本發(fā)明涉及地理信息科學領域，具體涉及一種三維地理信息采集系統及其采集方法。

背景技術：

在測量地理信息的時候，平面和立體緯度的空間測量相對較為簡單，采用傳統的測量方法點點連線式測量即可繪制出立體和平面視圖，達到測量的效果。但是在測量狹小空間和溶洞山洞空間時，傳統的測量方法和設備不能很好的對封閉的空間進行測量，工作人員無法進入到位置領域冒險進行測量，造成了測量工作受阻。

另外，在測量狹小空間時，特別是山洞和溶洞時，傳統的測量工具占地面積較大，設備較為復雜，并且受到環(huán)境因素的影響，很難合適的預制到復雜環(huán)境中，造成測量工作不能順利進行。

因此，生產一種結構簡單，操作方便，運行效率高，測量快速高效，靈巧便捷，測量方法簡單的三維地理信息采集系統及其采集方法，具有廣泛的市場前景。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發(fā)明提供一種結構簡單，操作方便，運行效率高，測量快速高效，靈巧便捷，測量方法簡單的三維地理信息采集系統及其采集方法，用于彌補現有技術中的諸多缺陷。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現：一種三維地理信息采集系統，包括機架，安裝在機架上的第一無刷電機、第二無刷電機、第三無刷電機和第四無刷電機，安裝在第一無刷電機和第三無刷電機上的反向螺旋槳，安裝在第二無刷電機和第四無刷電機上的正向螺旋槳，安裝在機架中心位置的聯網飛行控制器和電池組，所述的第一無刷電機和第三無刷電機或者第二無刷電機和第四無刷電機之間的機架外側安裝有支撐環(huán)，支撐環(huán)上安裝有三維測量裝置，在機架上安裝有與三維測量裝置相連接的測量主板，測量主板通過導線與電池組相連接，聯網飛行控制器上安裝有與外部遙控器無線連接的遙控接收器，在機架上下表面安裝有與電池組相連接的照明燈。

所述的三維測量裝置包括安裝在支撐環(huán)內側的前置攝像頭和后置攝像頭,在支撐環(huán)外側暗轉有測量攝像頭，測量攝像頭至少為四個，四個測量攝像頭對稱分布在機架所在的平面兩側，相鄰的測量攝像頭之間設置有測距儀，測距儀和測量攝像頭通過導線與測量主板相連接，所述的前置攝像頭和后置攝像頭通過導線與聯網飛行控制器相連接。

所述的第一無刷電機、第二無刷電機、第三無刷電機和第四無刷電機分別通過四個電調與電池組相連接，四個電調分別通過導線與聯網飛行控制器相連接，聯網飛行控制器通過導線與遙控接收器相連接。

所述的聯網飛行控制器安裝在機架上方，聯網飛行控制器為KK飛行控制器，聯網飛行控制器的四個邊角的安裝位置與四個無刷電機的中心相對應，測量主板安裝在聯網飛行控制器和機架之間，測量主板的形狀與聯網飛行控制器的形狀相同，均為正方形結構，所述的電池組安裝在機架下方，電池組是由四塊航模動力電池組成的正方向結構，電池組安裝在機架下部的正中心位置。

所述的外部遙控器為至少四通道的遙控器，所述的照明燈為8個，八個照明燈均等分布在機架的上下兩側。

所述的測距儀為微型激光測距儀，所述的測量攝像頭為高清廣角攝像頭。

所述的四個電調均采用中特威電調。

一種利用上述三維地理信息采集系統采集三維地理信息的方法，其信息采集方法如下：首先通過外部遙控器配合前置攝像頭和后置攝像頭獲取狹小空間的地理位置視頻信息，并通過外部遙控器控制聯網飛行控制器控制四個無刷電機和螺旋槳實現機架整體多角度飛行，并帶動支撐環(huán)和測距儀以及測量攝像頭在狹小空間內穿行，通過測量攝像頭讀圖，測量攝像頭記錄到所得圖片通過測量主板上消除圖像拍攝畸變后記錄，再利用測距儀確定被拍攝物體物理像素，實現間接計算拍攝物體實際尺寸和距離形狀，利用測量主板進一步計算出狹小空間的具體空洞形狀，最終讀數記錄后外置輸出，得到狹小空間真是三維地理位置信息全息圖，在整個測量過程中，照明燈提供全方位照明。

本發(fā)明具有如下的積極效果：首先本產品結構簡單，利用自制的飛行器帶動全息測量裝置獲取狹小空間的三維地理位置全息信息圖，實現狹小空間的簡便式測量，在測量過程中，利用支撐環(huán)上設置的測距儀和測量攝像頭對飛行器飛過的橫截面空間進行錄制和測量，并根據實際位置信息測量出準確的三維空間視圖，本發(fā)明占地面積小，可以在狹小空間的山洞和溶洞內進行測量，不需要工作人員實地進入即可實現測量，提高了工作效率，降低了人員進入的危險系數，掛線和網絡的鋪設只需要進行初期預設，降低了危險程度，并且可以通過機械代替人工測量，大大提高了工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的俯視結構示意圖。

圖2為本發(fā)明的仰視結構示意圖。

圖3為本發(fā)明的側視結構示意圖之一。

圖4為本發(fā)明的側視結構示意圖之二。

圖5為本發(fā)明的運行狀態(tài)結構示意圖。

圖6為本發(fā)明線路連接結構示意圖。

具體實施方式

如圖1、2、3、4、5、6所示，一種三維地理信息采集系統，包括機架10，安裝在機架10上的第一無刷電機1、第二無刷電機2、第三無刷電機3和第四無刷電機4，安裝在第一無刷電機1和第三無刷電機3上的反向螺旋槳5，安裝在第二無刷電機2和第四無刷電機4上的正向螺旋槳6，安裝在機架10中心位置的聯網飛行控制器8和電池組7，所述的第一無刷電機1和第三無刷電機3或者第二無刷電機2和第四無刷電機4之間的機架10外側安裝有支撐環(huán)15，支撐環(huán)15上安裝有三維測量裝置，在機架10上安裝有與三維測量裝置相連接的測量主板9，測量主板9通過導線與電池組7相連接，聯網飛行控制器8上安裝有與外部遙控器無線連接的遙控接收器17，在機架10上下表面安裝有與電池組7相連接的照明燈16。

所述的三維測量裝置包括安裝在支撐環(huán)15內側的前置攝像頭11和后置攝像頭12,在支撐環(huán)15外側暗轉有測量攝像頭13，測量攝像頭13至少為四個，四個測量攝像頭13對稱分布在機架10所在的平面兩側，相鄰的測量攝像頭13之間設置有測距儀14，測距儀14和測量攝像頭13通過導線與測量主板9相連接，所述的前置攝像頭11和后置攝像頭12通過導線與聯網飛行控制器8相連接。所述的第一無刷電機1、第二無刷電機2、第三無刷電機3和第四無刷電機4分別通過四個電調與電池組7相連接，四個電調分別通過導線與聯網飛行控制器8相連接，聯網飛行控制器8通過導線與遙控接收器17相連接。所述的聯網飛行控制器8安裝在機架10上方，聯網飛行控制器8為KK飛行控制器，聯網飛行控制器8的四個邊角的安裝位置與四個無刷電機的中心相對應，測量主板9安裝在聯網飛行控制器8和機架10之間，測量主板9的形狀與聯網飛行控制器8的形狀相同，均為正方形結構，所述的電池組7安裝在機架10下方，電池組7是由四塊航模動力電池組成的正方向結構，電池組7安裝在機架10下部的正中心位置。所述的外部遙控器為至少四通道的遙控器，所述的照明燈16為8個，八個照明燈16均等分布在機架10的上下兩側。所述的測距儀14為微型激光測距儀，所述的測量攝像頭13為高清廣角攝像頭。所述的四個電調均采用中特威電調。

一種利用上述三維地理信息采集系統采集三維地理信息的方法，其信息采集方法如下：首先通過外部遙控器配合前置攝像頭11和后置攝像頭12獲取狹小空間的地理位置視頻信息，并通過外部遙控器控制聯網飛行控制器8控制四個無刷電機和螺旋槳實現機架10整體多角度飛行，并帶動支撐環(huán)15和測距儀14以及測量攝像頭13在狹小空間內穿行，通過測量攝像頭13讀圖，測量攝像頭13記錄到所得圖片通過測量主板9上消除圖像拍攝畸變后記錄，再利用測距儀14確定被拍攝物體物理像素，實現間接計算拍攝物體實際尺寸和距離形狀，利用測量主板9進一步計算出狹小空間的具體空洞形狀，最終讀數記錄后外置輸出，得到狹小空間真是三維地理位置信息全息圖，在整個測量過程中，照明燈16提供全方位照明。

本發(fā)明具體操作如下：首先確定山洞或者溶洞的位置信息，并鋪設建議無線互聯網系統，在鋪設完成后，構建出無線覆蓋區(qū)域。然后控制飛行器進入待測量區(qū)域。

第一無刷電機 1和第三無刷電機3作逆時針旋轉，第二無刷電機 2和第四無刷電機 4作順時針旋轉，第一無刷電機1和第三無刷電機3上的反向螺旋槳5，第二無刷電機2和第四無刷電機4上的正向螺旋槳6，規(guī)定沿 x軸正方向運動稱為向前運動，可以在待測量區(qū)域內做出如下動作：垂直運動：同時增加四個電機的輸出功率，旋翼轉速增加使得總的拉力增大，當總拉力足以克服整機的重量時，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時減小四個電機的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，垂直運動。當外界擾動量為零時，在旋翼產生的升力等于飛行器的自重時，飛行器便保持懸停狀態(tài)。俯仰運動：第一無刷電機 1的轉速上升，第三無刷電機3 的轉速下降，第二無刷電機2和第四無刷電機4 的轉速保持不變。由于第一無刷電機 1的升力上升，第三無刷電機3 的升力下降，同理，當第一無刷電機 1 的轉速下降，第三無刷電機3的轉速上升，實現飛行器的俯仰運動。滾轉運動：改變第二無刷電機2和第四無刷電機4的轉速，保持第一無刷電機 1和第三無刷電機3的轉速不變，則可實現飛行器的滾轉運動。偏航運動：旋翼轉動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個旋翼中的兩個正轉，兩個反轉，且對角線上的各個旋翼轉動方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉速有關，當四個電機轉速相同時，四個旋翼產生的反扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉動；當四個電機轉速不完全相同時，不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉動。當第一無刷電機 1和第三無刷電機3的轉速上升，第二無刷電機2和第四無刷電機4的轉速下降時，實現飛行器的偏航運動。前后運動：要想實現飛行器在水平面內前后、左右的運動，必須在水平面內對飛行器施加一定的力。增加第三無刷電機3轉速，使拉力增大，相應減小第一無刷電機 1轉速，使拉力減小，同時保持其它兩個電機轉速不變，反扭矩仍然要保持平衡。飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產生水平分量，因此可以實現飛行器的前飛運動。向后飛行與向前飛行正好相反。傾向運動：由于結構對稱，所以傾向飛行的工作原理與前后運動完全一樣。

在上述飛行器飛行的同時，當飛行器經過一個山洞或者溶洞的截面時，首先通過外部遙控器配合前置攝像頭11和后置攝像頭12獲取狹小空間的地理位置視頻信息，并通過外部遙控器控制聯網飛行控制器8控制四個無刷電機和螺旋槳實現機架10整體多角度飛行，并帶動支撐環(huán)15和測距儀14以及測量攝像頭13在狹小空間內穿行，通過測量攝像頭13讀圖，測量攝像頭13記錄到所得圖片通過測量主板9上消除圖像拍攝畸變后記錄，再利用測距儀14確定被拍攝物體物理像素，實現間接計算拍攝物體實際尺寸和距離形狀，利用測量主板9進一步計算出狹小空間的具體空洞形狀，最終讀數記錄后外置輸出，得到狹小空間真是三維地理位置信息全息圖，在整個測量過程中，照明燈16提供全方位照明。

上述三位地理信息記錄后，待飛行器飛回后，對內部存儲的信息輸出，在電腦上形成測量地形的內部三位全息信息，實現對待測量位置的全方位測量。本專利中飛行器飛行模式為+模式，有助于定位信息的輸入和定位準確性。