通用挂载型三维数据采集方法

通用挂载型三维数据采集方法

熊彪

深圳供电局有限公司 518000

摘要：随着城市建设的飞速发展，建设环境日益恶化，地质灾害频繁发生，电力施工项目不仅需要完成工程的设计监理数据采集分析，还需要有施工环境、运行环境的地理信息数据进行采集、处理、分析。采用传统的测量方式对输电线路资源进行调查，工作量大、效率低、成本高，难以满足电网建设需求。

关键词：通用；挂载型三维数据；采集方法

引言

随着工程建设领域的全过程工程咨询服务日益发展，电网工程的投资者或建设单位对于这种综合性、跨阶段、一体化咨询服务的需求也是逐渐增加。以市场需求为导向，电网工程的设计内容就需要由工程本体设计延伸至涵盖招标代理、勘察、设计、监理、造价、项目管理等服务项目，以满足委托方多样化咨询服务的要求。

1通用挂载型三维数据采集

一种基于无人机的高光谱数据和三维建模数据采集系统，涉及一种基于无人机的高光谱数据和三维建模数据采集系统。采集系统包括:无人机、稳定云台、高光谱相机、可见光相机、机载数据采集系统、机载数据控制器和GPS板卡;机载数据控制器用于根据预设采集频率控制高光谱相机和可见光相机同步拍摄图像;机载数据控制器还用于根据预设采集频率控制机载数据采集系统同步采集GPS板卡的GPS信息;机载数据采集系统用于采集高光谱相机的拍摄图像信息,并根据拍摄图像信息得到高光谱数据;机载数据采集系统还用于采集可见光相机的不同角度的高重叠率图像信息,并根据高重叠率图像信息和GPS信息获得三维建模数。

2技术方案的发明点概述

本发明基于同步控制技术的无人机通用挂载型真实三维数据采集设备发明项目是通过研究多头可见光相机同步曝光控制技术、多头相机同步姿态记录技术、无人机通用挂载技术，开发的一款低成本，高效率真三维数据采集设备。该设备由五头可见光相机、GPS定位装置获取设备组成，在曝光瞬间获得微秒级同步的五个角度的数字影像数据以及与该数字影像曝光时姿态定位对应的三个线元素x，y，z和三个角元素φ、ω、κ。通过特殊计算后形成具备cm级高精度位置和高程坐标的高分辨率影像。这些数据通过具备空三运算处理的软件，可以获得位置精度高于5cm，高程精度高于7cm的具有真实色域纹理的空间三维模型。

3现有技术的技术问题

传统电力工程设计和施工过程监控，效率低、精准度低、安全风险高。施工中缺乏自动化智能化设备，几乎全部依靠人工地面作业，数据量有限，时常出现测量人员与电气定位人员，对彼此的工作互不了解，导致勘测资料中，各队图纸拼接不上，甚至出现计算错误等问题。

4技术方案的详细阐述

基于同步控制技术的无人机通用挂载型真实三维数据采集设备发明项目是通过研究多头可见光相机同步曝光控制技术、多头相机同步姿态记录技术、无人机通用挂载技术，开发的一款低成本，高效率真三维数据采集设备。该设备由五头可见光相机、GPS定位装置获取设备组成，在曝光瞬间获得微秒级同步的五个角度的数字影像数据以及与该数字影像曝光时姿态定位对应的三个线元素x，y，z和三个角元素φ、ω、κ。通过特殊计算后形成具备cm级高精度位置和高程坐标的高分辨率影像。这些数据通过具备空三运算处理的软件，可以获得位置精度高于5cm，高程精度高于7cm的具有真实色域纹理的空间三维模型。

4.1多头相机影像与位置数据同步控制技术

通过一个触发信号给倾斜相机的五个镜头，五个镜头在误差不大于1ms内，实现同步曝光的，然后同步记录一个pos信息。该技术中包含相机同步与位置参数同步。（1）相机同步曝光：五个镜头中，不同镜头采集航片的总容量一般都不一样，有的会大一些，有的会小一些。这是因为使用同一种压缩算法时，地物纹理特征的复杂程度对航片的大小造成了影响。而航片的大小，最终影响相机的曝光同步性。地物纹理越复杂，相机解算、压缩、存储的数据相对都会大一些，也就需要越多的时间完成这些步骤。如果存储时间到达临界点，相机就无法及时地响应快门信号，曝光动作出现滞后。如拍照触发信号时间比相机完成拍照周期所需时间短，相机因为无法及时完成曝光动作，就会造成丢片现象。所以在作业过程中，必须要相机同步性控制技术来统一相机的拍照动作。

目前CCD曝光控制技术是基于时序电子技术。具体来说：向CCD相机提供垂直转移控制时序和电子快门控制时序的CCD时序驱动电路；所述电子快门控制时序中，仅设置了一个电子快门脉冲驱动，对应此电子快门脉冲驱动的积分时间段与最后一个行周期运行时间段的时域区段对应，在CCD相机的帧周期中，CCD相机仅在最后一个行周期运行时间段内进行曝光处理。本发明的有益技术效果是：可显著提高CCD相机在跟踪目标时的鲁棒性，提高CCD相机的成像质量。（2）本项目研发，引入多头相机反馈与补偿控制系统。该系统可测量出无人机发出触发信号的时间与每个相机曝光时间的差值“T”，如果五个镜头时间差“T”都在一个允许范围内，我们就认为五个镜头是同步工作的；若五个镜头中某个反馈值大于标准值，控制模块就会判定相机出现时间同步差，并在下一次曝光时，根据差值对该镜头进行补偿，最终控制五个镜头的拍照同步差都在标准范围内波动。

（3）位置参数同步：相机获取精准定位时，需使用时间同步功能将相机设备的本地时间同步为挂载平台时间（本研究挂载平台为无人机）。影像数据采集定位事件发生时，相机需要会记录本地时间（该时间为相机上的时间）；相机通过时间转换功能，将相机上的时间转换为无人机上的时间，最终形成国际标准时间；相机会在定位曝光发生时的无人机时间（无人机系统的时间）发出位置数据请求。

5通用型数据与挂载接口技术

PSDK（PayloadSoftwareDevelopmentKit)负载软件开发包，PSDK通过DJISkyPort适配器连接三方用户设计的负载与多种飞行平台。DJISkyPort开放API接口让定制负载与无人机飞控、GPS和图传等内部系统通讯，实现控制与数据获取等功能。PSDK技术的功能架构如下：（1）信息管理：：负载设备通过该功能可主动获取DJI无人机的型号、硬件平台的类型和无人机系统的运行状态等信息。（2）消息订阅：负载设备能够接收到无人机上各个部件实时产生并对外推送的数据信息，如姿态四元数、融合海拔高度及RTK位置等。（3）数据传输：用户能够在负载设备、移动APP和无人机机载计算机间传输控制命令和数据信息。

结束语

通过以上技术措施的实施，从获得的地震剖面来看，主要目的层反射特征清楚，构造轮廓清晰。高密度线束三维采集剖面从浅到深各目的层反射层次齐全，同相轴连续性好，可连续对比追踪，浅层第三系（N1以上）为滑脱断层控制的表褶构造断层控制的表褶构造成像比较清晰，断层和断点位置清楚，深层受基底断层卷入影响形成的背斜构造，其路乐河组（E31）和侏罗系（J）及其内幕地层和基底反射能量强。

参考文献

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