專利名稱：一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統，該系統屬于航空電子勾繪技術。
背景技術：
航空電子勾繪技術，早在二十世紀國外就開始探索應用，當時只是局限于采用空中監測手段對森林健康狀況進行調查，直到1955年資深昆蟲學者W. J. Buckhorn和林務官 JohnF. Wear在共同撰寫的《森林昆蟲空中監測組織與實施》一文中第一次公開介紹了空中勾繪監測，該成果對航空監測技術的發展影響深遠。隨著計算機和GPS技術的發展，航空勾繪監測已經成為航空監測的主導技術。目前，美國已發展成為世界上航空電子勾繪監測技術水平較高的國家。近年來，我國開始從國外引進這一技術準備在森防上試用。航空電子勾繪(D-ASM)是采用遙感監測技術，利用飛機、繪圖軟件平臺在空中將森林健康狀況有目的性的人工描繪在地圖上的技術，它是將技術人員、圖形實時勾繪和科學數據收集相結合形成的操作模式，具有較強的主觀性。監測技術人員須搭乘飛機在空中通過目測或望遠鏡對林區病蟲災害觀察判斷估測，其優勢表現在信息獲取與處理的高速、 實時以及應用的高精度、可定量化等方面。目前，航空電子勾繪技術的應用領域仍局限于林業有害生物監測，尤其在我國還沒有形成實施推廣應用的條件和手段，其存在的主要問題是采用航空電子勾繪技術應用于林業有害生物監測防控，一是勾繪監測技術人員的空中目測技術性強、要求高、須經專業培訓，而且監測局限性大；二是不同區域、不同飛行速度、不同飛行高度、不同勾繪技術人員對獲取相關參數條件的綜合分析有誤差；三是應用實施受制于飛機條件，依賴性較強，反映在GPS信號接收有滯后現象，主要是飛機位置與實際飛行位置滯后，飛行航跡實時顯現間斷，導致勾繪精確度不穩定；四是引進的設備和繪圖軟件系統不穩定、設置不當，需要全面創新處理；五是空中監測成本費用太高。為此，利用現有航空勾繪技術與地面勾繪、視頻技術和軟件平臺相結合，是當前航空電子勾繪技術的應用領域廣泛性、提高災害監測的準確度、節省人力、物力、時間、低成本等迫切需要解決的重大課題。

發明內容
本發明的目的是針對現有勾繪技術人員搭乘有人駕駛的飛機在空中目測或望遠鏡觀測獲取信息數據存在的問題，綜合采用現有航空電子勾繪技術、遙感監測技術、無線通訊技術、視頻實時圖像回傳技術、無人機飛行控制技術等，通過技術創新與整合，而提出一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統，該系統應用方便、操作簡單、便于維護、實時性好，可以使飛行航跡與回傳圖像信號的實時顯現同步、不間斷，其勾繪精確度完全滿足防控決策的要求，能解決監測技術人員必須搭乘飛機在空中目測勾繪、信號接收滯后、對勾繪標志物的位置、受災害范圍估測出現誤差等問題，從而能實現無人機空中航拍監測與地面工作站的電子勾繪系統平臺相結合、達到節省人力、物力和時間、降低監測成本的目標，提高災害監測的準確度。本發明基本構思的核心技術是使用無人機技術、視頻實時圖像信號回傳技術，通過GPS信息調制編碼技術和混合信號解碼技術與地面工作站的繪圖軟件平臺結合的電子勾繪系統，同時輔助以圖像監視屏幕與接收裝置直接相連顯示實拍圖像的方式，以保證災害監測圖像信號的實時、同步、精確無誤。為了實現上述目的，本發明采用了以下技術解決方案本發明的一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統，包括無人機機載系統、 圖像信息系統、地面勾繪軟件平臺系統以及適配的電源，所述無人機機載系統、圖像信息系統、地面勾繪軟件平臺系統之間依次通過無線通訊方式連接，電源通過連接導線與勾繪軟件平臺系統連接。本發明的技術方案中，所述無人機機載系統的結構包括機載攝像機、GPS、調制編碼器和發射機，攝像機與發射機連接，調制編碼器串連接GPS與發射機，攝像機用于拍攝災害現場畫面實景圖，并將實景圖畫面幀輸出；調制編碼器用于將GPS采集的數據信息編成可發送信號傳給發射機發送；發射機用于接收從攝像機輸入的圖像信號和從調制編碼器輸入的GPS信號，并一同將兩路混合信號通過無線通訊實時與圖像信息系統連接發送。本發明的技術方案中，所述圖像信息系統的結構包括接收機、圖像監視器和GPS 解碼器，接收機與圖像監視器和GPS解碼器分別連接，接收機用于無人機機載系統發送的圖像畫面和GPS數據的混合信號，并實時給出航拍圖像和GPS信息；圖像監視器用于顯示接收機輸入的航拍實時圖像，以輔助勾繪軟件平臺系統繪圖勾繪對比；GPS解碼器用于將包含GPS信息的混合信號解調，并將解調后的GPS信息通過無線通訊與地面勾繪軟件平臺系統連接發送。本發明的技術方案中，所述地面勾繪軟件平臺系統的結構包括電腦、手寫筆、電子地圖、勾繪軟件系統、圖形處理軟件系統，電子地圖、勾繪軟件系統、圖形處理軟件系統依次與電腦內置連接，電腦用于接收從GPS解碼器連接GPS信號端口傳送的GPS信息并回放圖像，手寫筆用于配合勾繪技術人員操作電腦獲取電子地圖數據作為背景圖導入勾繪軟件系統進入繪圖軟件編輯界面，勾繪軟件系統用于實時顯示無人機飛行位置、攝像機所拍攝監測圖像位置，并勾繪記錄災害分布、位置、程度及災害類別的相關信息，圖形處理軟件系統用于勾繪出的相關信息再次進行編輯、修改、完善、處理，并給出災害監測信息數據的估測結果。本發明的技術方案中，所述圖像監視器可以與圖像信息系統中的接收機配合連接設置，也可以與地面勾繪軟件平臺系統中的電腦配合設置。所述繪圖勾繪的手寫筆還可以采用其他工具操作繪圖勾繪，如鼠標。本發明還提供了一個具有以上和其它優點的系統，本發明同樣提供相應的設備。 在本發明中所述的無人機還包括無人機遙控操作裝置和配合攝像機的全方位拍攝旋轉裝置。本發明提供的一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統，可應用于軍事偵察、森林火災現場滅火指揮、林業有害生物實時監測、及其它災害現場實時估測、受災判斷評估決策等眾多領域。本發明提供的一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統具有的優點和有益效果在于本發明采用了上述的技術解決方案，具有系統應用方便、操作簡單、便于設備維護，可使人、機分開監測和勾繪，實現了空中無人機航拍監測與地面電子勾繪系統平臺相結合監測防控模式，有效解決了因不同區域、不同飛行速度、不同飛行高度、不同勾繪技術人員對獲取相關參數條件的綜合分析出現誤差和GPS信號接收滯后、航跡實時顯現間斷而導致勾繪標志物位置估測精確度誤差，克服了利用有人駕駛的飛機搭乘技術人員進行空中監測勾繪成本高的問題，使航空電子勾繪技術應用于無人機遙控監測與地面監測視頻和勾繪軟件平臺有機的統一結合。采用本發明的技術方案，因無人機不受地理條件、飛行高度和速度的限制，可超低空飛行或懸空定位，加上機載攝像機裝置為高分辨率攝像機，且具有全方位旋轉拍攝功能，地面工作站的勾繪技術人員可根據勾繪參數需要任意控制航拍標志物位置圖像；尤其是根據本發明的核心技術構思，在無人機上配置了與GPS配合的調制編碼器， 在地面工作站的圖像信息系統中也同時配置了 GPS解碼器，這樣無人機上的GPS信息通過調制編碼器編成可發送信號經機載發射機連同圖像信號一同混合發射，當地面工作站的接收機接收發射機發送的混合信號，一方面將圖像信號傳送給圖像監視器顯示屏幕，另一方面將包含GPS信息的混合信號傳送給GPS解碼器，經解碼器將GPS信息解碼變換后發送到地面工作站的勾繪軟件平臺系統，這樣使無人機實時回傳的每幅圖像幀清晰、準確，提高了圖像的質量，滿足了對于不同領域災害實時監測防控決策的需求。


圖1是本發明的組成結構框圖。圖2是本發明的無人機機載系統的結構示意框圖。圖3是本發明的圖像信息系統的結構示意框圖。圖4是本發明的地面勾繪軟件平臺系統的結構示意框圖。圖5是本發明的系統工作流程圖。
具體實施例方式本發明涉及無人機機載攝像機和GPS飛行過程中所實施對災害區域的監測航拍視頻圖像和GPS信息的獲取，特別的，涉及基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統，本發明有許多突出的特點和核心技術，克服了現有引進國外利用飛機載人空中勾繪技術難以逾越的弊端，可使航空電子勾繪技術達到一個新的水平。下面將結合附圖并通過具體實施方式
來進一步詳細說明本發明的技術方案。為依照本發明執行系統組合相接，在本優選實施例中主要設備包括無人駕駛飛機、無人機遙控操作裝置、無人機機載高分辨率攝像機、機載GPS、自行研發的調制編碼器和 GPS解碼器、機載發射機、地面移動式車載工作站、地面接收機、圖像監視器、手寫筆、電腦、 勾繪軟件系統、圖形處理軟件系統、電子地圖。首先，對無人機、攝像機及旋轉裝置、發射機、 調制編碼器、GPS解碼器、接收機、圖像監視器、手寫筆、電腦等硬件設備選擇地面移動式車載工作站進行設置連接實施。圖1、圖2、圖3、圖4、圖5示出了本發明的優選實施例。如圖1所示是本發明的一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統的組成結構框圖，該系統包括無人機機載系統 1、圖像信息系統2、地面勾繪軟件平臺系統3，無人機機載系統、圖像信息系統、地面勾繪軟件平臺系統之間依次通過無線通訊方式連接，電源306通過連接導線與地面勾繪軟件平臺系統連接。圖2是本發明的無人機機載系統的結構示意框圖。如圖2所示，無人機機載系統的結構主要由攝像機101、GPS102、調制編碼器103、發射機104組成，攝像機與發射機連接， 調制編碼器串連接GPS與發射機，攝像機將拍攝的實時災害畫面幀存儲并傳送給機載發射機，調制編碼器將GPS采集的數據信息編成可發送信號輸出給發射機，發射機接收攝像機圖像信號和GPS數據信號后一同將兩路混合信號通過無線通訊實時與地面車載接收機連接發送。圖3是本發明的圖像信息系統的結構示意框圖。如圖3所示，圖像信息系統的結構主要由接收機201、圖像監視器202、GPS解碼器203組成，接收機與圖像監視器和GPS解碼器分別連接，接收機接收從無人機機載系統獲取的混合信號，直接將圖像信號輸送給圖像監視器顯示屏幕，并同時將包含有GPS信息的混合信號傳送給GPS解碼器進行解調，GPS 解碼器將解調后GPS信息通過無線通訊與地面勾繪軟件平臺系統連接傳送。圖4是本發明的地面勾繪軟件平臺系統的結構示意框圖。如圖4所示，地面勾繪軟件平臺系統的結構主要由電腦301、手寫筆302、電子地圖303、勾繪軟件系統304、圖形處理軟件系統305組成，電子地圖、勾繪軟件系統、圖形處理軟件系統依次與電腦內置連接， 電腦存儲從GPS解碼器經解調后發送的GPS視頻信號、回放圖像、并進行存儲，手寫筆用于配合技術人員操作電腦獲取電子地圖數據作為背景圖導入勾繪軟件系統和圖形處理軟件系統上的編輯處理界面，根據回傳GPS在電子地圖上實時顯示的無人機飛行航跡位置、攝像機所拍攝監測區域標志物圖像位置，并從顯示出的圖像中通過手寫筆對該區域的災害類別及災害分布、位置、程度等相關信息進行人工勾繪估測，并將保存的勾繪數據由連接圖形處理軟件系統對所采集的數據信息進行編輯、修改、完善，最后導出區域災害監測信息數據統計結果，以實現對災害的防控決策。本發明的實施方式中，圖像監視器可以與圖像信息系統中的接收機配合連接，也可以與地面勾繪軟件平臺系統中的電腦配合設置。繪圖勾繪用的手寫筆還可以采用其他工具操作繪圖勾繪，如鼠標。圖5是本發明的系統工作流程圖。如圖5所示，該系統的工作原理是無人機在所監測區域的上空飛行，這時由安裝在無人機機載系統中的高分辨率攝像機101與全方位旋轉云臺裝置配合，將拍攝畫面直接傳送給安裝在無人機上的發射機 104，無人機上安裝有GPS102，GPS通過調制編碼器103將采集的信息編成可發送的信號傳送給相連接的發射機，發射機連同圖像信號和GPS信號一同發射。安裝在地面移動式車載工作站的圖像信息系統開始工作，該系統中的接收機201 接收發射機通過無線通訊連接傳送來的混合信號，這時接收機直接將圖像信號送至圖像監視器202的顯示屏幕回放，與此同時接收機又將包含GPS信息的混合信號傳輸給G[S解碼器203，GPS解碼器將無人機機載系統發來的GPS信息經解調后通過無線通道連接傳送到地面勾繪軟件平臺系統。安裝在地面移動式車載工作站的地面勾繪軟件平臺系統在勾繪技術人員的操作下開啟電腦301，并通過手寫筆打開獲取電子地圖303作為背景圖導入勾繪軟件系統304和圖形處理軟件系統305的編輯處理界面，根據GPS解碼器傳送的GPS信號，即可在電子地圖上實時顯示無人機飛行位置，攝像機所拍攝圖像位置，同時勾繪技術人員通過觀察顯示出的圖像，對該飛行區域內的災害分布、位置、程度及災害類別等相關信息在電腦上用手寫筆勾繪出來；勾繪完成后，將保存的勾繪數據通過連接圖形處理軟件系統對所采集的數據信息進行編輯、修改、完善，最后導出該區域災害監測信息數據統計估測結果，以實現對災害的實時防控決策。以上本發明的實施方式，還可以采用與地面固定式工作站相配合連接安裝方式。以上僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例， 凡屬于本發明構思的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進或者等同替換，應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統，其特征是包括無人機機載系統、 圖像信息系統、地面勾繪軟件平臺系統，所述無人機機載系統、圖像信息系統、地面勾繪軟件平臺系統之間依次通過無線通訊方式連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統，其特征是 所述無人機機載系統的結構包括機載攝像機、GPS、調制編碼器和發射機，攝像機與發射機連接，調制編碼器串連接GPS與發射機，攝像機用于拍攝災害現場畫面實景圖，并將實景圖畫面幀輸出；調制編碼器用于將GPS采集的數據信息編成可發送信號傳給發射機；發射機用于接收從攝像機輸入的圖像信號和從調制編碼器輸入的GPS信號，并一同將兩路混合信號通過無線通訊實現實時與圖像信息系統連接發送。
3.根據權利要求1所述的一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統，其特征是 所述圖像信息系統的結構包括接收機、圖像監視器和GPS解碼器，接收機與圖像監視器和 GPS解碼器分別連接，接收機用于無人機機載系統發送的圖像畫面和GPS數據的混合信號， 并實時給出航拍圖像和GPS信息；圖像監視器用于顯示接收機輸入的航拍實時圖像，以輔助勾繪軟件平臺系統繪圖勾繪對比；GPS解碼器用于將包含GPS信息的混合信號解調，并將解調后的GPS信息通過無線通訊與地面勾繪軟件平臺系統連接發送。
4.根據權利要求1所述的一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統，其特征是 所述地面勾繪軟件平臺系統的結構包括電腦、手寫筆、電子地圖、勾繪軟件系統、圖形處理軟件系統，電子地圖、勾繪軟件系統、圖形處理軟件系統依次與電腦內置連接，電腦用于接收從GPS解碼器連接GPS信號端口傳送的GPS信息并回放圖像，手寫筆用于配合勾繪技術人員操作電腦獲取電子地圖數據作為背景圖導入勾繪軟件系統進入繪圖軟件編輯界面，勾繪軟件系統用于實時顯示無人機飛行位置、攝像機所拍攝監測圖像位置，并勾繪記錄災害分布、位置、程度及災害類別的相關信息，圖形處理軟件系統用于勾繪出的相關信息再次進行編輯、修改、完善、處理，并給出災害監測信息數據的估測結果。
5.根據權利要求3所述的一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統，其特征是 所述圖像監視器可以與圖像信息系統中的接收機配合連接，也可以與地面勾繪軟件平臺系統中的電腦配合設置。
全文摘要
本發明公開了一種基于無人機航拍的災害監測電子勾繪系統。包括無人機機載系統、圖像信息系統、地面勾繪軟件平臺系統，無人機機載系統、圖像信息系統、勾繪軟件平臺系統之間依次通過無線通訊方式連接，其中無人機機載系統進一步包括攝像機、GPS、調制編碼器和發射機，圖像信息系統進一步包括接收機、圖像監視器和GPS解碼器，地面勾繪軟件平臺系統進一步包括電腦、手寫筆、電子地圖、勾繪軟件系統、圖形處理軟件系統。采用本發明的技術方案，不僅可以解決機載技術人員空中目測勾繪的操作模式，而且可以同步、實時視頻信號傳輸，該系統應用方便、降低成本、提高災害監測的準確度。
文檔編號H04N7/18GK102419171SQ20111022807
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月10日 優先權日2011年8月10日
發明者張劉源, 王橋生, 黃向勇 申請人:張劉源, 王橋生, 黃向勇