PL225002B1 - Pojazd pomiarowy - Google Patents

Abstract

Pojazd pomiarowy wyposażony w urządzenia do akwizycji obrazu i czujniki. Pojazd zawiera pierwszy moduł (110) zamontowany na szczycie pojazdu i zawierający urządzenie do akwizycji obrazu wyposażone w obiektyw szerokokątny, skaner laserowy. Pojazd zawiera ponadto drugi moduł (120) zamocowany obrotowo względem pierwszego modułu (110) wokół centralnej osi (Oc) prostopadłej do osi obiektywu (O0) urządzenia do akwizycji obrazu pierwszego modułu, zawierający: cztery urządzenia do akwizycji obrazu, z których każde jest wyposażone w teleobiektyw, cztery spektrometry, czujnik położenia kątowego, przy czym urządzenia do akwizycji obrazu i spektometry mają osie swych obiektywów (O1-4) równoległe względem osi obiektywu (O0) pierwszego modułu i są rozmieszczone wokół centralnej osi (Oc) tak, że pola widzenia obiektywów sąsiednich urządzeń do akwizycji obrazu pokrywają się częściowo i wspólnie obejmują obszar 360 stopni wokół centralnej osi (Oc). Ponadto pojazd zawiera obrotnicę drugiego modułu (120) wokół centralnej osi (Oc) z prędkością zależną od prędkości przemieszczania się pojazdu.

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy pojazdu pomiarowego, przeznaczonego zwłaszcza do gromadzenia informacji o obiektach przestrzennych za pomocą metod teledetekcyjnych.

Znane są różnego rodzaju mobilne systemy mapowania MMS (ang. Mobile Mapping Systems), przeznaczone do zbierania informacji o obiektach w przestrzeni. Systemy MMS wykorzystują zwykle pojazd, na którym zamontowane są różnego rodzaju czujniki, takie jak aparaty fotograficzne, kamery wideo, skanery laserowe itp. Pojazd, poruszając się po określonym obszarze, dokonuje różnego rodzaju pomiarów, których wyniki przetwarzane są w centralnym komputerze i przetwarzane do postaci cyfrowej mapy otoczenia, określającej rodzaje położenie i parametry obiektów w tym obszarze. Prowadzone są obecnie prace rozwojowe nad systemami MMS, których celem jest wykorzystanie różnego rodzaju czujników do monitorowania przeróżnych parametrów obiektów, przykładowo materiałów, z których wykonane są fasady obiektów.

Przykładowo, z amerykańskiego opisu patentowego US 8396255 znany jest system i sposób przetwarzania próbek skanowania laserowego i cyfrowych obrazów fotograficznych obejmujących fasady budynków, w którym odpowiednio przetwarza się dane obrazów fotograficznych i próbki skanowania laserowego tak, aby określić elementy ścian na obrazach.

Celowym byłoby opracowanie pojazdu pomiarowego do wykorzystania w systemach MMS, który będzie miał układy pomiarowe zainstalowane w sposób ułatwiający zbieranie i przetwarzanie danych w sposób efektywny.

Przedmiotem wynalazku jest pojazd pomiarowy wyposażony w urządzenia do akwizycji obrazu i czujniki. Zawiera on pierwszy moduł zamontowany na szczycie pojazdu i zawierający urządzenie do akwizycji obrazu wyposażone w obiektyw szerokokątny, skaner laserowy. Ponadto, pojazd zawiera drugi moduł zamocowany obrotowo względem pierwszego modułu wokół centralnej osi prostopadłej do osi obiektywu urządzenia do akwizycji obrazu pierwszego modułu, zawierający cztery urządzenia do akwizycji obrazu, z których każde jest wyposażone w teleobiektyw, cztery spektrometry, czujnik położenia kątowego, przy czym urządzenia do akwizycji obrazu i spektometry mają osie swych obiektywów równoległe względem osi obiektywu pierwszego modułu i są rozmieszczone wokół centralnej osi tak, że pola widzenia obiektywów sąsiednich urządzeń do akwizycji obrazu pokrywają się częściowo i wspólnie obejmują obszar 360 stopni wokół centralnej osi. Ponadto pojazd zawiera obrotnicę drugiego modułu wokół centralnej osi z prędkością (ω) zależną od prędkości (v) przemieszczania się pojazdu.

Korzystnie, pojazd jest ponadto wyposażony w co najmniej jeden z następujących czujników: rejestrator współrzędnych geograficznych, kompas, akcelerometr, czujnik nachylenia wzdłużnego i poprzecznego pojazdu.

Korzystnie, dane pomiarowe zebrane przez urządzenie do akwizycji obrazu pierwszego modułu przesyłane są do pierwszego przetwornika danych, dane pomiarowe zebrane przez urządzenia do akwizycji obrazu drugiego modułu przesyłane są do drugiego przetwornika danych, przy czym pierwszy przetwornik i drugi przetwornik przesyłają dane do analizatora obrazu, który steruje pracą drugiego przetwornika na podstawie danych odebranych z pierwszego przetwornika.

Korzystnie, pojazd zawiera ponadto ogranicznik do wymuszania zmniejszenia prędkości pojazdu gdy ilość danych dostarczanych przez układy do akwizycji obrazu zbliża się do granicy przepustowości przetwarzania danych przez analizator.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia pojazd w trakcie wykonywania pomiarów,

Fig. 2A-2C przedstawiają schematycznie kolejne etapy pomiaru,

Fig. 3 przedstawia schemat funkcjonalny pojazdu.

Fig. 1 przedstawia schematycznie pojazd 100 w trakcie wykonywania pomiarów, a Fig. 2 przedstawia schematycznie kolejne etapy pomiaru. Urządzenia pomiarowe są zamontowane na szczycie nadwozia pojazdu w dwóch modułach, z których jeden jest ruchomy obrotowo względem drugiego. Pierwszy moduł 110 zamocowany jest na szczycie pojazdu i zawiera urządzenie do akwizycji obrazu U0 wyposażone w obiektyw szerokokątny oraz czujnik laserowy C0. Drugi moduł 120 jest zainstalowany obrotowo względem pierwszego modułu 110 wokół centralnej osi Oc prostopadłej do osi obiektywu urządzenia U0 do akwizycji obrazu z pierwszego modułu 110. Drugi moduł 120 zawiera cztery urządzenia U1-U4 do akwizycji obrazu, z których każde jest wyposażone w teleobiektyw, cztery spektrometry S1-S4 oraz czujnik położenia kątowego C1. Urządzenia U1-U4 do akwizycji obrazu z drugiePL 225 002 B1 go modułu 120 mają osie obiektywów równoległe względem osi obiektywu pierwszego modułu, korzystnie skierowane poziomo. Ponadto, urządzenia U1-U4 mają wyższą rozdzielczość obrazową i obiektyw o węższym kącie od urządzenia U0 z pierwszego modułu. Urządzenia U1-U4 są rozmieszczone wokół centralnej osi Oc tak, że pola widzenia obiektywów sąsiednich urządzeń U1-U4 (oznaczone na Fig. 2 linią przerywaną) pokrywają się częściowo i wspólnie obejmują obszar 360 stopni wokół centralnej osi Oc. Każde z nich powinno obejmować pole widzenia nieco większe od 90 stopni. Ponadto, pojazd zawiera układ do obracania drugiego modułu 120 wokół centralnej osi Oc z prędkością ω zależną od prędkości v przemieszczania się pojazdu.

Gdy pojazd 100 przemieszcza się wzdłuż toru pomiarowego (przykładowo, wzdłuż ulicy ze znajdującymi się przy niej zabudowaniami 101), urządzenie do akwizycji obrazu U0 pierwszego modułu 110 dokonuje akwizycji obrazu obiektów 101 wzdłuż kierunku przemieszczania się pojazdu. Obraz pobrany przez urządzenie U0 jest obrazem do wstępnej analizy danych w systemie analizy danych 150. Gdy system analizy danych 150 określi, że w obrazie pobranym przez urządzenie U0 znajdują się obiekty wymagające dokładniejszego pomiaru, aktywuje urządzenia do akwizycji obrazu U1-U4 drugiego modułu 120, które mają większą rozdzielczość obrazu, a więc są w stanie pobrać większą liczbę informacji o obrazie. Ponadto, urządzenia U1-U4 w trakcie obrotu dokonują pomiaru tego samego punktu otoczenia z różnych stron, co pozwala na uzyskanie dodatkowych danych o obiekcie. Dzięki temu, że w drugim module zainstalowany jest zestaw urządzeń U1-U4, których kąty widzenia zachodzą na siebie i obejmują wspólnie cały obszar wokół pojazdu, możliwe jest ciągłe pobieranie obrazu w trakcie przemieszczania się obrazu. System analizy danych 150 za pomocą odpowiednich algorytmów przetwarzania obrazu (nie stanowiących istoty niniejszego wynalazku) może odpowiednio przetworzyć pobrane obrazy i wydobyć z nich dane niezbędne do określenia modelu obiektów znajdujących się przy torze pomiarowym.

Urządzenie U0 wyposażone w obiektyw szerokokątny wykonuje całościowe zdjęcia otoczenia w wysokiej rozdzielczości, natomiast skaner laserowy C0 wykonuje skan otoczenia i zapisuje informację w postaci trójwymiarowej „chmury punktów”.

Urządzenia pierwszego modułu 110 przesyłają zebrane dane do pierwszego przetwornika danych 151 sterownika 150, który identyfikuje obiekty przestrzenne i obiekty tekstowe/symboliczne na tych obiektach i przypisuje im kierunek w oparciu o położenie na zdjęciu.

Drugi moduł 120 służy do uzyskiwania szczegółowej informacji o obiektach przestrzennych i tekstowych/symbolicznych zidentyfikowanych przez urządzenia pierwszego modułu 110. Jest zamontowany na stelażu obrotowym względem pierwszego modułu 110. Moduł ten zawiera:

- czujnik C1 położenia kątowego modułu 120, który służy do ustalenia kierunku wykonywania pomiarów, jako azymut geograficzny lub kąt obrotu względem pierwszego modułu,

- urządzenia do akwizycji obrazu U1-U4 z teleobiektywem (telefoto), ustawiające się na obiekty zidentyfikowane przez pierwszy moduł 110 i wykonujące ich zdjęcia w lepszej jakości (rozdzielczości),

- spektrometry S1-S4, rejestrujące pomiar przykładowo w zakresie od 1.7 mikrometra do 240 nanometrów, na potrzeby rozpoznawania materiału i rodzaju obiektu, z częstotliwością próbkowania co 0,5 stopnia.

Dane zebrane przez urządzenia drugiego modułu 120 przesyłane są do drugiego przetwornika danych 152 sterownika 150, który dokonuje priorytetyzacji i steruje wykonywaniem fotografii i odczytów przez aparat i spektrometr.

Dane zebrane przez obydwa przetworniki danych 151, 152 są analizowane w synchronizatorze danych 153, który koordynuje pracę modułów 151, 152.

Ponadto, pojazd może być wyposażony w zestaw czujników 130, do gromadzenia danych uzupełniających, wykorzystywanych następnie w procesie obróbki materiału, takich jak:

- rejestrator współrzędnych geograficznych (przykładowo, odbiornik GPS),

- kompas,

- akcelerometr (monitorujący wstrząsy pojazdu i pozwalający na ewentualną korektę materiału),

- czujnik nachylenia wzdłużnego i poprzecznego urządzenia.

Odbiornik GPS oraz kompas pozwolą na automatyczne przypisanie parametrów obiektu do konkretnego budynku (adresu), w przypadku, w którym pomiary będą wykonywane na terenie, którego mapa cyfrowa (lokalizacja budynków tzn. współrzędne skojarzone z numerami policyjnymi) będzie uprzednio wczytana do systemu. Akcelerometr i czujnik nachylenia pozwolą na wykonanie później precyzyjnych korekt danych przez oprogramowanie.

PL 225 002 B1

Dane z pierwszego i drugiego modułu 110, 120 są łączone, tj. przetworzona (podzielona na obiekty z przypisanym kierunkiem/położeniem) informacja z pierwszego modułu 110 jest przypisywana do szczegółowych odczytów uzyskanych z drugiego modułu 120, co następuje w synchronizatorze danych 153. Następnie tak uporządkowany zestaw danych jest przekazywany równolegle z informacjami z zestawu czujników 130 do bazy danych pomiarów, która zapisuje kompletną informację o obiektach z lokalizacji.

Ponadto, pojazd wyposażony jest w obrotnicę 141 do obracania drugiego modułu 120 wokół centralnej osi Oc z prędkością ω zależną od prędkości v przemieszczania się pojazdu. Im szybciej porusza się pojazd, tym szybciej obrotnica 141 powinna obracać drugi moduł 120. Ułatwia to pobieranie obrazów o stałych parametrach przez układy U1-U4 drugiego modułu i ich dalszą jednorodną analizę.

Ponadto, pojazd może być wyposażony w ogranicznik 142 do wymuszania (przykładowo, poprzez sterowanie tempomatem pojazdu lub innym sterownikiem silnika pojazdu) zmniejszenia prędkości pojazdu, gdy ilość danych dostarczanych przez układy pomiarowe U0, U1-U4 zbliża się do granicy przepustowości przetwarzania danych przez analizator 153. Przykładowo, jeśli pojazd porusza się z dużą prędkością i w polu pomiarowym zwiększa się ilość obiektów do analizy, może to wymagać zmniejszenia prędkości pojazdu.

P r z y k ł a d w y k o n a n i a

Proces gromadzenia danych może przebiegać w następujący sposób.

Pojazd porusza się w miarę możliwości ze stałą prędkością v. Operator monitorujący system za pomocą komputera sterującego 153 otrzymuje informację, że system potrzebuje więcej czasu na przetworzenie otaczających obiektów, i będzie w razie potrzeby wydawał dyspozycję spowolnienia ruchu pojazdu, lub w miarę możliwości, zatrzymania.

W ramach pierwszego modułu 110:

Aparat fotograficzny U0 wykonuje zdjęcia otoczenia w wysokiej rozdzielczości, a skaner laserowy C0 wykonuje skan przestrzenny otoczenia. Przetwornik 151 na podstawie zdjęć i skanów identyfikuje obiekty przestrzenne (budynki, obiekty budowlane i obiekty nie-budowlane), obiekty tekstowe i predefiniowane symbole charakterystyczne (znaki drogowe, znaki numerów budynków itp.), oraz przypisuje im położenie (mapowanie). Do analizatora 153 jest przekazywana informacja o obiektach, oraz wykonane zdjęcia, wraz z dokładnym czasem wykonania zdjęcia.

W ramach drugiego modułu 120:

Wykonywane są szczegółowe zdjęcia zidentyfikowanych obiektów za pomocą aparatów fotograficznych U1-U4 z teleobiektywem, oraz pomiary spektrometrami S1-S4, uzyskiwane poprzez zastosowanie obrotowego stelażu, sterowanego przez obrotnicę 141, na podstawie danych uzyskanych z pierwszego modułu 110 za pośrednictwem analizatora danych 153 oraz wskazania czujnika położenia. Uzyskane informacje są zwracane do analizatora 153, wraz z dokładnym czasem pomiaru.

W analizatorze 153 następuje porównanie lokalizacji zidentyfikowanych obiektów tekstowych i symboli predefiniowanych z pierwszego przetwornika 151 ze szczegółowymi pomiarami i zdjęciami z drugiego przetwornika 152 i informacja jest łączona, tzn. informacje z drugiego modułu 120 są przypisywane do obiektów z pierwszego modułu 110. Taka informacja jest zapisywana w bazie danych 154, wraz z pełną informacją pochodzącą z pierwszego i drugiego przetwornika 151, 152.

Równolegle, zestaw czujników 130 rejestruje położenie i ustawienie pojazdu, oraz wstrząsy, wraz z dokładnym czasem pomiaru, i przekazywał taką informację do analizatora 153. Analizator porównuje i łączy pozyskane dane z danymi pozyskanymi z zestawu czujników 130 na podstawie czasu pomiaru, tworzy w ten sposób pakiety danych i zapisuje je w bazie 154. Ponadto, analizator 153 wizualizuje pracę systemu na potrzeby operatora.

Znajdujący się w pojeździe operator ma możliwość nadzorowania pracy systemu (bieżący podgląd pracy systemu), anulowania zapisu błędnie zinterpretowanych obiektów, uzupełniania zachowywanych przez system informacji o obiekcie (np. o technologii, stanie budynku), oceny poprawności działania systemu, i w razie potrzeby zadysponowania powtórnego przejazdu w danym miejscu.

Istotną cechą charakterystyczną rozwiązania jest podział czujników na dwa moduły 110, 120, z których jeden jest obrotowy względem drugiego. Dzięki zastosowanym w modułach odpowiednim urządzeniom do akwizycji obrazu U0, U1-U4 oraz innym urządzeniom pomiarowym S1-S4, C0, C1 umożliwia to równoległe rozpoznawanie i grupowanie obiektów przestrzennych oraz tekstowych/symbolicznych, oraz uzyskiwanie za pomocą modułu obrotowego 120 szczegółowej informacji o obiektach. Sterowanie prędkością obrotową drugiego modułu 120 daje operatorowi możliwość korekty pomiarów.

Claims (4)

1. Pojazd pomiarowy wyposażony w urządzenia do akwizycji obrazu i czujniki, znamienny tym, że zawiera:

- pierwszy moduł (110) zamontowany na szczycie pojazdu i zawierający:

• urządzenie do akwizycji obrazu (U0) wyposażone w obiektyw szerokokątny, • skaner laserowy (C0),

- drugi moduł (120) zamocowany obrotowo względem pierwszego modułu (110) wokół centralnej osi (OC) prostopadłej do osi obiektywu (O₀) urządzenia do akwizycji obrazu (U0) pierwszego modułu, zawierający:

• cztery urządzenia (U1-U4) do akwizycji obrazu, z których każde jest wyposażone w teleobiektyw, • cztery spektrometry (S1-S4), • czujnik położenia kątowego (C1), • przy czym urządzenia (U1-U4) do akwizycji obrazu i spektometry (S1-S4) mają osie swych obiektywów (O_1-4) równoległe względem osi obiektywu (O₀) pierwszego modułu i są rozmieszczone wokół centralnej osi (Oc) tak, że pola widzenia obiektywów sąsiednich urządzeń do akwizycji obrazu (U1-U4) pokrywają się częściowo i wspólnie obejmują obszar 360 stopni wokół centralnej osi (Oc),

- a ponadto pojazd zawiera obrotnicę (141) drugiego modułu (120) wokół centralnej osi (Oc) z prędkością (ω) zależną od prędkości (v) przemieszczania się pojazdu.

2. Pojazd według zastrz. 1, znamienny tym, że jest ponadto wyposażony w co najmniej jeden z następujących czujników (130): rejestrator współrzędnych geograficznych, kompas, akcelerometr, czujnik nachylenia wzdłużnego i poprzecznego pojazdu.

3. Pojazd według zastrz. 1, znamienny tym, że dane pomiarowe zebrane przez urządzenie do akwizycji obrazu (U0) pierwszego modułu (110) przesyłane są do pierwszego przetwornika danych (151), dane pomiarowe zebrane przez urządzenia do akwizycji obrazu (U1-U4) drugiego modułu (120) przesyłane są do drugiego przetwornika danych (152), przy czym pierwszy przetwornik (151) i drugi przetwornik (152) przesyłają dane do analizatora obrazu (153), który steruje pracą drugiego przetwornika (152) na podstawie danych odebranych z pierwszego przetwornika (151).

4. Pojazd według zastrz. 3, znamienny tym, że zawiera ponadto ogranicznik (142) do wymuszania zmniejszenia prędkości pojazdu, gdy ilość danych dostarczanych przez układy do akwizycji obrazu (U0, U1-U4) zbliża się do granicy przepustowości przetwarzania danych przez analizator (153).