三维模型；

其中，所述三维模型的平滑度型取决于测距单元的数量，以及各测距单元之间的距离，数量越多间距越小，其生成的地貌三维模型的平滑度越细腻。

2.一种地形航拍勘测飞行器，其特征在于，用于执行权利要求1中所述地形航拍勘测方法，该飞行器包括左侧机体（1）、右侧机体（2）和多个中部机体（5），多个所述中部机体（5）以拼接的方式组装在左侧机体（1）和右侧机体（2）之间，构成线性结构，所述左侧机体（1）和右侧机体（2）的腹部设有用于航拍的摄像头（8），所述中部机体（5）的腹部设有用于距离探测的测距装置；

所述测距装置包括支撑架（50），所述支撑架（50）沿长度方向等间距设置多组测距单元；

所述左侧机体（1）和右侧机体（2）相远离的一侧两端分别固定有悬臂（4），所述悬臂（4）的末端固定设有带扇叶的主航空马达（41）；

所述左侧机体（1）远离悬臂（4）的一侧两端对称固定有第一连接杆（11），右侧机体（2）远离悬臂（4）的一侧两端对称固定有第二连接杆（21）；

所述中部机体（5）固定设置在呈“工”形结构的连接臂（3）上，所述连接臂（3）一侧的两端固定设有第一外延杆（31），另一侧的两端固定设有第二外延杆（32）；

所述第一连接杆（11）与第一外延杆（31）对接的端部之间、第二外延杆（32）与第二连接杆（21）对接的端部之间、以及相邻第一外延杆（31）与第二外延杆（32）对接的端部之间均设有可拆卸的对接部；

其中，一侧的对接部内部设有用于通路的电连接组件；

所述中部机体（5）的顶部固定设有辅助飞行的带有扇叶的副航空马达（51）。

3.根据权利要求2所述的一种地形航拍勘测飞行器，其特征在于，所述对接部包括插接口（7a）、与所述插接口（7a）相适配的插接块（7b），所述插接块（7b）的两侧设有对称的锁舌（71），所述插接口（7a）的两侧设有与锁舌（71）相匹配的锁孔（72），所述插接口（7a）的一侧还螺纹连接有用于插接块（7b）锁止的锁紧螺栓（73）。

4.根据权利要求3所述的一种地形航拍勘测飞行器，其特征在于，所述电连接组件包括触片（61）和触柱（62），所述触片（61）固定设置在插接块（7b）的端部上，所述触柱（62）设置在插接口（7a）内，所述插接口（7a）内设有用于放置触柱（62）的柱槽（63），所述柱槽（63）内设有用于支撑触柱（62）的弹簧（64）。

5.根据权利要求2所述的一种地形航拍勘测飞行器，其特征在于，每组所述测距单元为激光测距发射端子（53）和激光测距接收端子（52），所述激光测距发射端子（53）和激光测距接收端子（52）沿飞行器飞行方向设置。