CN206523788U - 一种基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统,系统包括：地面处理终端和无人机飞行器；地面处理终端包括：人机交互装置、第一通信单元和处理器；处理器连接人机交互装置和通信单元，用于根据飞行参数和航拍区域产生航拍指令，且基于来自无人机飞行器的航拍图像数据进行现场三维重建，其中航拍指令包含巡航路线和飞行速度；第一通信单元用于向无人机飞行器发送航拍指令并接收来自无人机飞行器的航拍图像数据；无人机飞行器包括：导航飞行控制单元，具有导航模块，用于基于航拍指令进行导航飞行控制；图像拍摄单元，用于获取航拍图像；第二通信单元，用于接收来自地面处理终端的航拍指令，并向地面处理终端发送航拍图像数据。

Description

一种基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统

技术领域

本实用新型涉及用于公共安全领域的系统，更具体而言涉及一种基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统。

背景技术

在现场面积广的重大案事件中，现场三维模型的建立，有利于案事件处置指挥人员掌握案事件全局，进而制定精准处置策略。如20151220深圳垮塌事件中，现场塌方面积达到10多万平方米，现场救援、勘查工作量巨大，怎样快速制定出精处置策略，协调各方资源快速实施救援及勘查任务至关重要。如果采用传统手段，短期内难以掌控事件现场全局信息，必将贻误战机。

无人机航拍技术已经在案事件现场救援及勘查任务中得到初步应用。上述20151220深圳垮塌事件中，警方就采用了无人机航拍技术快速获取现场地理信息。但是现有无人机航拍操作技术门槛高，相关操作人员需要经过系列严格培训才能进行操作。

目前缺乏一种操作简便容易上手的基于无人机航拍三维重建的案事件现场快速建模技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统，以实现案事件现场的快速三维重建。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统，该系统包括：地面处理终端和无人机飞行器；

所述地面处理终端包括：人机交互装置、第一通信单元和处理器；

所述人机交互装置用于设置飞行参数和航拍区域，且用于输入航拍指令，其中所述飞行参数包括飞行高度；

所述处理器连接所述人机交互装置和所述通信单元，用于基于飞行参数和航拍区域计算出巡航路线和飞行速度，并基于来自所述无人机飞行器的航拍图像数据进行现场三维重建；

所述第一通信单元用于向无人机飞行器发送巡航路线、飞行速度、飞行高度以及用户通过人机交互装置输入的航拍指令，并接收来自无人机飞行器的航拍图像数据；

所述无人机飞行器包括：

导航飞行控制单元，具有导航模块，用于基于所述航拍指令进行导航飞行控制；

图像拍摄单元，用于获取航拍图像；

第二通信单元，用于接收来自地面处理终端的航拍指令，并向地面处理终端发送航拍图像数据。

优选地，所述人机交互装置包括触摸屏；或者所述人机交互装置包括显示器和输入键盘。

优选地，所述触摸屏或显示器的屏幕尺寸大于15寸。

优选地，所述图像拍摄单元包括相机和承载所述相机的云台。

优选地，所述飞行参数还包括相机拍摄频率。

优选地，所述地面处理终端为台式电脑、笔记本电脑、平板电脑或智能手机。

优选地，所述无人机飞行器为旋翼无人机。

本实用新型针对无人机操作难度大、三维重建耗时长的问题，基于无人机航拍三维重建的案事件现场快速建模系统，能够将复杂的无人机操作，简化为一键式操作，安全性强，航拍数据质量高，同时大大提高三维重建速度，可实现案事件现场快速建模，为案事件现场处置决策的快速制定提供基础支撑。

附图说明

参考随附的附图，本实用新型更多的目的、功能和优点将通过本实用新型实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出本实用新型的基于无人机航拍的案事件现场快速三维重建系统的整体结构示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本实用新型的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。

现有的无人机航拍技术虽能够实现对大范围区域的快速拍摄，但是无人机操作复杂，对技术人员要求较高。因此，本实用新型开发出基于无人机航拍三维重建的案事件现场快速建模系统或称基于无人机航拍三维重建的事件现场快速建模系统，可将无人机航拍操作简化为一键式操作，使得操作人员调试好无人机后，只需点击地面上处理终端的启动键，无人机将自动完成航拍任务，回传航拍图像，并实时显示三维建模结果。

总的说来，本实用新型的案事件现场三维重建系统采用无人机智能航拍及三维重建技术，实现对案事件现场的快速自动航拍及三维建模。本系统的总体结构包括地面处理终端和无人机飞行器。地面处理终端可包括人机交换装置、通信单元和处理器，处理器连接人机交互装置和通信单元。地面处理终端可由具有人机交换装置、通信单元和处理器的台式电脑、笔记本电脑、平板电脑或智能手机等来实现。人机交换装置可提供人机交互界面，用于进行人机交互操作，人机交换装置例如可以包括触摸屏，或者包括键盘、鼠标和显示器，用于进行信息的输入和显示，如设置飞行参数及航拍区域，显示飞行器的飞行参数、航拍区域、航拍影像、三维重建结果以及航迹地理信息等。其中，飞行参数主要是无人机进入预定航线开始航拍时的飞行高度。航拍区域是用户根据实际工作，需对其进行三维建模的地理区域。

用户可通过人机交换装置设置飞行参数及航拍区域，航拍区域设置可由用户通过人机交互页面，在卫星地图上画矩形方框来实现。航拍区域及飞行参数设置完毕后，地面处理终端的处理器可自动计算规划航拍巡航路线(包括返航路线)及飞行速度。航拍巡航路线及飞行速度，是地面处理终端依据航拍区域、飞行高度及相机拍摄频率等参数，自动计算出来的、适合三维重建的最佳巡航路线和飞行速度。航拍巡航路线和飞行速度由地面处理终端计算完成后，在无人机飞行器起飞前，通过通信单元全部发送到无人机飞行器端。飞行参数及拍摄区域也可以由通信单元发送给无人机飞行器。

在用户设置航拍区域和飞行高度后，显示屏幕的显示页面可出现“开始执行航拍任务”键。点击该键后，通信单元便向无人机飞行器发送航拍指令，无人机飞行器于是自主起飞，并按照地面处理终端计算所得巡航路线和飞行速度执行航拍任务，执行完毕后自动返航着陆。

通信单元还接收来自无人机飞行器的航拍图像数据和飞行数据，处理器可利用从无人机飞行器接收到的航拍图像数据进行三维建模，此外通过人机交互装置的显示屏幕可实时显示航拍影像、三维建模结果、飞行器地理信息数据及飞行状态参数等信息。优选地，显示屏幕为不少于15英寸的液晶触控显示屏，其部分固定区域用于显示无人机飞行器飞行状态参数和航迹地理信息，剩余区域显示航拍影像、三维重建结果等。其中，飞行状态参数可包括无人机当前的飞行速度和飞行高度。三维重建结果可以指处理器使用已经传输到地面处理端的航拍图像数据，进行三维重建所得的中间或者最终结果。

无人机飞行器例如为旋翼无人机，可包括导航飞行控制单元、图像拍摄单元和通信单元，其中图像拍摄单元包括云台和相机。导航飞行控制单元具有导航模块，用于基于通过人机交互装置(如液晶触摸屏)输入的航拍指令进行导航飞行控制，实现无人机飞行器的自主起飞、巡航、返航和着陆。起飞前，无人机巡航路线、飞行高度及飞行速度由地面处理终端通过通信单元传输到无人机飞行器端，并存储在导航飞行控制单元中。起飞后，导航飞行控制单元控制无人机以预定的速度和高度进入航拍区域，进入航拍区域后由图像拍摄单元自动开始执行航拍任务，并通过通信单元向地面处理端传输航拍图像。完成航拍任务后，按照预定路线返回着陆。也就是说，无人机飞行器通过通信单元从地面处理终端接收飞行参数，自主完成起飞、巡航、返航、着陆等任务，同时将飞行器飞行状态参数及航拍图像数据发送到地面处理终端。

本实用新型可通过在地面处理终端对飞行参数和航拍区域的事先设置，可实现无人机航拍航线自动规划，自主起飞、巡航、返航、着陆，进而实现对案事件现场快速三维建模，为案事件现场处置决策的快速制定提供基础支撑。

图1示意性示出本实用新型的一种基于无人机航拍的案事件现场快速三维重建系统的整体结构示意图。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，该系统包括：地面处理终端110和无人机飞行器120。

地面处理终端110可包括人机交互装置111、处理器112和通信单元113，人机交互装置111、处理器112和通信单元113通过主板相连接。人机交互装置111是用户与系统的交互接口，其硬件设备可以是触控液晶显示屏，或者是键盘、鼠标及普通显示器。在本实用新型一优选实施例中，人机交互装置111的硬件设备为不少于15英寸的触控液晶显示屏。用户可通过人机交互装置111设置无人机航拍飞行参数(如飞行高度)和航拍区域。无人机航拍飞行高度的设置需根据航拍地形情况来确定。航拍区域的设置通过在显示屏显示的卫星地图上圈画矩形方框来实现。

无人机航拍飞行高度和航拍区域设置完毕后，地面处理终端110的处理器112可根据设定的飞行高度和航拍区域，通过预设算法自动计算出最适合于三维重建的航拍巡航路线和飞行速度，该预设算法可基于现有的航拍巡航路线和飞行速度确定方法而定。计算完毕后，地面处理终端110通过通信单元113将巡航路线和飞行速度等数据全部发送到无人机飞行器120。传输完毕后，人机交互装置111可出现“开始执行航拍任务”键(航拍指令)，用户点击该键后，无人机飞行器120可基于该指令按照巡航路线和飞行速度等数据开始自主起飞、巡航、返航、着陆。

无人机飞行器120包括导航飞行控制单元121、图像拍摄单元和通信单元124，导航飞行控制单元121、图像拍摄单元和通信单元124通过嵌入式主板相连接。图像拍摄单元包括相机122和承载相机的云台123。地面处理终端110传输过来的巡航路线和飞行速度等数据存储在导航飞行控制单元121中，导航飞行控制单元121具有导航模块，用于基于航拍指令进行导航飞行控制。无人机飞行器120起飞后，导航飞行控制单元121依据存储的飞行路线自主巡航执行航拍任务。无人机飞行参数和航拍所得图像数据等通过通信单元124传输到地面处理终端110。

地面处理终端110中的处理器112，依据无人机飞行端采集的航拍图像数据，进行三维重建。三维建模结果(包括中间结果)通过人机交互装置111向用户展示。除了显示三维建模结果外，人机交互装置111还能显示飞行速度及高度、航拍实时数据和航迹地理信息。

以技术人员A去案事件现场执行现场勘查任务为例，技术人员A携带基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统来到案事件现场，观察地形，确定最高障碍物的高度以及需要三维建模区域。打开系统将无人机调整至待飞状态，并通过人机交互装置设置无人机航拍飞行高度和航拍区域。随后，点击“开始执行航拍任务”键。无人机飞行器可开始自主起飞、巡航、返航、着陆。待无人机返航着陆后，便可得到案事件现场的三维模型。整个过程中，无需操作人员实时进行复杂的无人机航拍操作控制。

因此，本实用新型针对无人机操作难度大、三维重建耗时长的问题，基于无人机航拍三维重建的案事件现场快速建模系统，能够将复杂的无人机操作，简化为一键式操作，安全性强，航拍数据质量高，同时大大提高三维重建速度，可实现案事件现场快速建模，为案事件现场处置决策的快速制定提供基础支撑。

结合这里披露的本实用新型的说明和实践，本实用新型的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本实用新型的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (7)

1.一种基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统，其特征在于，所述系统包括：地面处理终端和无人机飞行器；

所述地面处理终端包括：人机交互装置、第一通信单元和处理器；

所述人机交互装置用于设置飞行参数和航拍区域，且用于输入航拍指令，其中所述飞行参数包括飞行高度；

所述处理器连接所述人机交互装置和所述通信单元，用于基于飞行参数和航拍区域计算出巡航路线和飞行速度，并基于来自所述无人机飞行器的航拍图像数据进行现场三维重建；

所述第一通信单元用于向无人机飞行器发送巡航路线、飞行速度、飞行高度以及用户通过人机交互装置输入的航拍指令，并接收来自无人机飞行器的航拍图像数据；

所述无人机飞行器包括：

导航飞行控制单元，具有导航模块，用于基于所述航拍指令进行导航飞行控制；

图像拍摄单元，用于获取航拍图像；

第二通信单元，用于接收来自地面处理终端的航拍指令，并向地面处理终端发送航拍图像数据。

2.根据权利要求1所述的基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统，其特征在于：

所述人机交互装置包括触摸屏；或者

所述人机交互装置包括显示器和输入键盘。

3.根据权利要求2所述的基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统，其特征在于：

所述触摸屏或显示器的屏幕尺寸大于15寸。

4.根据权利要求1所述的基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统，其特征在于：

所述图像拍摄单元包括相机和承载所述相机的云台。

5.根据权利要求1所述的基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统，其特征在于：

所述飞行参数还包括相机拍摄频率。

6.根据权利要求1所述的基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统，其特征在于：

所述地面处理终端为台式电脑、笔记本电脑、平板电脑或智能手机。

7.根据权利要求1所述的基于无人机航拍的案事件现场三维重建系统，其特征在于：

所述无人机飞行器为旋翼无人机。