專利名稱：基于無人駕駛飛機的交通信息采集系統及其處理方法
技術領域：
本發明涉及無人駕駛飛機信息采集及處理技術領域，特別是ー種基于無人駕駛飛機(UAV)交通信息采集系統及其處理方法。
背景技術：
無人駕駛飛機是ー種用來觀察地表目標的空中移動設備，廣泛應用于軍事戰爭中，用來收集實時的智能信息。與傳統的信息檢測系統相比，其特點是經濟、靈活，在民用領域具有較大應用潛力，包括交通管控和信息采集、應急反應、環境污染、港口安全和自然災害監控(如雪崩和森林火災)等。中國專利文獻CN201138840Y公開了ー種用于巡邏的無人駕駛飛機上使用的攝像裝置，該方法為無人機裝有數碼攝像裝置，該數碼攝像裝置連接無線移動通信裝置和無線遙控拍攝裝置，具有制造成本低，技術簡單和維護方便等優點，有利于無人機的普及和使用，尤其適合保安公司、武警和邊防部隊等單位用于常規的巡邏。但該無人機的裝備主要針對特定常規任務設計，因而機載設備相對固定，且對于觀測結果無后續處理。中國專利文獻CN101493699B公開了ー種空中無人機超視距遙控方法。主要根據無人機回傳數據在電子地圖窗口中顯示無人機飛行航跡，在虛擬儀表窗ロ動態顯示當前無人機飛行姿態及位置信息；最后，根據無人機圖像視頻數據在姿態重構窗ロ進行無人機模型與圖像視頻融合。本方法最主要的特點在于能實時反映當前無人機的位置姿態信息，因而能直接通過無人機當前狀態實現對其位置的調節。但該發明主要從遙控和通訊的角度，重點考慮無人機與地面遙控器的信息交換，并未涉及無人機的應用和數據采集功能。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種基于無人駕駛機的交通信息采集系統及其處理方法，實現高空采集交通信息，使得采集的信息全方位，且可以遠距離跟蹤。為達到以上目的，本發明采用的技術方案如下
一種基于無人駕駛機的交通信息采集系統，包括無人駕駛機、無人飛機的控制系統、地面控制站和圖像處理模塊，其特征在于，無人駕駛機上裝有圖像采集設備，圖像采集設備連接無線通信設備，無線通信設備用干與地面控制站進行通訊和信息的傳輸。所述圖像采集設備通過帶有伺服電機的固定架構固定于所述的無人駕駛機內。所述圖像采集設備為高清攝像機或數碼相機。所述的數碼相機的技術參數為1200mp，37-lllmm，f2. 5-5. 4 ；
所述的高清攝像機是技術參數為520TV Lines PAL的日光型彩色攝像機,或者是技術參數為7-14Mm，625TV Lines PAL的紅外熱成像攝像機。一種應該所述的基于無人駕駛機的交通信息采集系統的信息處理方法，其特征在于，該方法包括如下步驟
①飛行前，將航線輸入無人駕駛機的控制系統；②飛行中，通過無人駕駛機上的圖像采集設備對需要監測的地表目標或空域進行交通信息收集；
③收集的信息經無線通信設備傳輸至地面控制站，通過圖像處理模塊進行圖像處理；或者收集的信息存儲于無人駕駛機內的存儲模塊中，待無人駕駛機著陸后再導入電腦，進行后續處理。無人駕駛機收集交通信息的方法包括收集信息的種類及實施方法，特別是無人機在不同情況下，收集多種交通數據的樣本量及飛行路線算法。例如特定地點(如交叉口或立交橋)數據收集、線性數據收集(如路段交通流量，跟車及變道行為)和區域數據收集(如局部路網)的樣本量需求和無人機飛行路線及布局算法。無人駕駛機視頻通信和圖像處理的方法包括探索無人機視頻數據實時傳入控制中心和利用圖像處理技術自動處理、提取及傳遞交通信息的最優方法。

基于無人駕駛機收集的點、線、面數據，開展交通領域的新應用包含
I)根據對關鍵節點交通數據的采集，提取交通沖突樣本，分析交叉口車輛行為，標定檢驗仿真模型，建立新的參數來檢驗交叉路口的通行能力和現有信號燈的合理性。2)利用關鍵路段動態交通流數據，優化車輛跟馳模型、改善并驗證交通流仿真模型及研究車輛換道行為模型。3)根據UAV觀測到的路網面域數據建立交通流時空演變模型，分析交通擁堵的產生和消散規律及交通擁堵產生的原因，建立探究交通擁擠形成和擴散的時空演變模型。本發明利用無人駕駛飛機，攜帶圖像采集設備按照規劃的航線和高度自動飛行，進行全息道路交通信息采集及處理，為后續的智能交通運輸系統應用以及城市應急管理提供基礎數據支持及利用。與現有技術相比，本發明的有益效果是
1.在監測成本和惡劣天氣條件的操作便利性方面具有明顯的優勢；
2.立足于將無人駕駛飛機引入傳統的信息收集領域，建立無人機巡航最優線路的模型及算法；
3.突破傳統交通信息采集方法，建立在全息化方面具有國際領先水平的陸路交通全息信息采集及處理系統。


圖I是本發明基于無人駕駛機的交通信息采集系統的第一實施例的結構示意圖。圖2是本發明實施例的俯視圖。圖3是本發明在應急狀態的工作流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。本實施例中選用的無人駕駛機是德國Microdrones GmbH公司的四旋翼UAVMD4-1000。圖I是本發明基于無人駕駛機的交通信息采集系統的第一實施例的結構示意圖，如圖所示，包括天線I、發動機2、懸臂3、飛行控制和動力艙4、支架5、探測設備裝載艙6、圖像采集設備7、無線通信設備8、螺旋槳9和起落架10。其性能參數為機身采用碳纖維材料，尺寸70cm,自重2. 65kg,最大負荷2. 5kg,巡航速度48km/h,極限高度150m,飛行時長60-70分鐘，航程50-60km。無人機通過自動駕駛儀進行駕駛控制，自動駕駛儀裝有GPS導航模塊、飛行控制微型計算機及其接ロ電路、慣性導航用陀螺儀、加速度計、磁力計、氣壓計、溫度計。使用吋，可遙測遙控，隨時設定飛機的飛行高度、速度、飛行航線，也可向飛行控制微型計算機中輸入預設的飛行航線及飛行參數。圖像采集設備7采用高清攝像機或數碼相機，本實施例中其安裝在無人機的探測 設備裝載艙6中并且采用帶有伺服電機的固定架構，可實現飛行過程中相機機身與鏡頭可繞固定軸橫向自轉，從而達到有效對抗由飛機航行中由風カ引起抖動，解決由此導致的拍攝角度誤差。選用的數碼相機的技術參數為分辨率1200mp，等效焦距37-lllmm，光圈f2. 5-5.4;日光型彩色攝像機的分辨率為52017 Lines PAL ;微光黑白攝像機的技術參數為最低照度0.0003LUX，分辨率570TV Lines PAL,光圈f I. 4 ;紅外熱成像攝像機的技術參數為響應波長7-14Mm，分辨率625TV Lines PAL。數碼相機所拍攝的路面圖片或攝像機拍攝的路面視頻。圖像采集設備與無線通信設備之間的連接由無人駕駛機廠商提供內嵌傳輸模塊完成；圖像采集設備通過內嵌模塊將所采集信號傳輸給無線通信設備，通過無線方式傳輸到地面控制站。無線通信設備8安裝于無人駕駛機的飛行控制和動カ艙4中，實現與地面之間雙向通信，從而可控制無人機的飛行航線，同時還可以將圖像采集設備采集的交通圖像傳輸至地面控制站。使用前，設定好無人駕駛機的飛行航線和飛行參數，調整好無人駕駛機的飛行控制系統。使用時，先由地面控制人員采取人工遙控的方式使無人駕駛機上升到一定的高度，然后將無人駕駛機轉換到自動駕駛狀態。其后，無人駕駛機按設定的航線及飛行參數飛行，對需要監測的地表目標或空域進行交通參數、突發群體性事件的檢測。檢測到的數據既可實時傳回地面控制站，也可存儲在無人駕駛機內的存儲模塊中，待無人駕駛機著陸后再將檢測數據導入電腦，以進行后續處理。在線實時傳輸通道主要由無線通信設備提供，高清攝像設備或者無人駕駛機上設置的一些傳感器采集的信息以模擬信號的格式，通過無線通信設備自動傳輸到地面站系統。終端用戶可按自身需要，將視頻定制轉存成其他通用標準的數字格式，以便進一歩利用。其傳輸距離由無人機自身性能決定，通常在20-30公里。使用結束，無人駕駛機由地面控制人員遙控，在指定區域降落回收。例如在全息道路交通信息采集應用中，具體飛行方式如下
I、利用本發明系統在高空定點采集宏觀大面積影像和視頻，用以分析交通擁擠形成和擴散的時空演變過程，以及特定地點(如交叉ロ或立交橋)交通數據收集。2、利用本發明系統在適當高度，沿特定路段以50_80km速度來回飛行，分析該路段交通狀態及駕駛行為，或者跟蹤特殊車輛，來分析點、線、面的交通狀態及駕駛行為，利用圖像處理軟件得到所有車輛的時空軌跡。3、利用UAV設備在低空固定拍攝高清晰錄像，利用圖像處理軟件得到所有車輛的時空軌跡，分析其微觀行為(速度、加速度、跟馳、變道等)，從而探索路段交通流量，跟車、變道行為。同時也可采集行人和非機動車的軌跡(可達到每幀的精度)。
、采用一套以上的本發明系統，可設置盤旋半徑，實現多臺飛機精確拍攝特定點的交通狀況。圖3是本發明在應急狀態的工作方法流程，如圖所示，假設交通管理或監控部門得到相關交通事件的警報，迅速派遣無人駕駛機去事件現場，通過圖像采集設備7拍攝實時視頻圖像信息及識別處理，通過軟件對事件進行確認并判斷是否需要進行人工干預及干預程度。干預模式分為全人工干預與準人工干預；全人工干預模式中管理人員可通過無人駕駛機實時對事件現場發布指揮與調度命令；準人工模式中無人機系統不直接干預交通事件，僅自動觸發其攝像設備為高清照片拍攝模式，獲取第一手照片資料，存儲于本地CF卡 設備。收集的信息經無線通信設備8傳輸至地面控制站，通過圖像處理模塊進行圖像處理；或者收集的信息存儲于無人駕駛機內的存儲模塊中，待無人駕駛機著陸后再導入電腦，進行后續處理。以上實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對該實施案例做出修改，并將此說明的一般原理應用到其他實施例中，而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明的范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種基于無人駕駛機的交通信息采集系統，包括無人駕駛機、無人駕駛機的控制系統、地面控制站和圖像處理模塊，其特征在于，無人駕駛機上裝有圖像采集設備(7)，圖像采集設備(7 )連接無線通信設備(8 )，無線通信設備(8 )用于與地面控制站進行通訊和信息的傳輸。
2.如權利要求書I所述的基于無人駕駛機的交通信息采集系統，其特征在于所述圖像采集設備(7)通過帶有伺服電機的固定架構(4)固定于所述的無人駕駛機(I)內。
3.如權利要求書I或2所述的基于無人駕駛機的交通信息采集系統，其特征在于所述圖像采集設備(7)為高清攝像機或數碼相機。
4.如權利要求書3所述的基于無人駕駛機的交通信息采集系統，其特征在于所述的數碼相機的技術參數為1200mp，37-lllmm，f2. 5-5. 4 ； 如權利要求書3所述的基于無人駕駛機的交通信息采集系統，其特征在于所述的高清攝像機是技術參數為520TV Lines PAL的日光型彩色攝像機,或者是技術參數為7_14Mm,625TV Lines PAL的紅外熱成像攝像機。
5.—種應該權利要求I所述的基于無人駕駛機的交通信息米集系統的信息處理方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 ①飛行前，將航線輸入無人駕駛機的控制系統； ②飛行中，通過無人駕駛機上的圖像采集設備(7)對需要監測的地表目標或空域進行交通信息收集； ③收集的信息經無線通信設備(8)傳輸至地面控制站，通過圖像處理模塊進行圖像處理；或者收集的信息存儲于無人駕駛機內的存儲模塊中，待無人駕駛機著陸后再導入電腦，進行后續處理。
全文摘要
一種基于無人駕駛機的交通信息采集系統及其處理方法，包括無人駕駛機、無人飛機的控制系統、地面控制站和圖像處理模塊，無人駕駛機上裝有圖像采集設備，圖像采集設備連接無線通信設備，無線通信設備用于與地面控制站進行通訊和信息的傳輸。本發明利用無人駕駛飛機，攜帶高清攝像或紅外設備，按照已規劃的航線和高度自動飛行，進行全息道路交通信息采集。達到利用基于無人機收集的點、線、面數據，開展多方位交通領域新應用的目的。
文檔編號G08G1/01GK102654940SQ20121016156
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者孫健, 彭仲仁 申請人:上海交通大學