專(zhuān)利名稱(chēng)：：建筑物理數(shù)據(jù)快速三維采樣方法離物smig^tH麟樣旅
技術(shù)領(lǐng)域：
i本發(fā)明屬于^mfe^領(lǐng)域，特別涉及皿室內(nèi)各種物理數(shù)據(jù)的采集。
背景技術(shù)：
：皿室內(nèi)空間中任意位置的"物SII[據(jù)"是指空間中某一點(diǎn)的聲強(qiáng)、聲頻、溫度、'鵬、照度、光色以及氣體成分等。^是離技術(shù)領(lǐng)驢要的研究資料，例如當(dāng)一個(gè)魏主體部分剛竣工的音樂(lè)廳，正準(zhǔn)備進(jìn)行內(nèi)裝修，就需要對(duì)空間中的聲音分布狀^jt行測(cè)ra于分析，然后會(huì),確設(shè)i憤聲材料的種類(lèi)、面積、錢(qián)等；另外體育繊中燈光的5sa值、機(jī)分布均勻,都關(guān)系到比賽和觀賽的效果，所以要進(jìn)行采樣。對(duì)，興的綠色皿、節(jié)能^m研究，建筑物si^采樣就更加重要了，這一作業(yè)可以幫助設(shè)計(jì)師^E節(jié)能型,內(nèi)部氣流、熱量的流動(dòng)是否船原設(shè)計(jì)要求。M卜電磁場(chǎng)強(qiáng)度、空氣離子濃度、輻射弓雖等等都是常見(jiàn)的測(cè)量?jī)?nèi)容，例如某些自然石材會(huì)含有強(qiáng)M元素，用于室內(nèi)環(huán)境需要進(jìn)行輻射3破測(cè)定，。離技術(shù)專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)的采樣工作是由人員攜帶傳感設(shè)備在離中游走、記錄誠(chéng)的，不僅作業(yè)的鵬比較慢，El^的縣樣錢(qián)穀服制，理論上有地面雜的位lA員都nj以到達(dá)，w以測(cè)量，但實(shí)際JJIf喊大的障Wtim面高差就會(huì)阻礙人員fi^、極大減ti^樣速?zèng)]，M:條件下，對(duì)于大型,空間，測(cè)得的各點(diǎn)數(shù)據(jù)"等時(shí)性"就不能保證了。至于高大空間中的豎向多點(diǎn)測(cè)量則基:W可能，有些非^m要的建筑或^^tt^;會(huì)在皿頂部、側(cè)墻卜.安裝傳,，從而獲得建筑內(nèi)表面某，置的數(shù)據(jù)，f旦也達(dá)不到空間中任意點(diǎn)的測(cè)量，而且限于成本，在建筑表面安裝的傳麟也不肖激駄多。所以說(shuō)，原有的^m物a^采集作業(yè)既不'腿，也局限于魏內(nèi)表面一定范圍內(nèi)，得不到空間Hi隹化的i^集，對(duì)于深入的建筑物理環(huán)境研究，這是一4^憾。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是在一個(gè)作業(yè)平臺(tái)上同時(shí)解決^m物理^^采集和三維定位這兩個(gè)問(wèn)題，滿足離
技術(shù)領(lǐng)域：
中各種物理艦信息^i^集的需要，鄉(xiāng)一種建筑物物ai^-^tH維采樣方法。本發(fā)明所指"'腿獲取"和"三纟緣樣"是針對(duì)以往的物理信息采集方法而言的。本發(fā)明提供的建筑物s^^iH^隹采樣方法，依次包括以下各歩第一、室內(nèi)飛行用1M^A飛行器的選擇，，由J^SIg^制的微MS人飛行器；第二、^:物1^樣用傳感設(shè)備或傳#^的選擇，根據(jù)所需采樣的物sw,選自應(yīng)的傳感設(shè)備或傳繊；第三、系統(tǒng)同步時(shí)鐘的建立為保證魏物aim采樣與定位的同步，粒一個(gè)由微型無(wú)人飛行器1§^制的系統(tǒng)同步時(shí)鐘，系統(tǒng)同步時(shí)鐘由多個(gè)時(shí)鐘脈沖發(fā)生單元和與;^t應(yīng)的琉電接收mffi^，每一個(gè)M^W量定^ffl相機(jī)SS2—個(gè)時(shí)鐘脈沖發(fā)生單元和一個(gè)接收機(jī)，飛行器采樣平臺(tái)上也有一個(gè)時(shí)鐘脈沖單元和一個(gè)接收機(jī)，所有的接收機(jī)同時(shí)接雌射機(jī)微的時(shí)鐘啟/閉信號(hào)，所有的脈沖單元同步開(kāi)始和停止計(jì)時(shí)；第四、^m物si^的采樣上步^^物M^采樣用傳感設(shè)備或傳li^上設(shè)置的接收機(jī)接受至iM^器發(fā)出,制信號(hào)后，啟動(dòng)系統(tǒng)同步時(shí)鐘，開(kāi)始采集^:物am據(jù)；第五、測(cè)量點(diǎn)的精確空間定位采用近景Wi懂方艦采樣點(diǎn)精確空間定位，被法的具體步驟是a)、相機(jī)的選擇，在同一次作業(yè)中，選用至少2部以上完全相同的相機(jī)，并且參數(shù)設(shè)置也完全相同，以保iEM片的一致性；b)、相機(jī)的體，與m^像機(jī)的體原貝湘似，不需魏定相機(jī)的坐標(biāo)，將相tflJcS于靠邊的錢(qián)，并且拉開(kāi)距離，鏡頭之間的角度區(qū)別比較明顯，使相機(jī)具有盡量大的鵬范風(fēng)c)、系統(tǒng)同步時(shí)鐘的設(shè)置，為保證照片的一致性，在^PffilfU:設(shè)置一個(gè)由第三步建立的系統(tǒng)同步時(shí)鐘，用于接收由Mg器發(fā)出的系統(tǒng)同步時(shí)鐘的開(kāi)關(guān)信號(hào)；d)、相機(jī)快門(mén)控制電路的設(shè)置，與相禮i:的系統(tǒng)同步時(shí)鐘連接，按照事先設(shè)定好的時(shí)間間隔控制相機(jī)決門(mén)動(dòng)作，以便進(jìn)行拍攝；e)、繊懂點(diǎn)的精確空間定位，相機(jī)在接至映門(mén)控制鵬發(fā)出的控制信號(hào)后，開(kāi)始對(duì)魏和飛行驗(yàn)照設(shè)定好的間隔時(shí)間進(jìn)〗ai^攝，以便^t各采樣點(diǎn)的精確空間定位。艦的^30￡人飛行器可以超升機(jī)、氣球、飛碟、或也自的,物SI^采樣用傳感設(shè)備或傳自包括但不限于噪苗十、M3I儀、,儀、照度計(jì)、空氣離B十?dāng)?shù)器、射線檢灘服警儀、艦磁場(chǎng)鵬測(cè)微等。本發(fā)明的主l^t要點(diǎn)，要成功^任務(wù)，該作業(yè)平臺(tái)至少要滿足以下條件1.微型^A飛行翻倉(cāng)灘M^內(nèi)飛行環(huán)境，在各種魏的內(nèi)部主要空間中都肖灘正常飛行。2.要^OT于物理環(huán)境分析的三維i^-陣列，僅有采集的物[還是不夠的，需要的信te包,一^樣點(diǎn)的準(zhǔn)確Htt^豐稱(chēng)采樣時(shí)間(可以是;U^T坐標(biāo)，也可以是相對(duì)于被測(cè),的相對(duì)空間位置)。3.微型飛行器不貧^t采樣設(shè)備、領(lǐng)miyg-產(chǎn)生干擾。例如測(cè)^度時(shí)平臺(tái)不能有遮擋，測(cè)量溫度BtMS傳S^能穀iJ飛^Lh的發(fā)動(dòng)機(jī)^P件產(chǎn)生的熱氣的影響。4.飛行器對(duì)于室內(nèi)物理環(huán)境的影響盡可能的小。例如航空器的空，,室內(nèi)氣流的影響，發(fā)動(dòng),大功率電^P件i^的熱lW室內(nèi)Mjg的影響。第一、室內(nèi)飛行用,飛行器的選擇在I^M上，微型飛行器可以分為節(jié)機(jī)、固定^氣球類(lèi)。固定穀幾的飛fi^最快，但是不會(huì)激空中，，飛fi^j作不夠細(xì)膩，不會(huì)^Si^小空間，所以通常我們選用，|/1^氣球類(lèi)可;tf亭的飛行器。a^豐JlX可以細(xì)分為普通布局和飛碟型布局兩種，氣球類(lèi)可以分為AX^控的氣柳離，。普通布局餅M聽(tīng)M^卜，氣動(dòng)特'斷，效率高，《戰(zhàn)不,于艦魏構(gòu)件，否貝熔易繊童，所以它比較適合測(cè)翻大空間中澳糧點(diǎn)分布比較稀疏的項(xiàng)目；飛碟型和普通型一樣也可以空中l(wèi)cf亭、前進(jìn)、后退，它的特點(diǎn)是旋翼被圓形外殼，，即使飛行謝童擊到建筑墻面、屋面，也僅是被稍稍彈回一點(diǎn)，不影響繼續(xù)作業(yè)，所以它適TO進(jìn)較小的空間赫P章礙物比較多的環(huán)境。線控氣球依靠AX移動(dòng)健、改變高度，作MS低、適豫定點(diǎn)位、少量點(diǎn)位的測(cè)量工作；飛艇是具有自由飛行能力的氣球，配備小型的風(fēng)扇產(chǎn)生,力，所以和S^機(jī)一樣可以懸浮、前進(jìn)、后退，而且在懸浮的時(shí)餘沒(méi)有噪音和震動(dòng)，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)。在執(zhí)行聲場(chǎng)檢測(cè)m務(wù)時(shí)這Ht點(diǎn)使得^M平臺(tái)很有用處。所以可以選擇的飛行器平臺(tái)包括直升機(jī)、，、飛碟、飛艇，后兩者的特性M3S合于室內(nèi)作業(yè)，應(yīng)用繊兩者多。飛行器的大小型爭(zhēng)由于禾根的發(fā)展，現(xiàn)在飛機(jī)的Mfl^SSM很高了，最小的無(wú)人機(jī)比手掌還小，選擇飛行器的大小主要看任務(wù)荷載的重量。溫度、濕度、光敏、氣,頭現(xiàn)在都已經(jīng)很小了，S4僅有幾克甚至不到一克。另夕卜次離物麟集的im量很少，幾百個(gè)測(cè)點(diǎn)繊流量不到ikb，而今存儲(chǔ)器芯片的容MIP達(dá)到gb級(jí)，所以存儲(chǔ)器的體積和M也非常微小。加上電池、微處理芯片，推算1，的任務(wù)載荷(f,測(cè)量和記錄i[lg，飛行^^返回后fflii數(shù)據(jù)線再轉(zhuǎn)存到計(jì)穀jLh)按照任務(wù)種類(lèi)的不同總M從幾克至'J幾十克左右。這樣的荷^0f需直升機(jī)的旋翼直徑約為20~50M^，而氣^^積則小于0.2立方米，^§積小于0.5立方米。這些飛行器的^R都倉(cāng)g^滿^內(nèi)作業(yè)要求。飛行器的飛行^S制大人飛行器(航空器)都采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)結(jié)合自動(dòng)駕駛{^*實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飛行。QM定位儀提供實(shí)時(shí)位置信息，駕駛儀與事先存儲(chǔ)的進(jìn)行1:餅，如果^)tfas行修正。這一獄無(wú)、^ffl在^m物體內(nèi)作業(yè)狄飛行器上，因?yàn)樵谑覂?nèi)腿定位信號(hào)穀i摒蔽，無(wú)法穩(wěn)定工作，而且一般的朋設(shè)備的定位精度僅為io米左右，大型無(wú)人機(jī)在高空作業(yè)，,戰(zhàn)偏差幾十米屬于正常范圍，一般不影響作業(yè)。f瞎內(nèi)飛行需要更高的準(zhǔn)確性、機(jī)動(dòng)性、更高的"智能化"水平，否則飛行器偏差;ut就有可魁童在^m物上，或者,戰(zhàn)上有皿構(gòu)件等障自，飛行器卻無(wú)法覺(jué)察。解決這一問(wèn)題的辦法jt^用人員aa，電M^m和飛行自動(dòng)增穩(wěn)控制設(shè)備相結(jié)合的飛行方式。人員倉(cāng)雜根據(jù)空間格局及時(shí)修正飛行的,，機(jī)上的陀螺儀等增穩(wěn)設(shè)備倉(cāng)^ii高飛行器的安定性，用助人員鄉(xiāng)。第二、測(cè)量點(diǎn)的精確空間定位問(wèn)題的解^i。這是本發(fā)明方^^的最^n點(diǎn)，有了測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)才能ma制作采樣^的三維分^iM。但Ji2M定皿統(tǒng)的精度遠(yuǎn)不能滿足室內(nèi)應(yīng)用要求，而M^作也只能飛出比較穩(wěn)定的航線，卻不知道飛行確的坐標(biāo)(例如究穀巨離地面多高)，如何對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行定位呢？有幾種常見(jiàn)的高精度定錢(qián)徑^SM幼!Ue^。我們常用到的激光測(cè)距儀、超聲波測(cè)距儀、紅外線測(cè)距儀都是利用測(cè)距^if一束if定的波，撞擊到波測(cè)物表面上皿回來(lái)被測(cè)距儀接收，M計(jì)算時(shí)間差就可以得至頓販儀與目豐;^間的距離。這種測(cè)距方法簡(jiǎn)便、直接、準(zhǔn)確，"^精度艦以至iJMM，滿跑內(nèi)頓要求。全站儀、三維激光掃描儀也都卿這一原理。但J^ffl到本方案中有幾個(gè)^IM無(wú)法解決首先飛機(jī)很小，齢足夠的^lt面積，^t測(cè)距艦著飛機(jī)測(cè)蹈艮困難；反a^如^e測(cè)距^^到任務(wù)荷載中，讓飛tfi^著^;物測(cè)距，飛行器又不得不增大很多；其次飛行器的移動(dòng)ilm很快，測(cè)距儀需要不斷轉(zhuǎn)動(dòng)才售瀏準(zhǔn)飛行器或^m物上某一位置?？傮w±*看{頓這一測(cè)距技術(shù)是很困難的。時(shí)差定^rn^。類(lèi)似于，:ns定,術(shù)，在飛行器上安裝一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，每隔一定時(shí)間發(fā)出一個(gè)波定位信號(hào)，可以;^聲波、無(wú)線電波等；在建筑內(nèi)有幾個(gè)已知點(diǎn)，安接收裝置，IPS收這一信號(hào)，因?yàn)轱w行器距離各點(diǎn)距離不同，信號(hào)的接fe就會(huì)有先后)i,,ffljl計(jì)算時(shí)差就可以得到信號(hào)發(fā)生器相對(duì)于已知點(diǎn)的坐標(biāo)。這一途徑初看育激^5:，細(xì)分析有三個(gè)缺點(diǎn)首先電波^1^，太快，在3ffi^離自不如超聲波準(zhǔn)確，而超聲波的傳播容易受建筑內(nèi)表面反射的影響而it^混亂，有障礙物遮擋某一個(gè)地面已知點(diǎn)的時(shí)候該點(diǎn)會(huì)接受某個(gè)反針波，極容易算錯(cuò)坐標(biāo)。其次作業(yè)前需^t確的測(cè)M面已知點(diǎn)的坐標(biāo)，帶來(lái)不便。另外飛行器上配備定位信號(hào)mM裝置也會(huì)大幅度增加荷載總重量。所以這一方案有可行性，但并非最佳定繊5。*iams^!i量g^。這是本發(fā)明最終選擇的采樣點(diǎn)空間定位方法。近景攝影測(cè)量是測(cè)^^域一種新興的技術(shù)，與之相關(guān)的航頓翻懂多年前已全別于;^cife測(cè)繪、國(guó)土資源調(diào)査。航空S^i糧的作業(yè)方、踐飛機(jī)按照設(shè)定的繊艦飛行并以一定間隔豎直向下拍氍照片，照片之間^、部分M4的。飛M標(biāo)已知，就可以根據(jù)合成的照片^ij^h地圖了。攝，iJ量實(shí)現(xiàn)的主^^^f牛是照片數(shù)Ma2張，并且有一定的錢(qián)面積，兩(多)^M片拍攝的相機(jī)傻置有所區(qū)別。近景S^i糧與航空^P!糧的不同點(diǎn)在于它的測(cè)繪鄉(xiāng)鵬小以及注重地面應(yīng)用的特點(diǎn)，相鵬攝的角度、機(jī)位可以是比較自由的，其坐標(biāo)在計(jì)鄉(xiāng)后期處理中育,計(jì)算出來(lái)。如果測(cè)量一個(gè),單體，人員可以，相機(jī)圍繞,任意走動(dòng)，在不同的角度對(duì)著目標(biāo)拍攝，而不用管自身錢(qián)，計(jì)^m會(huì)自^S^兩張以上(一般可以拍3-4張)不同角度的照片對(duì)建筑物上的特征點(diǎn)和相機(jī)^e進(jìn)行相對(duì)定位。附胃相對(duì)定払就是指^A照片中的jgm^身各部分、局境以及拍攝^8之間可以被準(zhǔn)確的定位，mj^這個(gè)系統(tǒng)與外界大ife^標(biāo)系之間的方向，未知。如果需要知道魏實(shí)際尺寸，可以事先^A—把尺子被拍縦照片中從而獲得難尺寸，或者作業(yè)^B在任意兩，征點(diǎn)J^尺或其他測(cè)量手段獲得一個(gè)真實(shí)/^，這#^系統(tǒng)中的MRJt就是與實(shí)際相符的了。如果要測(cè)量與id&i問(wèn)的定位關(guān)系，可以將皿的水平地面也測(cè)，最終結(jié)果中，就可以確定采樣點(diǎn)與地面之間的空間M了。ifetS^i糧的精度很高，市售高彌率專(zhuān)業(yè)數(shù)碼相機(jī)可以得到1/10000以上的尺寸精度，也就是測(cè)量一個(gè)薦米長(zhǎng)的魏構(gòu)件，誤差不艇1駄。^ffli&tS^i量技術(shù)對(duì)飛行l(wèi)&a行定位的原理是在,內(nèi)部mafl部(例如3-4部)同型號(hào)相機(jī)瓶制它們^^樣的同時(shí)進(jìn)行間隔一定時(shí)間的纖拍攝，把飛行器和^m^內(nèi)fPSA照片，同樣的^il量方法，計(jì)飾可以根據(jù)照片對(duì)^m^內(nèi)和飛行器之間進(jìn)行相對(duì)定位。和上文介紹的作M;程類(lèi)似，只不過(guò)我們用多個(gè)相機(jī)在不同角度同,攝，割戈了原來(lái)單個(gè)相機(jī)變換角度拍攝。在作M:程中相機(jī)錢(qián)、建筑t^S鮮變，唯一變化的是飛行雜置。^313i^拍攝，我們就可以得到每一^^樣點(diǎn)相對(duì)于建筑物的坐標(biāo)了，甚至倉(cāng)辦^l拙飛行器的準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)車(chē)，，精度超ijMm根據(jù)M^i懂的要求，我們?cè)谕淮巫鳂I(yè)中要4頓幾部完全相同的相機(jī)，并且織體也完全相同，以保iiE照片的一致性。由于不需魏定相機(jī)的坐標(biāo)，所以在建魅內(nèi)選糊機(jī)的位置時(shí)可以比較自由，需要注意的是相機(jī)，于ftii的位置，并且拉開(kāi)距離，鏡頭之間的角度區(qū)別比較明顯即可。這和ms^mn的放置原則很相似，主要，可能"看到"比^:的范圍，并且倉(cāng)辦從^hft度"看"飛行器，這樣對(duì)其定位B!]卩準(zhǔn)確。在拍攝時(shí)間控制方面，每一個(gè)相機(jī)都需要配備一1^電接收機(jī)，一個(gè)時(shí)鐘脈沖單元，一個(gè)快門(mén)控制鵬。趟電接收柳遙控飛行器平臺(tái)上的那個(gè)接收機(jī)是一樣的型號(hào)，飛行器上也有一個(gè)相同的時(shí)鐘脈沖單元。，Efeilfe器有9個(gè)以上的控帶腿直，飛行器飛行控制1需要占用6個(gè)通道，除了控制飛行器，接收aas有剩余的ait,利用某一^iiie制相機(jī)動(dòng)作和采樣動(dòng)作。iSS驗(yàn)操縱人員手中，當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到"開(kāi)"的狀態(tài)時(shí)，四個(gè)接收機(jī)(假定用三個(gè)相機(jī))都同時(shí)收到這^1±的控制信號(hào)，此時(shí)所有的時(shí)鐘開(kāi)始同步計(jì)時(shí)，相機(jī)用的時(shí)《根照事先設(shè)定好的時(shí)間間隔控審湘機(jī)快門(mén)動(dòng)作，時(shí)間間隔的多少就決定了帶有坐標(biāo)信息的采樣點(diǎn)的"密度"。微型飛行器上的接收機(jī)賠瞻號(hào)時(shí)存儲(chǔ)器就開(kāi)^^#儲(chǔ)探頭獲得的數(shù)據(jù)，由于現(xiàn)在內(nèi)存芯片容量駒瞎大,所以這一娜密艦以設(shè)定的比相Wi^拍攝離還要高，例如相機(jī)一般2秒拍攝一次，而采樣工作1秒鐘可以取樣2次，甚至更多。飛行器上的存儲(chǔ)器同時(shí)縣統(tǒng)時(shí)鐘脈沖獲取時(shí)間信,物棘樣娜一起存儲(chǔ)，在作業(yè)誠(chéng)后，我們就可以根據(jù)照片拍攝時(shí)間提取與1懂空間定位點(diǎn)相應(yīng)的物^了。另外，如果某一段時(shí)間不用采樣，人員可以it^5器的該控制鵬轉(zhuǎn)為"關(guān)"狀態(tài)，四個(gè)接收機(jī)會(huì)同時(shí)停止作業(yè)動(dòng)作，等待下一次開(kāi)始信號(hào)。說(shuō)明這一同步定位與采樣工作的方法與計(jì)鄉(xiāng)、單片機(jī)豁種芯片中的時(shí)鐘脈沖控制方法7相同。就是利用系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖^^有的動(dòng)作"協(xié)調(diào)一致"，伴隨每一沖，內(nèi)存、i憎鵬單元等部件都完成一次動(dòng)作，這縣維制的基本方法。魏樣、時(shí)鐘im結(jié)合存儲(chǔ)的實(shí)際產(chǎn)品制作中，很多處理芯片都內(nèi)置時(shí)鐘、少量存儲(chǔ)單元、繊^^示準(zhǔn)接口(例如R232)，都品化、標(biāo)準(zhǔn)化，只需要正確配置電源、正確安驗(yàn)抓身上。我們也可以#^的1安裝一個(gè)發(fā)^:極管，當(dāng)采樣正，行時(shí)二極管就會(huì)B，一方面JI^人員"采樣正ffiffi行"，另一方面^內(nèi)^^弱的環(huán)境下也可以以正常的快門(mén)曝光時(shí)間在照片上獲得一個(gè)亮點(diǎn)，從而ifc^i!lM計(jì)im識(shí)別該點(diǎn)，計(jì)算坐標(biāo)。對(duì)于不同的環(huán)境，我們可以選用不同波長(zhǎng)的二極管，發(fā)出不同顏色的光，用以和環(huán)境區(qū)別，翻糧目標(biāo)的特征性強(qiáng)，便B懶幾自動(dòng)鄉(xiāng)iJ。;tff以細(xì)發(fā)光二極管首先是因?yàn)樗黕^小，與燈泡或日光燈等光翻比定位更糊，而且它光效高，飛行器可以攜帶更小的電池，SMMfe，此外它幾乎不產(chǎn)生熱量，，頭和室內(nèi)環(huán)境的影響小。如果光照測(cè)量時(shí)不允i轉(zhuǎn)發(fā)光管，貝何以用被動(dòng)式發(fā)光的熒光材料貼在飛行器上作為靴。本發(fā)明的魅和積^m:本發(fā)明利用微M^A飛行器承糊應(yīng)種類(lèi)的傳感設(shè)備、！^-ia^a、信息傳回設(shè)錢(qián)，對(duì)大型皿室內(nèi)物awt行采集，在空間中往返飛行并不斷獲得途徑各點(diǎn)的物據(jù)，同時(shí)利用三維s^i量技^ritM^人飛行器進(jìn)行空間定位。這樣，微型無(wú)人飛行器尺寸可以小到只有幾十JS^甚至十幾厘米，倉(cāng)辦在室內(nèi)空間中靈活飛行。利用飛行器作業(yè)可以擺TO面限制，獲得空間中任意點(diǎn)的。這^[據(jù)可以組^H纟im型，比平面I5^陣列更便于分析，例如研究建筑內(nèi)部的熱能流動(dòng)情況，過(guò)去我們只能得至'J地面、屋頂?shù)染諱smm對(duì)于空氣的熱外流情7iix隹以準(zhǔn)確分析，現(xiàn)在有了空間數(shù)據(jù)陣列，熱育捉動(dòng)的^1程就自然呈現(xiàn)了。由于飛行器移動(dòng)速度快且不魏面運(yùn)動(dòng)剝牛限制，所以即使空間采樣次數(shù)t她面作業(yè)大幅度增長(zhǎng)了，也可以保證f[^的等時(shí)性。財(cái)Hf頓微型飛行器mj^內(nèi)物ai^采樣平臺(tái)還有以下好處1.可以極大加1^#$。飛行平臺(tái)不僅移動(dòng)鵬快，還不會(huì)受到地面割牛限制，^t穩(wěn)定的、較高的作業(yè)效率。2.可以實(shí)皿內(nèi)空間中各種物理信息的3隹皿集，這是該技術(shù)的Si要優(yōu)勢(shì)，，的采樣^^-陣列對(duì)辦呈現(xiàn)該種類(lèi)信息的^^布情況。例如在雜離研究中，我們可以得到雄的氣溫梯度分布圖、自然^feM5跛分布圖、氣艇動(dòng)三維鄉(xiāng)，這斷于科學(xué)魁正漸艮有價(jià)值。3.設(shè)備小巧運(yùn),^ffl^:低、操作便捷、啟動(dòng)fflil，可以^作業(yè)獲得目標(biāo)在時(shí)間上的變化情況。以鋰電池和預(yù)iJ電機(jī)為動(dòng)力源的1IMt空器不僅^^小、SM輕，tiS合超內(nèi)飛行，而且啟動(dòng)容易，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)即可。工作過(guò)程中所需對(duì)故的輔助工作就是充電以及將存儲(chǔ)器中的im下載下來(lái)，所以這一平臺(tái)反i^iiS快、作*低，如果有多塊電^as可以,工作。a^tt點(diǎn)使其可以獲得目標(biāo)空間物理狀態(tài)隨時(shí)間變化的情況。這一功能在禾頓中很有用，例如我們?cè)谠绯俊⒅形?、傍晚不同時(shí)艦同一個(gè)實(shí)驗(yàn)wmi行觀測(cè)，就可以得到窒內(nèi)、變化曲線，并5ii種鵬是"四維"的，不僅有時(shí)間軸上的變化情況，同一個(gè)時(shí)間段的tm凝^^維分布式的。需要嫩卜說(shuō)明的是飛艇由于是懸浮飛行器，所以停留在空中不需動(dòng)九電1flR是為了移動(dòng)和調(diào)整姿態(tài)。這就使它在同樣的電池?cái)y帶量的情況下可以比直升機(jī)類(lèi)飛行M空中停留更長(zhǎng)的時(shí)間，為長(zhǎng)時(shí)、ii^工^i^平臺(tái)凝出。采用地面相^遣技術(shù)也為保證飛行器的小型化、mM化,了^U:的保證。飛行器上不用^s艦用于定位的器材，而高精度的定位、導(dǎo)航設(shè)備M^輒幾百克、幾千克，采樣設(shè)備Sfch幾十克，如果為了魏定位設(shè)備而使得飛行器尺寸鵬可能導(dǎo)致本方案的離規(guī)。正^ffi了M^i糧fe^我們才倉(cāng)鵬U飛行器的最小化。4.對(duì)環(huán)^iiiS能力強(qiáng)，作業(yè)割頓求低。這一平臺(tái)非常適合室內(nèi)作業(yè)，飛行器平臺(tái)付親小，并且飛碟和us型平臺(tái)不僅自身有靈活飛行能力，而且高ii^^機(jī)械部分(例如螺,)ipm，在內(nèi)部，飛行驗(yàn)狹窄空間中飛行靈活而且安全，即使,建録面也沒(méi)有太大絲。除ittt夕卜，由于采用了^i糧技術(shù)，地面定位設(shè)備的構(gòu)造、《頓方法得到了極大的簡(jiǎn)化。細(xì)定焦(定焦是^i糧對(duì)相機(jī)的基本要求)、廣角鏡頭的定^照相機(jī)既不用變噍，也不用像激光測(cè)距儀妒品需要l^j云臺(tái)^^準(zhǔn)飛機(jī)，只魏相l(xiāng)fl^角落里倉(cāng)辦拍到飛機(jī)即可，而5Jc置的^s是比較自由的，幾個(gè)相機(jī)之間的相對(duì)距離、方向也不用Ax測(cè)量，計(jì)tm在后期處sM析相片時(shí)《i就會(huì)算出。ig^我們作業(yè)帶來(lái)了極大方便，桌子、墻面、地面，樹(shù)可位wfpr以架設(shè)相機(jī)。該系艦環(huán)境的its性非常好。5.多功能平臺(tái)。四種飛行器的lf^使用，尤其i!31飛碟、^M兩種平臺(tái)的組合，該平臺(tái)可以tt^亍建筑物理研究領(lǐng)域很多KIM的室內(nèi)I^采樣任務(wù)。正ift胃"一機(jī)多能"?？傊?，^柳微型無(wú)人飛行器作為采樣平臺(tái)"解放"了我們的雙手，也"解放"了信rn^集的"妒力"；而翻地面相艦飛行器和魏同期拍照逃行M^i懂定位駄貝提"解放"了飛行器作業(yè)平臺(tái)。這一^^方案的實(shí)質(zhì)是將定位設(shè)備從t/U:完雜移到地面，去掉飛行器的主要負(fù)擔(dān);在時(shí)間上將定位工作轉(zhuǎn)移到飛行、采樣任務(wù)誠(chéng)以后，在計(jì)mi^a行后期解析。這樣做有幾個(gè)好處首先飛行、采樣過(guò)程沒(méi)有了定位任務(wù)，時(shí)間縮短，作業(yè)時(shí)只需要操I(mǎi)WA員在增穩(wěn)器材的輔助下在有一^離間隔的航ah,飛行，盡量多的獲取不同高度、7jc平^SMai:的數(shù)據(jù)即可。這樣不13^人員離飛行水平要求斷氐，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程簡(jiǎn)單，而且保證了艦近似等時(shí)性。另外^i!K131拍照使飛行器空間，信息"存儲(chǔ)"在多張圖像中，再由if^w算，自動(dòng)^f!S高，所獲得的鵬不僅包括飛行ma^標(biāo)，還同時(shí)對(duì)魏內(nèi)空間進(jìn)行了三維測(cè)is^模，"一石二鳥(niǎo)"。當(dāng)劍門(mén)把各采樣點(diǎn)坐標(biāo)艦應(yīng)的物ai^入計(jì)tm頓的采樣點(diǎn)陣列^M和^^趣共同構(gòu)成的三維模型中，戯就是包含了測(cè)量信息、測(cè)量點(diǎn)陣列以及離環(huán)境的^果，從信息'I^M翻信息鵬、鵬合鵬""H呵成"的?！额Ds^i糧定位手段還,一個(gè)非常大的好處我們可以〗頓多架飛行器同時(shí)作業(yè)。如果用別的定位手段，多架飛行器同時(shí)定你就需要更多的定位設(shè)備，但;i^i量不用，只要飛行器出現(xiàn)在同時(shí)間拍攝的多^m片中，^s糧技術(shù)就可以對(duì)其定位，而不論目標(biāo)縫的多少。而艦于1^*說(shuō)，凡了解M^i量定位原理的都會(huì)知道，目標(biāo)特征點(diǎn)增多對(duì)于定^MJf具有好處。圖1是飛碟J^M飛行器作業(yè)平臺(tái)示意圖，A為俯視圖，B為主視1-螺旋槳做罩、2-頹l他機(jī)、3_螺旋槳、4-探頭支架、5-備用探頭支架、6~飛行器娜、7-發(fā)光管、8-敏、^設(shè)備艙、IO"S親翼、11-方向舵、12-7jC平尾翼、13-氣囊、14-尾槳旋翼、圖2是mMl^^^臺(tái)示意圖；其中，A為主視圖，B為右視圖；圖3是!|^機(jī)作業(yè)平臺(tái)示意圖；其中，A為主視圖，B為俯視圖4是作業(yè),湯示意圖G劃月至少魏三綱機(jī)，數(shù)難多拍攝范圍f^r，更不容易產(chǎn)生拍攝"死角")，其中，A為俯視圖，B為主視15—飛《亍器、16—1號(hào)相機(jī)、17-2號(hào)相機(jī)、18—3號(hào)相機(jī)、19"^m^卜墻、20"建mjl頂；圖5是作鵬帝瞻號(hào)#^意21-電子時(shí)鐘、22-;l^m圖6是AX作業(yè)方法人-mX俏試示意圖7是本發(fā)明設(shè)計(jì)方案的人-mX^^示意圖8，制4^原理簡(jiǎn)圖9是飛行器用艦(伺服器)控制鵬圖10J^fflS^i糧獄對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行精確定位的實(shí)例1示意圖;圖IOA被測(cè)目標(biāo)實(shí)物照片，圖10B為按照需對(duì)尋到目標(biāo)上的特征點(diǎn)的三鄉(xiāng)i^標(biāo)，圖10C為軟件糊機(jī)的自身坐標(biāo)、鏡頭方向進(jìn)行的三維定位，圖10D為利用圖像得到擬真的計(jì)^mt難3對(duì)IM^;圖11JKffl^i量技術(shù)對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)《灘確定位的實(shí)例2示意圖；圖11A為塔頂航拍照片舉例，圖11B為i^糧軟件解算出的特征點(diǎn)Hl佳點(diǎn)云亂圖UC為軟件計(jì)算出的每張照片對(duì)應(yīng)的相機(jī)，和鏡頭方向，圖11D為領(lǐng)絵皿(H^隹模型)；圖12是實(shí)例3中由相機(jī)2在作ikii程中拍攝的一^M片，可見(jiàn)相機(jī)l和飛機(jī)；圖13是由軟件計(jì)算出的M平方向觀察測(cè)點(diǎn)的H^^M;圖14是由軟件計(jì)算出的從鳥(niǎo)敗^向觀察測(cè)點(diǎn)的三維,。實(shí)施例h第一、,飛行器的繊，'鵬飛行紫5t4ifi傳感設(shè)備或傳驗(yàn)以膽內(nèi)im^的分析。就像人員在室內(nèi)工作時(shí)^ict熱量、攪動(dòng)氣流，mMMS器也會(huì)或多，^內(nèi)環(huán),，響。我們Mfe^手affia種糊船i纖的離。飛機(jī)、11是糊力飛行，發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)駐要的干擾因素，會(huì)產(chǎn)生噪音、振動(dòng)、縱熱量、內(nèi)艦驗(yàn)iaa會(huì)排出航，螺麟也^t^氣流的變化。根據(jù)任錄點(diǎn)，我們選擇mM^i他機(jī)作為動(dòng)力源，和熱機(jī)相比，電機(jī)的馬力小、續(xù)航時(shí)間短是缺點(diǎn)，但就于室內(nèi)ifflS離作鵬不駐要問(wèn)題。電機(jī)的震動(dòng)、噪音相對(duì)小很多，啟動(dòng)、關(guān)閉容易，可以在空中間歇作業(yè)，而艦沒(méi)有污染，所以是驗(yàn)合的動(dòng)力源。頹U電機(jī)艦?zāi)瓴懦霈F(xiàn)的新型動(dòng)力電機(jī)，其效率可以超IJ95%以上，而普通電機(jī)的效率約為50%，所以不僅在同樣的飛行器上電機(jī)、電池的MW以做的更小，而且散發(fā)的熱量非常少，對(duì)于環(huán)境的影響小。按照前文所逸的一般作業(yè)要求，總重量為400-500克的！W機(jī)需要一個(gè)最大動(dòng)力輸出約為200瓦的^ij電機(jī)，相應(yīng)轉(zhuǎn)化為熱能的功率為10瓦，可以計(jì)算出5^H+的工作釋放的熱能為3000焦耳，這些^i究竟有多少呢？在理想情況下(不計(jì)旨時(shí)間段內(nèi)的熱散失)倉(cāng)灘將IOOO立方米(邊長(zhǎng)10米的正方形房間)的空氣M提高0.0023度。艦沒(méi)有考慮到電機(jī)并非一直滿負(fù)荷工作，而且"^需的水平繊力比餅粉J嚇多，50駐右即可滿足。與之相比較，一個(gè)從事中度體力勞動(dòng)的成年男子"^消耗的熱量約為3000大卡，即12540000焦耳，3MI^量大多被tm掉，按12小時(shí)工作平均計(jì)算，估算55H+工作散熱近80000焦耳。由此劍門(mén)可以看出f頓微型航空器不僅不會(huì)增加嫩卜熱量，而且由于了工作人員數(shù)量和作業(yè)時(shí)間，還有利于提高戯準(zhǔn)確度。我們所需要注意的就是把探頭設(shè)置被巨離發(fā)動(dòng)機(jī)比較遠(yuǎn)的位置^置在飛行器的端部、前部，這樣發(fā)動(dòng)a^者其他電子部件散發(fā)的熱量就不會(huì)對(duì)結(jié)果有餘測(cè)MTO時(shí)也是一樣的，方法，將$31，于飛行器并_&5^*伸出一離巨離(各種飛行器的魏飾敏樣設(shè)計(jì)的)，測(cè)量結(jié)職不會(huì)受到機(jī)翼、螺龍槳等部艘氣繞流的影響。飛行器懸停的時(shí)候測(cè)得的S3IE是室內(nèi)空氣的真實(shí)流速。與內(nèi)艦不同，電機(jī)的魏很高、振動(dòng)頻率高、幅度很小，現(xiàn)在電子產(chǎn)品都會(huì)辦承^^ltSS的振動(dòng)，所以采用電af^于消除了振動(dòng)的影響。電機(jī)&I作的時(shí)^a^產(chǎn)生一定,的高頻噪音，螺g葉撥動(dòng)空氣也會(huì)發(fā)出聲音，在聲音測(cè)量方面艦是不能機(jī)受的，所以我們細(xì)，作為聲場(chǎng)測(cè)量平臺(tái)。，^tJt電機(jī)可以間虹作，^^樣過(guò)程中，m^手可控制電機(jī)、螺旋槳暫時(shí)停lhX作，得到該點(diǎn)的采樣艦后再打開(kāi)動(dòng)力，這樣就不錄響測(cè)量結(jié)果。觀可以,辦，不會(huì)像飛娜樣'糊力鵬,來(lái)，而且利用自身慣性仍可由方向舵面控制姿態(tài)，采樣^0需要轉(zhuǎn)移采樣點(diǎn)時(shí)，可以恢復(fù)^4力。第二、離物M^樣用傳感設(shè)備或傳麟的麟常見(jiàn)辨^^樣設(shè)備的性能織。目前采樣設(shè)備的總重已經(jīng)獸辦滿足小型飛行器對(duì)荷載的要求，這些設(shè)郷改實(shí)現(xiàn)了小型化、微型化，鵬飛行器空中作業(yè)平臺(tái)也可以承載他們進(jìn)行采樣作業(yè)。財(cái)卜，鵬設(shè)備大部分錢(qián)分布于外殼、電源、充電鵬、液晶顯示器及其附屬W^部件，魏到飛行平臺(tái)上以后有鄉(xiāng)件沒(méi)有用(例如外殼、液晶屏、220伏市電充電TO^)，鵬，分可以整合、共享(例如電池)，有，件需要獨(dú)立出來(lái)安裝(例如探頭部分)，所以我們需要^a^器材進(jìn)行e^mmij,去軒必變的部件，把敏部創(chuàng)竝出來(lái)，添加離鵬部分，這樣設(shè)備總龍、^p還可以縮減很多。^采樣設(shè)備包括但不限于1、AZ8928噪新十，噪^*§A環(huán)境噪音:40130dBC臓噪音45130dB辦率0.ldB準(zhǔn)確度土2dB(ref94dB肌KHz)響應(yīng)時(shí)間選擇FAST鵬/SLOW(働頻率范圍3008畫(huà)z顯示4位液晶及細(xì)顯示信，出AC/DC信號(hào)輸出AC:0.707Vrms操作/儲(chǔ)魏鵬0°Cto50。C<80%R.H—10°Cto60°C〈70%R.H尺寸72X182X30nra重量150g供電電源9V電池2、AZ8918^/Sit/驢儀難范圍艦1.l~20m/s，m:-10。C50。C，？破:0100%(僅8918)^M率Mil:0.lm/s，0.rC,鵬0.1%，單位轉(zhuǎn)換Milm/s，ft/min，MPH，knots,Km/hr，、鵬'C/下，鵬度鵬土2%，、鵬:±1'。，顯示2X4四位if[^M示LCDj^Uim同時(shí)顯示，尺寸180度打開(kāi)時(shí)235X45X25咖，合閉時(shí)140X45X25,，Sl會(huì)如0g,供電電源1.5V電池供電，工作環(huán)境溫度0"50'C，濕度<90%RH。3、AZ8701憩驢儀技術(shù)織@范圍MS:5%95%R.H.，-1050°CC10122T)彌率o.ot.h.o.rc，o.l下準(zhǔn)確度鵬土4%鵬土rc尺寸16.5(H)X48.25(W)X170mm(L)顯示鵬^M^繊重量75g供電電源2X1.5VAAA電池附件皿，電池，^說(shuō)明書(shū)4、AZ8581IB^,鵬十技術(shù)繊測(cè)量范圍0.0120000Lux/0.0012000fc(，形分四檔顯示，率衝氐O.OlLux/0.OOlfc(1FC=10.7641ux)準(zhǔn)確度±3%(Basicspec.)+10dgts尺寸142X42.3X26.4nm(LXWXT)Folded合閉>^態(tài)234X42.3X26.4nm(LXWXT)Fullyopened伸開(kāi)狀態(tài)顯示3位半液晶顯示重量90g工作環(huán)境-580°C供電電源9V，單節(jié)鈕扣電池5、空氣離刊憤器空氣離^i十?dāng)?shù)器用于檢測(cè)自然^AX產(chǎn)生的離子，如皿tt^素衰變、閃電和暴風(fēng)雨、等離子放電、離子^￡器、空調(diào)出風(fēng)口等產(chǎn)生的離子空氣離？H十?dāng)?shù)MA空氣(赫其它含離子的氣體)艦一辨行極板裝置。夕剛的兩塊極板保持正的或負(fù)的極化電EE，中間皿性l^測(cè)極板。極板空氣間隙4nm，極化電場(chǎng)^El000V/m靈驗(yàn)高，可測(cè)離子濃度低到10個(gè)離子/cm3由于具W^的靜電防護(hù)和強(qiáng)力的風(fēng)扇，即使在有很強(qiáng)的靜電場(chǎng)或有風(fēng)的不利制牛下也肖餘出精確的讀數(shù)響iSilg快！P、需約2秒，提高測(cè)微率條小重量輕，操作簡(jiǎn)單方便測(cè)量范圍10~1，999,000ions/cm3精度士2諷對(duì)旨離子(遷移率大于8Xl(h5m/sperV/m)穩(wěn)定時(shí)間響應(yīng)時(shí)間2秒，正負(fù)離^i刀換10秒噪聲10ions/cra3(10秒內(nèi))串?dāng)_l:5000(離，擇性，正負(fù)離子間的干拋電池9V^性電池，備用擾態(tài)10h，測(cè)影h尺寸重量175X90X65(咖)/450g6、Radalert1(XHi^N^^靴Radalertl賺線檢測(cè)儀是一,魏用蓋革計(jì)數(shù)器，用于檢測(cè)a、P、Y和X繊。LCDit字顯雜數(shù)，可選^5H"H十?dāng)?shù)(CPM)、raR/hr頓iti十?dāng)?shù)，最萌達(dá)350，匿P蜮l(KM/hr。每次計(jì)數(shù)條紅feLED閃;^于湘!^n鳥(niǎo)聲l1^。當(dāng)輻射超,戶設(shè)定水平時(shí)有聲音報(bào)警。RadalertlOO^iWEi^證要求柳領(lǐng)域監(jiān)測(cè)個(gè)人繊暴露量區(qū)^M1界監(jiān)測(cè)檢測(cè)繊泄漏和污染確保1f^理部門(mén)規(guī)定監(jiān)測(cè)本底繊的變化核物理原理演示檢魏射性礦物駄規(guī)格傳感器卣m^卒滅齊iJGM檢測(cè)器，^^底窗(LND712)密度1.5-2.0mg/cm2，側(cè)壁為O.3ram的糾46不銹鋼顯示四Ml:液晶顯示，纟MJ^測(cè)量范圍0.001-110.00mR/hr或0.01-1100pSV/hr，計(jì)數(shù)(h350,OOOCPM^CPS:(h3，5(X)，總計(jì)數(shù)l-9'999，000;校準(zhǔn)Cs-137(gamma)靈敏度1000CPM/mR/hr(對(duì)Ks-137)精度±10%(典型)，士15fa報(bào)警用戶可調(diào)報(bào),別，三個(gè)調(diào)整按鈕(當(dāng)輻射7jC平超鵬戶設(shè)定值時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警)計(jì)數(shù)燈^K十?dāng)?shù)，紅組E響爍聲音^H十?dāng)?shù)，蜂鳴器聲音提示何以體成歸)輸出兩用mM插孑L^ti十?dāng)?shù)到it^m、記錄器、教學(xué)繊ife^^^其它CMOS兼容設(shè)備。超ms插孑L^^輸出到夕階;w、放大器或磁帶錄音機(jī)電源9V電池尺寸重量150X80X30nim，225g(含電衝7、TES-1392電^yaajS鵬器駄規(guī)格讀腿示3-1/2位液晶顯示器，最大讀值1999檔位200/2000亳高斯，20/200微泰斯拉14頻寬翻頭繊度0.1/l毫高斯，0.01/0.1微泰斯拉30Hz到300Hz糊±(3%+3創(chuàng)在50Hz/60HZLCD顯示〃0L〃約0.4秒4WA堿性電池(,堿性電衝約60小時(shí)0'C到40°C(32°F至lj104T)相X^Sg80)6以下-10°C到60°C，相)M"SS70)6以下約165公克lll(長(zhǎng))X64(寬)X34(高)mm取樣時(shí)間電源電M^錢(qián)尺寸內(nèi)存容量最大一組可記錄15750筆以下結(jié)合附圖自備構(gòu)itj^aa行分析。微型飛行器可以自己制作，也可以購(gòu)買(mǎi)成熟的產(chǎn)品進(jìn)行離，敝務(wù)荷載安鏈i鵬的飛行器上荊吏之可以正常工作即可。主魏求勤卜殼倉(cāng)辦在於方向上做螺麟不^i4碰^i^面。安裝的原則任務(wù)荷載中的探頭部分與發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋槳等干擾部ft^f一超巨離，對(duì)于飛機(jī)一麟用從飛行器前端(前進(jìn)方向)伸出探桿，在探桿上安織頭。球類(lèi)飛行器表面積大，探頭可以根據(jù)需要貼在nn表面。探頭的探測(cè)朝向可以根據(jù)任婦要而改變，但是探頭Pf翻于職定位的m二極管、熒光材料^/S^S在飛行器底面，因?yàn)檎說(shuō)fi+幾一mSTitk面，比飛行^g低而鏡頭上仰拍M^致。采樣用控制電路(包^^電接收機(jī)、電子時(shí)鐘、采條儲(chǔ)器)等腿在飛行器倉(cāng)身內(nèi)，通過(guò)信號(hào)雜線與探頭相連。如圖4麻為作業(yè)itt湯示意圖，圖中以一個(gè)大型^m^m^內(nèi)作業(yè)為例。我們事先將多個(gè)相機(jī)擺放于繊室內(nèi)^^卜墻的於角落(如圖中給出3個(gè)相機(jī)分別為16、17、18)，鏡頭朝向室內(nèi)空間中^E域。飛行器(如圖中15)則^^人員控制，在空間中,飛行并采樣，各相機(jī)在某一時(shí)刻同WttSM片，獲取飛行器當(dāng)時(shí)的空間^L置。這一作#31程不行，就可以3^對(duì)飛行器進(jìn)行定位了。說(shuō)明相難多、鏡頭,角，定位"盲區(qū)"越少，不論飛行器到何位置都能保證同,到飛行器的照片數(shù)量。如果購(gòu)置多個(gè)同型號(hào)相10^#購(gòu)買(mǎi)廣角鏡絲困難，可以細(xì)分區(qū)作業(yè)的方法，例如從場(chǎng)地中軸線劃分，艦一半空間作業(yè)，將鏡頭對(duì)徵一半空間拍攝，飛行器也,一半空域飛行作業(yè)。1^JS再采樣另一半空間的I^。圖5是作業(yè)控制信號(hào)傳輸示意圖，圖中離器20由操作人員幫，主要功能是通過(guò)多通道無(wú)線電信號(hào)控制飛行器15飛行，利用剩余的一^lifflS制系統(tǒng)時(shí)鐘19的開(kāi)關(guān)。當(dāng)此通道開(kāi)關(guān)打開(kāi)，相機(jī)(16、17、18)和飛行器上的g^l賠啦翁臘號(hào)，時(shí)鐘脈沖開(kāi)始同步計(jì)時(shí)^S制相機(jī)以一定時(shí)間間隔拍攝、控制采樣設(shè)備進(jìn)行采樣并存儲(chǔ)im。時(shí)鐘脈沖是用來(lái)保證每一次拍攝、數(shù)據(jù)采樣的時(shí)間糊性、共時(shí)性。圖6是Ax作業(yè)方法人-mxf^:示意圖，圖中采樣設(shè)備ii51^鍵、傳繊、顯示屏、1^-接口與外界信息溝通。人員操作按鍵，鵬器單元收到指令后讀傳麟的采樣麵，可以存儲(chǔ)到內(nèi)存中，并在顯示屏^M示出來(lái)供人員讀數(shù)。在作業(yè)完成后，人員可以將所有的M下載到i+算祉。圖7是本發(fā)明設(shè)計(jì)方案的人-豐;u:條式示意圖，圖中原^^樣設(shè)備MA飛行纖室中，去掉按鍵輸入單^pim顯示屏輸出單元，代之以，電控制信號(hào)接收機(jī)和時(shí)鐘脈沖單元。，電;Slrtfi^出飛行器飛行控制信號(hào)和時(shí)鐘開(kāi)雑號(hào)，飛ai:的琉電接收機(jī)接收兩種信號(hào)，一種控制飛行，另一種:時(shí),制采樣,單元。采樣,的存儲(chǔ)和計(jì)穀幾，工作與AX作業(yè)相同，區(qū)別在于在存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)的同時(shí)也存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息。相機(jī)配備的琉電接iBcaR接收時(shí)鵬翁臘號(hào)，fflil時(shí)^^制拍攝間隔時(shí)間。最終采樣獲得的繊、對(duì)應(yīng)的時(shí)間和拍攝得到的照片^T入后期處理計(jì)飾，最終采樣職顯琉鵬者。圖8^$制鵬原理簡(jiǎn)圖，圖中趟^lt機(jī)(離器)有七個(gè)控制鵬(CH1"CH7)，CH1"CH6用來(lái)控制飛行器的油門(mén)、升,、副翼、方向舵、魏離面，必須是比例鵬的，所以人員ffi31調(diào)整電位器的電阻皿4^制飛行器舵面相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度(或者油門(mén)、槳矩大小)，實(shí)際使用中，電位鵬有類(lèi)似飛機(jī)操縱桿的夕卜形，人員可以艦報(bào)方便的鵬。鵬7(CH7)只用來(lái)控制采樣和定位作業(yè)的開(kāi)始/停止，所以只要一個(gè)開(kāi)^13i即可，開(kāi)^J丁開(kāi)，拍攝和采樣工作，開(kāi)絲閉，則作業(yè)停止。aiWl將這些電阻變化或開(kāi)關(guān)通斷變化加以調(diào)串咖載到趟電調(diào)頻信號(hào)艦織鄉(xiāng)到空間中，接iWil3i殘接收下5l6^無(wú)線電信號(hào)并解調(diào)，控制各M3t^生相應(yīng)動(dòng)作。飛行器上的接收機(jī)接收所有七個(gè)鵬的信號(hào)。第一個(gè)M與電腿接，控制飛fi^J力輸出大?。坏诙恋诹i與各舵面伺服器相連，控制伺服鵬臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而控制舵面變化，按照人員操作產(chǎn)生飛fi^J作；第^Mir出的開(kāi)關(guān)控第賠號(hào)與脈沖發(fā)生單元的脈沖信號(hào)都連接到一個(gè)與門(mén)邏輯電路，其工作原理是，只有當(dāng)開(kāi)雜制信號(hào)和時(shí)f幅號(hào)都為高電平(即標(biāo)"丌始工作")時(shí)，邏輯電路才織出采樣控制信號(hào)，進(jìn)行一7嫁樣。我們預(yù)先設(shè)定好時(shí)鐘間隔，這樣采樣工作就可以按照需要間隔進(jìn)行。相ai:的接收機(jī)只接收第^3t的信號(hào)，工作原理與飛行器采樣控制相同，時(shí)鐘間隔可以和飛行器時(shí)鐘設(shè)置成一樣的，這樣每一個(gè)采樣對(duì)應(yīng)一個(gè)定錢(qián)標(biāo)，當(dāng)然也可以將采樣設(shè)得更"密"一些(間隔短于拍攝)。鵬是飛行器用艦(伺服器)控制TO圖，圖中左邊為接收Kl4it算芯片，可以接收各鵬控帝瞻號(hào)，并實(shí)Mil、鵬、動(dòng)作延鴨飛行控帝隨彰力能。艦,離換鵬，最雜制信號(hào)Wl^右tim^制芯片8253。1応片離審1鵬轉(zhuǎn)換為伺服器^1鵬帝賠號(hào)，方波的脈沖1^^制伺服臂$#^角度。伺服M"H^，一顆與控制芯片連接，為信號(hào)線，另兩為動(dòng)力線,用^^接電源。^卜舵lae制芯片也，一個(gè)時(shí)鐘脈沖單元3，產(chǎn)生頻率為lMHz的時(shí)^ft號(hào)，用于控制伺服器動(dòng)作。第三、測(cè)量點(diǎn)的繊空間定位實(shí)例實(shí)例l、陜西省某史前聚落艦鵬測(cè)繪。2007年6月，發(fā)明Affi小型固定翼飛,陜西省1t^地區(qū)子洲縣"金山衆(zhòng)，艦(省級(jí)文鵬護(hù)單位)及其周邊局部山將^jft行了航拍、三餘測(cè)繪。航拍過(guò)程是飛機(jī)圍繞目標(biāo)周圈飛行，測(cè)繪對(duì)于航線的精確性、拍攝的距離并沒(méi)^l^要求，可以^流、地形等割牛比較自由的作業(yè)，需要注意的是如果對(duì)尋到^形狀目標(biāo)的M位置，那么照片要多，不能存'死角"，拍攝大多周圈進(jìn)行(圖10a)。所以用于測(cè)繪的實(shí)際照片數(shù)駄都多于三張，測(cè)繪^條更好。我們可以看出，艦計(jì)iW同一目標(biāo)的不同角度多張照片的解析，我們就可以按照需對(duì)尋到目標(biāo)上的特征點(diǎn)的H^挫標(biāo)了(圖10b)，附胃特征點(diǎn)可以是做目標(biāo)，只^S離、fef;等方面會(huì)g^在2張以上的照片中JlJilM覺(jué)可以分辨即可，例如一塊黑色的石頭、房屋的屋角、AX投射的亮點(diǎn)('皿點(diǎn)、點(diǎn)>^:丁、反光點(diǎn))等,以。另夕卜可以說(shuō)明的是，對(duì)h個(gè)S^i懂項(xiàng)目，拍攝機(jī)位不應(yīng)4吁3個(gè)，在3個(gè)以上(包括3個(gè))機(jī)位的MU:，^t別點(diǎn)如果只在ffi^照片中出現(xiàn)也是允許的，育,到三i,標(biāo)。在計(jì)算出特征點(diǎn)坐標(biāo)的同時(shí)，軟件&m機(jī)的自身坐標(biāo)、鏡頭方向進(jìn)行了三維定位。(圖ioc)軟件還可以利用圖像得至艦真的計(jì)^U難三會(huì)MM^m(圖iod)。實(shí)例2、山西應(yīng)縣^i荅i翻測(cè)繪。山西省應(yīng)縣佛宮^l塔通常被稱(chēng)作應(yīng)縣木塔，建于遼代，高六十多米，是世界±古老、最高大的全木結(jié)構(gòu)離，是國(guó)織重點(diǎn)文物微單位，已經(jīng)列入世界文tt;m^備選名單。辨國(guó)家文物部門(mén)決定對(duì)擬荅進(jìn)行一次大規(guī)^^修，塔上大部分區(qū)^A員可以攀,見(jiàn)測(cè)，但是頂部?jī)H有一個(gè)幾十iK的小口供出入，且頂^M大容易滑倒，AX作業(yè)十，險(xiǎn)，所以今年9月發(fā)明人《柳了小型^AJW機(jī)攜帶高彌糊機(jī)，飛到距離i魏報(bào)約10~30米左右的距離雖空間各個(gè)角度對(duì)頂部進(jìn)行了航拍，從圖像中可以分辨每一塊磚瓦的保#^況、破壞情況，這樣就不用人員社面進(jìn)4琉險(xiǎn)作業(yè)。航拍^SUS對(duì)航片進(jìn)行了測(cè)繪作業(yè)，得到^i荅頂部的三維測(cè)繪圖，精度達(dá)到駄級(jí)，滿足一股測(cè)繪應(yīng)用的要求。從測(cè)繪圖上可以精確湖懂出塔尖的傾斜方向和角度、蓮花座的原有皿和破壞程度、金屬鼓座的銹蝕禾i^等。這些結(jié)論都為后續(xù)修繕工作打下了良,礎(chǔ)。圖ii中，圖iiA為塔頂航拍照片鄉(xiāng)ij(為滿足S^i糧的照片數(shù)量要求，實(shí)際在其它角度還拍攝了多張照片)，圖11b為g^i!l量軟f牛解算出的特征點(diǎn)三維點(diǎn)云圖，圖11c為軟件計(jì)算出的每^M片對(duì)應(yīng)的相機(jī)，和鏡頭方向，圖11d為測(cè)繪成果(3隹模型)。從以上兩個(gè)實(shí)例可以看出1.本發(fā)明方案中的^l^t一S^i懂技術(shù)對(duì)于拍攝位置的確沒(méi)有特別要求，軟件倉(cāng)灘對(duì)相機(jī)坐標(biāo)、敏方向進(jìn)fiM。只要各機(jī)位W^:的拍攝角度區(qū)別即可，照片數(shù)量不能奸3張，當(dāng)然對(duì)于某—目標(biāo)，^多艦，可以保證沒(méi)有死角。對(duì)于本發(fā)明方案，主要被測(cè)點(diǎn)僅為1個(gè)a^l個(gè)(允許多架飛機(jī)同時(shí)作業(yè))，張數(shù)不必像測(cè)量山體、古^ma么多。2.得到被測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)JiM^ll量的基^^能，正Jt在這一環(huán)節(jié)的MU^I'^m目標(biāo)厲型和其他3.對(duì)于本發(fā)明方案中飛行器的定位方案推證已知我們可以對(duì)固定不動(dòng)的目標(biāo)有瓶lim地拍攝多張照片進(jìn)行測(cè)繪。如果我們S3d3fe看，用幾個(gè)相同的相機(jī)同時(shí)對(duì)某一個(gè)場(chǎng)皿行拍攝，即使這個(gè)場(chǎng)景中有、凝元素，在拍攝的瞬間它也是糊定的體的，我們同樣可以獲得這個(gè)位置的坐標(biāo)。如果劍門(mén)不停的拍攝，就可以獲得這個(gè)胸元素相對(duì)于齡場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)車(chē)爐了。這就是本發(fā)明方案的采樣點(diǎn)定位原理。第四、澳爐點(diǎn)的繊空間定位與物aira^實(shí)例實(shí)例3、^m^內(nèi)空間中Mjg的三纟t^樣^ia^地點(diǎn)天^:，三學(xué)生，內(nèi)^^^i的設(shè)備一架旋翼直徑為50JS^的電動(dòng)直升機(jī)，9Mit，^M^設(shè)備1，電子速iiaK計(jì)一個(gè)，測(cè)難度0.1攝氏度，兩部佳能s80數(shù)碼相機(jī)，28絲鏡頭，800萬(wàn)像素，兩個(gè)實(shí)^g和結(jié)果實(shí)，作中獲得7個(gè)點(diǎn)的^，i^中我們可以看出^室內(nèi)m分布規(guī)律^Lh^S高Tife面,、夕卜墻P^a低于魏中部。齡作^i!Smfl"機(jī)僅消耗一個(gè)11.4伏2200穀時(shí)鋰電池的電能，非飾省t&源。如圖12-14麻，畫(huà)面中的兩個(gè)相機(jī)是由測(cè)繪軟件計(jì)算得至啲，與拍攝時(shí)的相機(jī)錢(qián)相船(在拍攝時(shí)相機(jī)的擺放是亂意的，沒(méi)有紐事先定位)。粗線條標(biāo)出飛《亍器的^^動(dòng)，7個(gè)點(diǎn)為獲纟#^時(shí)的飛"應(yīng)點(diǎn)位。測(cè)雖果表:<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>注鋼架下表面SKfe面實(shí)際高度為5.9米。關(guān)于S^i糧定位精度根據(jù)i^S懂軟f^的指標(biāo)，^ffl消費(fèi)級(jí)數(shù)碼相機(jī)的設(shè)備測(cè)4^差不大于1/2000，考慮到人為操作泖M^M，如，頭W逝有微型光源^^S，實(shí)際作業(yè)平均定位精度約為1/1000，對(duì)于100米長(zhǎng)的離，即體小于10駄；如果沒(méi)有^^燈，由于相機(jī)像素?cái)?shù)不夠高、室內(nèi)環(huán)境昏暗，只倉(cāng)樹(shù)飛行器機(jī)條心部鄉(xiāng)行定位，實(shí)際誤差最大不鵬30駄。在^[^內(nèi)狹小空間中，f頓2部以上數(shù)碼相機(jī)，利用M^i量S^對(duì)飛行平臺(tái)進(jìn)行空間三維定位，^ffl飛行器獲取物敏樣,是完全可行性的。權(quán)利要求1、一種建筑物理數(shù)據(jù)快速三維采樣方法，其特征在于，該方法依次包括以下各步第一、室內(nèi)飛行用微型無(wú)人飛行器的選擇，采用由遙控器控制的微型無(wú)人飛行器；第二、建筑物理數(shù)據(jù)采樣用傳感設(shè)備或傳感器的選擇，根據(jù)所需采樣的物理數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的傳感設(shè)備或傳感器；第三、系統(tǒng)同步時(shí)鐘的建立為保證建筑物理數(shù)據(jù)采樣與定位的同步，建立一個(gè)在各數(shù)據(jù)采樣用傳感設(shè)備或傳感器上，以及攝影測(cè)量定位用相機(jī)上設(shè)置由接收機(jī)控制的系統(tǒng)同步時(shí)鐘，由操縱微型無(wú)人飛行器的遙控器發(fā)射無(wú)線電控制信號(hào)，通過(guò)接收機(jī)控制系統(tǒng)同步時(shí)鐘的啟/閉；第四、建筑物理數(shù)據(jù)的采樣上步建筑物理數(shù)據(jù)采樣用傳感設(shè)備或傳感器上設(shè)置的接收機(jī)接受到遙控器發(fā)出的控制信號(hào)后，啟動(dòng)系統(tǒng)同步時(shí)鐘，開(kāi)始采集建筑物理數(shù)據(jù)；第五、測(cè)量點(diǎn)的精確空間定位采用近景攝影測(cè)量方法對(duì)采樣點(diǎn)精確空間定位，該方法的具體步驟是a)、相機(jī)的選擇，在同一次作業(yè)中，選用至少2部以上完全相同的相機(jī)，并且參數(shù)設(shè)置也完全相同，以保證照片的一致性；b)、相機(jī)的放置，與監(jiān)控?cái)z像機(jī)的放置原則相似，不需要確定相機(jī)的坐標(biāo)，將相機(jī)放置于靠邊的位置，并且拉開(kāi)距離，使相機(jī)具有盡量大的、各自不同的視角范圍，各鏡頭之間的拍攝角度區(qū)別比較明顯；c)、系統(tǒng)同步時(shí)鐘的設(shè)置，為保證照片的拍攝時(shí)間一致性，在每部相機(jī)上設(shè)置一個(gè)由第三步建立的系統(tǒng)同步時(shí)鐘，該系統(tǒng)同步時(shí)鐘與接收機(jī)連接，用于接收由遙控器發(fā)出的系統(tǒng)同步時(shí)鐘的開(kāi)關(guān)信號(hào)；d)、相機(jī)快門(mén)控制電路的設(shè)置，與相機(jī)上的系統(tǒng)同步時(shí)鐘連接，按照事先設(shè)定好的時(shí)間間隔控制相機(jī)快門(mén)動(dòng)作，以便進(jìn)行拍攝；e)、完成測(cè)量點(diǎn)的精確空間定位，相機(jī)在接到快門(mén)控制電路發(fā)出的控制信號(hào)后，開(kāi)始對(duì)建筑和飛行器進(jìn)行拍攝，以便完成對(duì)各采樣點(diǎn)的精確空間定位。2、根據(jù)權(quán)利要求i所述的方法，其特征在于，戶;M的微型無(wú)人飛行器是直升機(jī)、氣球、飛碟、或飛艇。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的建筑物理l^采樣用傳感設(shè)備或傳麟是噪#1十、M3I儀、鵬儀、照度計(jì)、空氣離子計(jì)數(shù)器、射線檢測(cè)報(bào)警儀、或電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試器。全文摘要一種建筑物物理數(shù)據(jù)快速三維采樣方法。本發(fā)明利用微型無(wú)人飛行器承載相應(yīng)種類(lèi)的傳感設(shè)備、數(shù)據(jù)記錄裝置、信息傳回設(shè)備等，對(duì)大型建筑室內(nèi)物理數(shù)據(jù)(聲強(qiáng)、聲頻、溫度、濕度、照度、光色、氣體成分、電磁場(chǎng)強(qiáng)度、空氣離子濃度、輻射強(qiáng)度等)進(jìn)行采集，在空間中往返飛行并不斷獲得途徑各點(diǎn)的物理數(shù)據(jù)，同時(shí)利用攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)微型飛行器進(jìn)行定位。具體包括室內(nèi)飛行用微型無(wú)人飛行器的選擇，建筑物理數(shù)據(jù)采樣用傳感設(shè)備或傳感器的選擇，系統(tǒng)同步時(shí)鐘的建立，建筑物理數(shù)據(jù)的采樣，采用近景攝影測(cè)量方法對(duì)采樣點(diǎn)精確空間定位。由于飛行器移動(dòng)速度快且不受地面運(yùn)動(dòng)條件限制，所以即使空間采樣次數(shù)比地面作業(yè)大幅度增多了，也可以保證數(shù)據(jù)的等時(shí)性。文檔編號(hào)G01C11/00GK101290237SQ20081005210公開(kāi)日2008年10月22日申請(qǐng)日期2008年1月18日優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日發(fā)明者張玉坤,嚴(yán)李,哲李申請(qǐng)人:天津大學(xué)