CN114040329A - 一种测量灯塔射程的方法 - Google Patents

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童扬武
许颖超
马士豪
周亮
梁友文
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Abstract

本发明公开了一种测量灯塔射程的方法，包括以下步骤：对待测量灯塔进行定位，在待测量灯塔周边区域内建立无人机数据链；预设航线为从灯塔向海洋方向延伸的射线，以距待测量灯塔的标准射程的航线位置为返航点；指令控制搭载有摄像模块和定位系统的无人机夜间沿预设航线运行，并进行全程拍摄视频；对拍摄的视频图像进行分析，截取视频图像中灯光区域分辨率低于低分辨率阈值时的视频段；提取视频段中的定位信息，通过定位信息测算拍摄位置与待测量灯塔的实际距离，选取实际距离中与待测量灯塔的最小距离为待测量灯塔的有效射程。本发明的灯塔射程测量方法测量结果量化、准确度高、可靠性高，人力、时间等成本低。

Description

一种测量灯塔射程的方法
技术领域
本发明涉及一种测量灯塔射程的方法。
背景技术
灯塔是高塔形建筑物，在塔顶装设灯光设备，位置应显要，具有特定的建筑造型，易于船舶分辨，成为港口最高点之一。由于地球表面为曲面，故塔身须有充分的高度，使灯光能为远距离的航船所察见，一般视距为15-25海里。灯塔作为重要的导助航设施，根据《海区航标效能验收规范》和《交通运输部南海航海保障中心航标维护管理实施细则(试行)》要求，灯塔灯光的拉距测试一般每年进行一次，如更换新型灯器，应重新进行灯光拉距测试。传统的拉距测试方法一般利用船舶夜航开展，采取目测的方式，即需双眼裸眼视力均在5.0(1.0)或以上，最远射程需2/3人数观测到。对不在航线的灯塔要单独安排夜间灯光拉距测试。传统的灯塔灯光射程测量方法普遍存在受气象海况、航路船舶等因素制约，存在效率低、成本高、风险大等问题，具体为：
(1)传统的灯光拉距测量需要水面船舶配合，船舶出海少则一个班组，大型船只出海往往需要数个班组配合，加上至少3名测量人员，人力成本高。
(2)传统的测量方法往往由专业的航标船承担作业任务，船舶每年运维成本高企，船舶出海一次，单次测量仅燃油费一项支出就需上万元；而且传统测量方法受海况气象条件制约，单个航次测量成功概率不大。
(3)测量方法受海况、地理地貌、航路条件、作业船舶硬件条件等因素制约，测量一次最少需4个小时(仅计算船舶往返时间)，加之实际作业时船舶进出港，人员观测时间，最少需6个小时。
(4)传统的测量方法必须在夜间开展，船舶夜航风险系数大，有碰撞、搁浅的风险，海上环境复杂多变，作业时遭遇突发的极端气象救援难度大。
(5)传统的测量方法采用目测的方式，要求测量人员需双眼裸眼视力均在5.0(1.0)或以上，对测量人员身体素质要求较高，在认定结果时需要2/3人数观测到。目测的方式受观测人员个体的感官影响较大，可能存在个别人员观测的到但其他人员观测不到的情况，主要原因是每个人身体素质不一样，形成的测量结果也不一样。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用无人机技术的测量灯塔射程的方法，操作简单成本低、测量效率高。
本发明为达到上述目的，具体通过以下技术方案得以实现的：
一种测量灯塔射程的方法，包括以下步骤：
S1、对待测量灯塔进行定位，在待测量灯塔周边区域内建立无人机数据链；S2、预设航线为从灯塔向海洋方向延伸的射线，以距待测量灯塔的标准射程的航线位置为返航点；S3、指令控制搭载有摄像模块和定位系统的无人机夜间沿预设航线运行，并进行全程拍摄视频，调整无人机角度使待测量灯塔的灯光始终位于视频图像内；S4、无人机至返航点后返回灯塔初始点完成航线，对拍摄的视频图像进行分析，截取视频图像中灯光区域分辨率低于低分辨率阈值时的视频段；S5、提取视频段中的定位信息，通过定位信息测算拍摄位置与待测量灯塔的实际距离，选取实际距离中与待测量灯塔的最小距离为待测量灯塔的有效射程。
进一步地，无人机搭载电源和数据传输模块，摄像模块采用云台相机。
进一步地，摄像模块的拍摄镜头像素为不低于200万像素。
进一步地，视频图像的分辨率为1920*1080。
进一步地，低分辨率阈值的像素点数值为100。
进一步地，无人机数据链作用半径不小于50km，传输速率不小于4Mbps，配置有独立电源。
进一步地，无人机控制半径不小于50km。
进一步地，无人机的定位系统采用高精度定位系统，定位精度为厘米级。
进一步地，无人机的飞行高度为距离水平面5-20m，拍摄偏转角度小于15°。
本发明较于传统灯塔有效射程测量方法具有以下优点：
(1)人力成本低，使用无人机作业仅仅需要1到2人。
(2)经济成本低，电力驱动的无人机基本是免维护的，使用无人机测量，采用锂电池能源供电，电力成本不到10元；而且无人机利用视角高的优点，看准天气一个航次就可以完成。
(3)测量时间成本低，采用无人机测量具有速度快，不受地理地貌条件制约的优点，单次测量仅需一个小时。
(4)安全风险低，采用无人机测量，作业人员全程仅需在地面站遥控无人机即可，将人身安全风险降到了最低。
(5)测量结果量化、准确度高、可靠性高，采用本发明的测量方法，可以通过量化数据的方法对结果进行分析，测量结果可靠性更高。
附图说明
图1为本发明的步骤流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一种测量灯塔射程的方法，包括以下步骤：
S1、对待测量灯塔进行定位，在待测量灯塔周边区域内建立无人机数据链。
S2、预设航线为从灯塔向海洋方向延伸的射线，以距待测量灯塔标准射程为半径的航线位置为返航点；
S3、指令控制搭载有摄像模块和定位系统的无人机夜间沿预设航线运行，并进行全程拍摄视频，调整无人机角度使待测量灯塔的灯光始终位于视频图像内。
在该步骤中优选的，无人机搭载电源和数据传输模块，摄像模块采用云台相机。更优选的，摄像模块的拍摄镜头像素为不低于200万像素。
S4、无人机至返航点后返回灯塔处无人机起飞初始点完成航线，回收无人机，对无人机拍摄的视频图像进行分析，截取视频图像中灯光区域分辨率低于低分辨率阈值时的视频段。为了保证远距离拍摄的视频图像显示的清晰度，视频图像的分辨率为1920*1080。为了分辨出远距离中灯塔灯光，低分辨率阈值的像素点数值为100，或当屏幕中图像显示的像素不足100个像素点时，提取该图像的坐标点定位信息。
S5、提取视频段中的定位信息，通过定位信息测算拍摄位置与待测量灯塔的实际距离，选取实际距离中与待测量灯塔的最小距离为待测量灯塔的有效射程。
无人机采用固定翼无人机搭载摄像机，将航线计划为从灯塔开始，设置一定的巡航高度，无人机搭载摄像头全程锁定目标灯塔灯笼，无人机计划航线为偏离灯塔的折返线，折返点为目标灯光信号消失点或22海里处。
为了满足无人机的运距离飞行拍摄，无人机数据链的作用半径应不小于50km，传输速率不小于4Mbps，配置有独立电源。进一步的，无人机控制半径不小于50km。
为了对灯塔射程进行高精度定位，无人机的定位系统采用高精度定位系统，定位精度为厘米级。为了避免无人机飞行过程中安全和操作的有效性，无人机的飞行高度为距离水平面5-20m。为保证无人机角度，使得待测量灯塔的灯光始终位于视频图像内，拍摄偏转角度小于15°，飞行至远距离时，角度调整更不应过大。
本发明中的具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种测量灯塔射程的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对待测量灯塔进行定位，并在待测量灯塔周边区域内建立无人机数据链；
S2、预设航线为从灯塔向海洋方向延伸的射线，以距待测量灯塔的标准射程的航线位置为返航点；
S3、指令控制搭载有摄像模块和定位系统的无人机夜间沿预设航线运行，并进行全程拍摄视频，调整无人机角度使待测量灯塔的灯光始终位于视频图像内；
S4、无人机至返航点后返回灯塔初始点完成航线，对拍摄的视频图像进行分析，截取视频图像中灯光区域分辨率低于低分辨率阈值时的视频段；
S5、提取视频段中的定位信息，通过定位信息测算拍摄位置与待测量灯塔的实际距离，选取实际距离中与待测量灯塔的最小距离为待测量灯塔的有效射程。
2.根据权利要求1所述的测量灯塔射程的方法，其特征在于，无人机搭载电源和数据传输模块，摄像模块采用云台相机。
3.根据权利要求1所述的测量灯塔射程的方法，其特征在于，摄像模块的拍摄镜头像素为不低于200万像素。
4.根据权利要求1所述的测量灯塔射程的方法，其特征在于，视频图像的分辨率为1920*1080。
5.根据权利要求1所述的测量灯塔射程的方法，其特征在于，低分辨率阈值的像素点数值为100。
6.根据权利要求1所述的测量灯塔射程的方法，其特征在于，无人机数据链作用半径不小于50km，传输速率不小于4Mbps，配置有独立电源。
7.根据权利要求1所述的测量灯塔射程的方法，其特征在于，无人机控制半径不小于50km。
8.根据权利要求1所述的测量灯塔射程的方法，其特征在于，无人机的定位系统采用高精度定位系统，定位精度为厘米级。
9.根据权利要求1所述的测量灯塔射程的方法，其特征在于，无人机的飞行高度为距离水平面5-20m，拍摄偏转角度小于15°。
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