一种三维地理信息采集系统及其采集方法

1.一种三维地理信息采集系统，包括机架（10），安装在机架（10）上的第一无刷电机（1）、第二无刷电机（2）、第三无刷电机（3）和第四无刷电机（4），安装在第一无刷电机（1）和第三无刷电机（3）上的反向螺旋桨（5），安装在第二无刷电机（2）和第四无刷电机（4）上的正向螺旋桨（6），安装在机架（10）中心位置的联网飞行控制器（8）和电池组（7），其特征在于：
所述的第一无刷电机（1）和第三无刷电机（3）或者第二无刷电机（2）和第四无刷电机（4）之间的机架（10）外侧安装有支撑环（15），支撑环（15）上安装有三维测量装置，在机架（10）上安装有与三维测量装置相连接的测量主板（9），测量主板（9）通过导线与电池组（7）相连接，联网飞行控制器（8）上安装有与外部遥控器无线连接的遥控接收器（17），在机架（10）上下表面安装有与电池组（7）相连接的照明灯（16）；所述的三维测量装置包括安装在支撑环（15）内侧的前置摄像头（11）和后置摄像头（12）,在支撑环（15）外侧暗转有测量摄像头（13），测量摄像头（13）至少为四个，四个测量摄像头（13）对称分布在机架（10）所在的平面两侧，相邻的测量摄像头（13）之间设置有测距仪（14），测距仪（14）和测量摄像头（13）通过导线与测量主板（9）相连接，所述的前置摄像头（11）和后置摄像头（12）通过导线与联网飞行控制器（8）相连接。
2.根据权利要求1所述的三维地理信息采集系统，其特征在于：所述的第一无刷电机（1）、第二无刷电机（2）、第三无刷电机（3）和第四无刷电机（4）分别通过四个电调与电池组（7）相连接，四个电调分别通过导线与联网飞行控制器（8）相连接，联网飞行控制器（8）通过导线与遥控接收器（17）相连接；所述的四个电调均采用中特威电调。
3.根据权利要求1所述的三维地理信息采集系统，其特征在于：所述的联网飞行控制器（8）安装在机架（10）上方，联网飞行控制器（8）为KK飞行控制器，联网飞行控制器（8）的四个边角的安装位置与四个无刷电机的中心相对应，测量主板（9）安装在联网飞行控制器（8）和机架（10）之间，测量主板（9）的形状与联网飞行控制器（8）的形状相同，均为正方形结构，所述的电池组（7）安装在机架（10）下方，电池组（7）是由四块航模动力电池组成的正方向结构，电池组（7）安装在机架（10）下部的正中心位置；所述的外部遥控器为至少四通道的遥控器，所述的照明灯（16）为8个，八个照明灯（16）均等分布在机架（10）的上下两侧。
4.根据权利要求2所述的三维地理信息采集系统，其特征在于：所述的测距仪（14）为微型激光测距仪，所述的测量摄像头（13）为高清广角摄像头。
5.一种利用权利要求1所述的三维地理信息采集系统采集三维地理信息的方法，其特征在于，其信息采集方法如下：首先通过外部遥控器配合前置摄像头（11）和后置摄像头（12）获取狭小空间的地理位置视频信息，并通过外部遥控器控制联网飞行控制器（8）控制四个无刷电机和螺旋桨实现机架（10）整体多角度飞行，并带动支撑环（15）和测距仪（14）以及测量摄像头（13）在狭小空间内穿行，通过测量摄像头（13）读图，测量摄像头（13）记录到所得图片通过测量主板（9）上消除图像拍摄畸变后记录，再利用测距仪（14）确定被拍摄物体物理像素，实现间接计算拍摄物体实际尺寸和距离形状，利用测量主板（9）进一步计算出狭小空间的具体空洞形状，最终读数记录后外置输出，得到狭小空间真是三维地理位置信息全息图，在整个测量过程中，照明灯（16）提供全方位照明。

一种三维地理信息采集系统及其采集方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及地理信息科学领域，具体涉及一种三维地理信息采集系统及其采集方法。\n背景技术\n[0002] 在测量地理信息的时候，平面和立体纬度的空间测量相对较为简单，采用传统的测量方法点点连线式测量即可绘制出立体和平面视图，达到测量的效果。但是在测量狭小空间和溶洞山洞空间时，传统的测量方法和设备不能很好的对封闭的空间进行测量，工作人员无法进入到位置领域冒险进行测量，造成了测量工作受阻。\n[0003] 另外，在测量狭小空间时，特别是山洞和溶洞时，传统的测量工具占地面积较大，设备较为复杂，并且受到环境因素的影响，很难合适的预制到复杂环境中，造成测量工作不能顺利进行。\n[0004] 因此，生产一种结构简单，操作方便，运行效率高，测量快速高效，灵巧便捷，测量方法简单的三维地理信息采集系统及其采集方法，具有广泛的市场前景。\n发明内容\n[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单，操作方便，运行效率高，测量快速高效，灵巧便捷，测量方法简单的三维地理信息采集系统及其采集方法，用于弥补现有技术中的诸多缺陷。\n[0006] 本发明的技术方案是这样实现：一种三维地理信息采集系统，包括机架，安装在机架上的第一无刷电机、第二无刷电机、第三无刷电机和第四无刷电机，安装在第一无刷电机和第三无刷电机上的反向螺旋桨，安装在第二无刷电机和第四无刷电机上的正向螺旋桨，安装在机架中心位置的联网飞行控制器和电池组，所述的第一无刷电机和第三无刷电机或者第二无刷电机和第四无刷电机之间的机架外侧安装有支撑环，支撑环上安装有三维测量装置，在机架上安装有与三维测量装置相连接的测量主板，测量主板通过导线与电池组相连接，联网飞行控制器上安装有与外部遥控器无线连接的遥控接收器，在机架上下表面安装有与电池组相连接的照明灯。\n[0007] 所述的三维测量装置包括安装在支撑环内侧的前置摄像头和后置摄像头,在支撑环外侧暗转有测量摄像头，测量摄像头至少为四个，四个测量摄像头对称分布在机架所在的平面两侧，相邻的测量摄像头之间设置有测距仪，测距仪和测量摄像头通过导线与测量主板相连接，所述的前置摄像头和后置摄像头通过导线与联网飞行控制器相连接。\n[0008] 所述的第一无刷电机、第二无刷电机、第三无刷电机和第四无刷电机分别通过四个电调与电池组相连接，四个电调分别通过导线与联网飞行控制器相连接，联网飞行控制器通过导线与遥控接收器相连接。\n[0009] 所述的联网飞行控制器安装在机架上方，联网飞行控制器为KK飞行控制器，联网飞行控制器的四个边角的安装位置与四个无刷电机的中心相对应，测量主板安装在联网飞行控制器和机架之间，测量主板的形状与联网飞行控制器的形状相同，均为正方形结构，所述的电池组安装在机架下方，电池组是由四块航模动力电池组成的正方向结构，电池组安装在机架下部的正中心位置。\n[0010] 所述的外部遥控器为至少四通道的遥控器，所述的照明灯为8个，八个照明灯均等分布在机架的上下两侧。\n[0011] 所述的测距仪为微型激光测距仪，所述的测量摄像头为高清广角摄像头。\n[0012] 所述的四个电调均采用中特威电调。\n[0013] 一种利用上述三维地理信息采集系统采集三维地理信息的方法，其信息采集方法如下：首先通过外部遥控器配合前置摄像头和后置摄像头获取狭小空间的地理位置视频信息，并通过外部遥控器控制联网飞行控制器控制四个无刷电机和螺旋桨实现机架整体多角度飞行，并带动支撑环和测距仪以及测量摄像头在狭小空间内穿行，通过测量摄像头读图，测量摄像头记录到所得图片通过测量主板上消除图像拍摄畸变后记录，再利用测距仪确定被拍摄物体物理像素，实现间接计算拍摄物体实际尺寸和距离形状，利用测量主板进一步计算出狭小空间的具体空洞形状，最终读数记录后外置输出，得到狭小空间真是三维地理位置信息全息图，在整个测量过程中，照明灯提供全方位照明。\n[0014] 本发明具有如下的积极效果：首先本产品结构简单，利用自制的飞行器带动全息测量装置获取狭小空间的三维地理位置全息信息图，实现狭小空间的简便式测量，在测量过程中，利用支撑环上设置的测距仪和测量摄像头对飞行器飞过的横截面空间进行录制和测量，并根据实际位置信息测量出准确的三维空间视图，本发明占地面积小，可以在狭小空间的山洞和溶洞内进行测量，不需要工作人员实地进入即可实现测量，提高了工作效率，降低了人员进入的危险系数，挂线和网络的铺设只需要进行初期预设，降低了危险程度，并且可以通过机械代替人工测量，大大提高了工作效率。\n附图说明\n[0015] 图1为本发明的俯视结构示意图。\n[0016] 图2为本发明的仰视结构示意图。\n[0017] 图3为本发明的侧视结构示意图之一。\n[0018] 图4为本发明的侧视结构示意图之二。\n[0019] 图5为本发明的运行状态结构示意图。\n[0020] 图6为本发明线路连接结构示意图。\n具体实施方式\n[0021] 如图1、2、3、4、5、6所示，一种三维地理信息采集系统，包括机架10，安装在机架10上的第一无刷电机1、第二无刷电机2、第三无刷电机3和第四无刷电机4，安装在第一无刷电机1和第三无刷电机3上的反向螺旋桨5，安装在第二无刷电机2和第四无刷电机4上的正向螺旋桨6，安装在机架10中心位置的联网飞行控制器8和电池组7，所述的第一无刷电机1和第三无刷电机3或者第二无刷电机2和第四无刷电机4之间的机架10外侧安装有支撑环15，支撑环15上安装有三维测量装置，在机架10上安装有与三维测量装置相连接的测量主板9，测量主板9通过导线与电池组7相连接，联网飞行控制器8上安装有与外部遥控器无线连接的遥控接收器17，在机架10上下表面安装有与电池组7相连接的照明灯16。\n[0022] 所述的三维测量装置包括安装在支撑环15内侧的前置摄像头11和后置摄像头12,在支撑环15外侧暗转有测量摄像头13，测量摄像头13至少为四个，四个测量摄像头13对称分布在机架10所在的平面两侧，相邻的测量摄像头13之间设置有测距仪14，测距仪14和测量摄像头13通过导线与测量主板9相连接，所述的前置摄像头11和后置摄像头12通过导线与联网飞行控制器8相连接。所述的第一无刷电机1、第二无刷电机2、第三无刷电机3和第四无刷电机4分别通过四个电调与电池组7相连接，四个电调分别通过导线与联网飞行控制器\n8相连接，联网飞行控制器8通过导线与遥控接收器17相连接。所述的联网飞行控制器8安装在机架10上方，联网飞行控制器8为KK飞行控制器，联网飞行控制器8的四个边角的安装位置与四个无刷电机的中心相对应，测量主板9安装在联网飞行控制器8和机架10之间，测量主板9的形状与联网飞行控制器8的形状相同，均为正方形结构，所述的电池组7安装在机架\n10下方，电池组7是由四块航模动力电池组成的正方向结构，电池组7安装在机架10下部的正中心位置。所述的外部遥控器为至少四通道的遥控器，所述的照明灯16为8个，八个照明灯16均等分布在机架10的上下两侧。所述的测距仪14为微型激光测距仪，所述的测量摄像头13为高清广角摄像头。所述的四个电调均采用中特威电调。\n[0023] 一种利用上述三维地理信息采集系统采集三维地理信息的方法，其信息采集方法如下：首先通过外部遥控器配合前置摄像头11和后置摄像头12获取狭小空间的地理位置视频信息，并通过外部遥控器控制联网飞行控制器8控制四个无刷电机和螺旋桨实现机架10整体多角度飞行，并带动支撑环15和测距仪14以及测量摄像头13在狭小空间内穿行，通过测量摄像头13读图，测量摄像头13记录到所得图片通过测量主板9上消除图像拍摄畸变后记录，再利用测距仪14确定被拍摄物体物理像素，实现间接计算拍摄物体实际尺寸和距离形状，利用测量主板9进一步计算出狭小空间的具体空洞形状，最终读数记录后外置输出，得到狭小空间真是三维地理位置信息全息图，在整个测量过程中，照明灯16提供全方位照明。\n[0024] 本发明具体操作如下：首先确定山洞或者溶洞的位置信息，并铺设建议无线互联网系统，在铺设完成后，构建出无线覆盖区域。然后控制飞行器进入待测量区域。\n[0025] 第一无刷电机 1和第三无刷电机3作逆时针旋转，第二无刷电机 2和第四无刷电机 4作顺时针旋转，第一无刷电机1和第三无刷电机3上的反向螺旋桨5，第二无刷电机2和第四无刷电机4上的正向螺旋桨6，规定沿 x轴正方向运动称为向前运动，可以在待测量区域内做出如下动作：垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。俯仰运动：第一无刷电机 1的转速上升，第三无刷电机3 的转速下降，第二无刷电机2和第四无刷电机4 的转速保持不变。由于第一无刷电机 1的升力上升，第三无刷电机3 的升力下降，同理，当第一无刷电机 1 的转速下降，第三无刷电机3的转速上升，实现飞行器的俯仰运动。滚转运动：\n改变第二无刷电机2和第四无刷电机4的转速，保持第一无刷电机 1和第三无刷电机3的转速不变，则可实现飞行器的滚转运动。偏航运动：旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。当第一无刷电机 1和第三无刷电机3的转速上升，第二无刷电机2和第四无刷电机4的转速下降时，实现飞行器的偏航运动。前后运动：要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动，必须在水平面内对飞行器施加一定的力。增加第三无刷电机3转速，使拉力增大，相应减小第一无刷电机 1转速，使拉力减小，同时保持其它两个电机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡。飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。倾向运动：由于结构对称，所以倾向飞行的工作原理与前后运动完全一样。\n[0026] 在上述飞行器飞行的同时，当飞行器经过一个山洞或者溶洞的截面时，首先通过外部遥控器配合前置摄像头11和后置摄像头12获取狭小空间的地理位置视频信息，并通过外部遥控器控制联网飞行控制器8控制四个无刷电机和螺旋桨实现机架10整体多角度飞行，并带动支撑环15和测距仪14以及测量摄像头13在狭小空间内穿行，通过测量摄像头13读图，测量摄像头13记录到所得图片通过测量主板9上消除图像拍摄畸变后记录，再利用测距仪14确定被拍摄物体物理像素，实现间接计算拍摄物体实际尺寸和距离形状，利用测量主板9进一步计算出狭小空间的具体空洞形状，最终读数记录后外置输出，得到狭小空间真是三维地理位置信息全息图，在整个测量过程中，照明灯16提供全方位照明。\n[0027] 上述三位地理信息记录后，待飞行器飞回后，对内部存储的信息输出，在电脑上形成测量地形的内部三位全息信息，实现对待测量位置的全方位测量。本专利中飞行器飞行模式为+模式，有助于定位信息的输入和定位准确性。