基于gps接收器和雙攝像機(jī)的森林著火點(diǎn)定位方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種能夠迅速、準(zhǔn)確判斷森林著火點(diǎn)位置的基于GPS接收器和雙攝像機(jī)的森林著火點(diǎn)定位方法。無(wú)人機(jī)上有第一、二云臺(tái)、第一、二攝像機(jī)、GPS接收器；無(wú)人機(jī)飛翔時(shí)，控制器把第一攝像機(jī)拍攝的圖像傳輸?shù)娇刂浦行模蝗缈吹降谝粩z像機(jī)拍攝的森林著火圖像，無(wú)人機(jī)懸停；第二云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制器把第二攝像機(jī)拍攝的圖像傳輸?shù)娇刂浦行?；如看到第二攝像機(jī)拍攝的森林著火圖像，第二云臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；控制器測(cè)定第二攝像機(jī)光軸與XwYwZw大地坐標(biāo)系中XwYw水平面的夾角B、與線(xiàn)段TS的夾角C、第二攝像機(jī)光軸在水平方向上的投影與Yw軸的夾角A、GPS接收器接收到坐標(biāo)S(XS,YS,ZS)，若第一攝像機(jī)光軸與線(xiàn)段TS夾角D；著火點(diǎn)的坐標(biāo)E（XE，YE，ZE）：XE=LcosAcosB+XS；YE=LsinAcosB+YS；ZE=LsinB+ZS；其中L=MsinD/sin(180°-C-D)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于GPS接收器和雙攝像機(jī)的森林著火點(diǎn)定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對(duì)森林的著火點(diǎn)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確定位的著火點(diǎn)定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 森林著火對(duì)森林的危害很大。為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，一般在森林里構(gòu)建瞭望塔， 以人工進(jìn)行定期觀察。也有采用帶有攝像機(jī)的無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡視的方法，無(wú)人機(jī)把拍攝的圖 像傳輸給控制中心，控制中心再度圖像進(jìn)行技術(shù)分析，判斷有無(wú)著火，如果已經(jīng)著火，再根 據(jù)圖像與地形圖進(jìn)行比對(duì)，判斷著火點(diǎn)的位置。這種方法，數(shù)據(jù)處理量很大，判斷時(shí)間長(zhǎng)，而 且得到的著火點(diǎn)位置誤差很大，對(duì)救火、滅火的作用不大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠迅速、準(zhǔn)確判斷森林著火點(diǎn)位置的基于GPS接收器 和雙攝像機(jī)的森林著火點(diǎn)定位方法。
[0004] 本發(fā)明的基于GPS接收器和雙攝像機(jī)的森林著火點(diǎn)定位方法，在無(wú)人機(jī)上設(shè)置有 能上下旋轉(zhuǎn)的第一云臺(tái)；在第一云臺(tái)上設(shè)置第一攝像機(jī)和能夠左右旋轉(zhuǎn)的第二云臺(tái)，第二 云臺(tái)上設(shè)置第二攝像機(jī)；第二攝像機(jī)隨第二云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第二攝像機(jī)光軸與第一攝像機(jī)光 軸始終共面；第一攝像機(jī)和第二攝像機(jī)相連而成的線(xiàn)段TS長(zhǎng)度為Μ ;在第二云臺(tái)上設(shè)置有 GPS接收器；用于與地面的控制中心的進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊的控制器分別與驅(qū)動(dòng)第一云臺(tái)和第二 云臺(tái)動(dòng)作的第一、二驅(qū)動(dòng)器、控制無(wú)人機(jī)動(dòng)作的駕駛中心、第一攝像機(jī)、第二攝像機(jī)、GPS接 收器電連接；所述著火點(diǎn)定位方法是： 在無(wú)人機(jī)在森林上方飛翔時(shí)，通過(guò)第一攝像機(jī)對(duì)森林?jǐn)z像，并通過(guò)控制器把第一攝像 機(jī)拍攝的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行模?如果在控制中心看到第一攝像機(jī)拍攝的森林著火的圖像，以控制中心向駕駛中心發(fā)送 指令，讓無(wú)人機(jī)懸停；以控制中心向控制器發(fā)送指令，控制第二云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)第二攝 像機(jī)對(duì)森林?jǐn)z像，并通過(guò)控制器把第二攝像機(jī)拍攝的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?；如果在?制中心看到第二攝像機(jī)拍攝的森林著火的圖像，以控制中心向控制器發(fā)送指令，讓第二云 臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)； 控制器測(cè)定第二攝像機(jī)光軸與XwYwZw大地坐標(biāo)系中XwYw水平面的夾角Β、第二攝像 機(jī)光軸在水平方向上的投影與Yw軸的夾角A、第二攝像機(jī)光軸與線(xiàn)段TS的夾角C，GPS接 收器接收到在XwYwZw大地坐標(biāo)系中坐標(biāo)S (XS，YS，ZS)，若第一攝像機(jī)光軸與線(xiàn)段TS的夾角 D ； 以下式計(jì)算出著火點(diǎn)的坐標(biāo)E (XE，YE，ZE): XE=LcosAcosB+XS YE=LsinAcosB+YS ZE=LsinB+ZS ； 其中 L=MsinD/sin(180° -C-D)。
[0005] 上述的森林著火點(diǎn)定位方法，把夾角C、夾角B、夾角A、XS值、YS值、ZS值通過(guò)控 制器發(fā)送至控制中心，在控制中心計(jì)算出著火點(diǎn)的坐標(biāo)E (XE，YE，ZE)并顯示。
[0006] 上述的森林著火點(diǎn)定位方法，GPS接收器設(shè)置與第二攝像機(jī)上，并位于第二攝像機(jī) 光軸上。這樣，能夠進(jìn)一步減小定位的誤差。
[0007] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明把GPS接收器、兩個(gè)攝像機(jī)、云臺(tái)等有機(jī)的融合在無(wú)人 機(jī)上，控制器測(cè)定第二攝像機(jī)光軸與XwYwZw大地坐標(biāo)系中的XwYw水平面的夾角B、第二攝 像機(jī)光軸在水平方向上的投影與Yw軸的夾角A、第二攝像機(jī)光軸與線(xiàn)段TS的夾角C，GPS 接收器接收到在XwYwZw大地坐標(biāo)系中坐標(biāo)S(XS，YS，ZS)，在根據(jù)已知的第一攝像機(jī)光軸與 線(xiàn)段TS的夾角D和線(xiàn)段TS長(zhǎng)度Μ ;即可快速計(jì)算得到著火點(diǎn)的坐標(biāo)。該方法能夠快速發(fā) 現(xiàn)火情，及時(shí)得到著火點(diǎn)的確切位置，為救火提供有力支持，能夠減小火災(zāi)造成的損失。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是本發(fā)明中使用的無(wú)人機(jī)(含有GPS接收器、第一攝像機(jī)、第二攝像機(jī)、第一云 臺(tái)、第二云臺(tái)）的框圖； 圖2是GPS接收器(第二攝像機(jī)）所在的S點(diǎn)、第一攝像機(jī)所在的Τ點(diǎn)和著火點(diǎn)Ε點(diǎn)的 空間位置示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0010] 參見(jiàn)圖1，在受地面遙控的無(wú)人駕駛飛機(jī)(無(wú)人機(jī))上設(shè)置控制器和能繞XwYwZw大 地坐標(biāo)系中的XwZw (或者YwZw)平面內(nèi)上下旋轉(zhuǎn)的第一云臺(tái)；在第一云臺(tái)上固定第一攝像 機(jī)，然夠繞Zw左右旋轉(zhuǎn)的第二云臺(tái)設(shè)置在第一云臺(tái)上。在云臺(tái)上固定有第二攝像機(jī)；GPS接 收器與第二攝像機(jī)相連，并位于第二攝像機(jī)的光軸上。第二攝像機(jī)隨第二云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第二 攝像機(jī)光軸與第一攝像機(jī)光軸始終共面。第一攝像機(jī)所在的T點(diǎn)和第二攝像機(jī)所在的S點(diǎn) 相連而成的線(xiàn)段TS長(zhǎng)度為M。第二攝像機(jī)光軸與線(xiàn)段TS之間的夾角為D?？刂破饔糜谂c 地面的控制中心進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊，控制器分別與驅(qū)動(dòng)第一、二云臺(tái)動(dòng)作的第一、二驅(qū)動(dòng)器、控 制無(wú)人機(jī)動(dòng)作的駕駛中心、第一、二攝像機(jī)、GPS接收器電連接。
[0011] 第一云臺(tái)在第一驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下上下旋轉(zhuǎn)，固定在第一云臺(tái)上的第一攝像機(jī)、第 二云臺(tái)（及其上的第二攝像機(jī)、GPS接收器）一起隨第一云臺(tái)動(dòng)作。第二云臺(tái)在第二驅(qū)動(dòng)器 的驅(qū)動(dòng)下繞Zw左右旋轉(zhuǎn)，固定在第二云臺(tái)上第二攝像機(jī)隨第二云臺(tái)動(dòng)作。第二云臺(tái)的左右 旋轉(zhuǎn)角度和第一云臺(tái)的上下旋轉(zhuǎn)角度是由控制中心控制的，控制中心把需要第二云臺(tái)左右 旋轉(zhuǎn)的角度通過(guò)控制器發(fā)送給第二驅(qū)動(dòng)器，把需要第一云臺(tái)上下旋轉(zhuǎn)的角度通過(guò)控制器發(fā) 送給第一驅(qū)動(dòng)器，第一、二驅(qū)動(dòng)器按照接收的指令驅(qū)動(dòng)第一、二云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。控制器能夠?qū)崟r(shí) 計(jì)算出第二攝像機(jī)光軸SE與XwYwZw大地坐標(biāo)系中XwYw水平面的夾角B、第二攝像機(jī)光軸 SE在水平方向上的投影SF與Yw軸的夾角A、第二攝像機(jī)光軸SE與線(xiàn)段TS的夾角C。 [0012] 以控制中心向駕駛中心發(fā)送指令，通過(guò)駕駛中心控制無(wú)人機(jī)在森林上方飛翔。
[0013] 在無(wú)人機(jī)在森林上方飛翔時(shí)，以第一驅(qū)動(dòng)器控制第一云臺(tái)有規(guī)律的動(dòng)作，并通過(guò) 第一攝像機(jī)對(duì)森林?jǐn)z像，并通過(guò)控制器把第一攝像機(jī)拍攝的圖像實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)娇刂浦?心。
[0014] 如果在控制中心看到第一攝像機(jī)拍攝的森林著火的圖像，以控制中心向駕駛中心 發(fā)送指令，讓無(wú)人機(jī)懸停；以控制中心向控制器發(fā)送指令，通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)第二云臺(tái)轉(zhuǎn) 動(dòng)，同時(shí)通過(guò)第二攝像機(jī)對(duì)森林?jǐn)z像，并通過(guò)控制器把第二攝像機(jī)拍攝的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)?控制中心；如果在控制中心看到弟-攝像機(jī)拍攝的森林著火的圖像，以控制中心向控制器 發(fā)送指令，通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)器讓第二云臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0015] 著火點(diǎn)E同時(shí)位于第一攝像機(jī)和第二攝像機(jī)的光軸上。
[0016] 參見(jiàn)圖2,通過(guò)GPS接收器接收到GPS接收器在XwYwZw大地坐標(biāo)系中坐標(biāo) S (XS，YS，ZS)。由于GPS接收器、第二攝像機(jī)之間距離很小，可以認(rèn)為GPS接收器、第二攝像 機(jī)均位于S點(diǎn)。通過(guò)控制器得到第二攝像機(jī)光軸SE與XwYwZw大地坐標(biāo)系中XwYw水平面 的夾角B、第二攝像機(jī)光軸SE在水平方向上的投影SF與Yw軸的夾角A、第二攝像機(jī)光軸SE 與線(xiàn)段TS的夾角C。
[0017] 把夾角C、夾角B、夾角A、XS值、YS值、ZS值通過(guò)控制器發(fā)送至控制中心，再加上 線(xiàn)段TS長(zhǎng)度M、第一攝像機(jī)光軸TE與線(xiàn)段TS的夾角D均是已知的。在控制中心以下式計(jì) 算出著火點(diǎn)的坐標(biāo)E (XE，YE，ZE)并顯示。
[0018] XE=LcosAcosB+XS YE=LsinAcosB+YS ZE=LsinB+ZS ； 其中：L=L=MsinD/sin(180° -C-D)。
【權(quán)利要求】
1. 基于GPS接收器和雙攝像機(jī)的森林著火點(diǎn)定位方法，其特征是：在無(wú)人機(jī)上設(shè)置有 能上下旋轉(zhuǎn)的第一云臺(tái)；在第一云臺(tái)上設(shè)置第一攝像機(jī)和能夠左右旋轉(zhuǎn)的第二云臺(tái)，第二 云臺(tái)上設(shè)置第二攝像機(jī)；第二攝像機(jī)隨第二云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第二攝像機(jī)光軸與第一攝像機(jī)光 軸始終共面；第一攝像機(jī)和第二攝像機(jī)相連而成的線(xiàn)段TS長(zhǎng)度為Μ ;在第二云臺(tái)上設(shè)置有 GPS接收器；用于與地面的控制中心的進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊的控制器分別與驅(qū)動(dòng)第一、二云臺(tái)動(dòng) 作的第一、二驅(qū)動(dòng)器、控制無(wú)人機(jī)動(dòng)作的駕駛中心、第一攝像機(jī)、第二攝像機(jī)、GPS接收器電 連接；所述著火點(diǎn)定位方法是： 在無(wú)人機(jī)在森林上方飛翔時(shí)，通過(guò)第一攝像機(jī)對(duì)森林?jǐn)z像，并通過(guò)控制器把第一攝像 機(jī)拍攝的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行模? 如果在控制中心看到第一攝像機(jī)拍攝的森林著火的圖像，以控制中心向駕駛中心發(fā)送 指令，讓無(wú)人機(jī)懸停；以控制中心向控制器發(fā)送指令，控制第二云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)第二攝 像機(jī)對(duì)森林?jǐn)z像，并通過(guò)控制器把第二攝像機(jī)拍攝的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行模蝗绻诳?制中心看到第二攝像機(jī)拍攝的森林著火的圖像，以控制中心向控制器發(fā)送指令，讓第二云 臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)； 控制器測(cè)定第二攝像機(jī)光軸與XwYwZw大地坐標(biāo)系中XwYw水平面的夾角Β、第二攝像 機(jī)光軸在水平方向上的投影與Yw軸的夾角A、第二攝像機(jī)光軸與線(xiàn)段TS的夾角C，GPS接 收器接收到在XwYwZw大地坐標(biāo)系中坐標(biāo)S (XS，YS，ZS)，若第一攝像機(jī)光軸與線(xiàn)段TS的夾角 D ； 以下式計(jì)算出著火點(diǎn)的坐標(biāo)E (XE，YE，ZE): XE=LcosAcosB+XS YE=LsinAcosB+YS ZE=LsinB+ZS ； 其中 L=MsinD/sin(180° -C-D)。
2. 如權(quán)利要求1所述的森林著火點(diǎn)定位方法，其特征是：把夾角C、夾角B、夾角A、XS 值、YS值、ZS值通過(guò)控制器發(fā)送至控制中心，在控制中心計(jì)算出著火點(diǎn)的坐標(biāo)E (XE，YE， ZE)并顯示。
3. 如權(quán)利要求1所述的森林著火點(diǎn)定位方法，其特征是：GPS接收器設(shè)置與第二攝像機(jī) 上，并位于第二攝像機(jī)光軸上。
【文檔編號(hào)】G01C11/08GK104061910SQ201410316046
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】何誠(chéng), 張思玉 申請(qǐng)人:南京森林警察學(xué)院