基于gps接收器和雙攝像機的森林著火點定位方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠迅速、準(zhǔn)確判斷森林著火點位置的基于GPS接收器和雙攝像機的森林著火點定位方法。無人機上有第一、二云臺、第一、二攝像機、GPS接收器；無人機飛翔時，控制器把第一攝像機拍攝的圖像傳輸?shù)娇刂浦行?；如看到第一攝像機拍攝的森林著火圖像，無人機懸停；第二云臺轉(zhuǎn)動，控制器把第二攝像機拍攝的圖像傳輸?shù)娇刂浦行?；如看到第二攝像機拍攝的森林著火圖像，第二云臺停止轉(zhuǎn)動；控制器測定第二攝像機光軸與XwYwZw大地坐標(biāo)系中XwYw水平面的夾角B、與線段TS的夾角C、第二攝像機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)，若第一攝像機光軸與線段TS夾角D；著火點的坐標(biāo)E（XE，YE，ZE）：XE=LcosAcosB+XS；YE=LsinAcosB+YS；ZE=LsinB+ZS；其中L=MsinD/sin(180°-C-D)。
【專利說明】基于GPS接收器和雙攝像機的森林著火點定位方法

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

【背景技術(shù)】
[0002] 森林著火對森林的危害很大。為了能夠及時發(fā)現(xiàn)火情，一般在森林里構(gòu)建瞭望塔， 以人工進行定期觀察。也有采用帶有攝像機的無人機進行巡視的方法，無人機把拍攝的圖 像傳輸給控制中心，控制中心再度圖像進行技術(shù)分析，判斷有無著火，如果已經(jīng)著火，再根 據(jù)圖像與地形圖進行比對，判斷著火點的位置。這種方法，數(shù)據(jù)處理量很大，判斷時間長，而 且得到的著火點位置誤差很大，對救火、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)確判斷森林著火點位置的基于GPS接收器 和雙攝像機的森林著火點定位方法。
[0004] 本發(fā)明的基于GPS接收器和雙攝像機的森林著火點定位方法，在無人機上設(shè)置有 能上下旋轉(zhuǎn)的第一云臺；在第一云臺上設(shè)置第一攝像機和能夠左右旋轉(zhuǎn)的第二云臺，第二 云臺上設(shè)置第二攝像機；第二攝像機隨第二云臺轉(zhuǎn)動時，第二攝像機光軸與第一攝像機光 軸始終共面；第一攝像機和第二攝像機相連而成的線段TS長度為Μ ;在第二云臺上設(shè)置有 GPS接收器；用于與地面的控制中心的進行無線通訊的控制器分別與驅(qū)動第一云臺和第二 云臺動作的第一、二驅(qū)動器、控制無人機動作的駕駛中心、第一攝像機、第二攝像機、GPS接 收器電連接；所述著火點定位方法是： 在無人機在森林上方飛翔時，通過第一攝像機對森林?jǐn)z像，并通過控制器把第一攝像 機拍攝的圖像實時傳輸?shù)娇刂浦行模?如果在控制中心看到第一攝像機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，讓無人機懸停；以控制中心向控制器發(fā)送指令，控制第二云臺轉(zhuǎn)動，同時通過第二攝 像機對森林?jǐn)z像，并通過控制器把第二攝像機拍攝的圖像實時傳輸?shù)娇刂浦行?；如果在?制中心看到第二攝像機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 臺停止轉(zhuǎn)動； 控制器測定第二攝像機光軸與XwYwZw大地坐標(biāo)系中XwYw水平面的夾角Β、第二攝像 機光軸在水平方向上的投影與Yw軸的夾角A、第二攝像機光軸與線段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)，若第一攝像機光軸與線段TS的夾角 D ； 以下式計算出著火點的坐標(biāo)E (XE，YE，ZE): XE=LcosAcosB+XS YE=LsinAcosB+YS ZE=LsinB+ZS ； 其中 L=MsinD/sin(180° -C-D)。
[0005] 上述的森林著火點定位方法，把夾角C、夾角B、夾角A、XS值、YS值、ZS值通過控 制器發(fā)送至控制中心，在控制中心計算出著火點的坐標(biāo)E (XE，YE，ZE)并顯示。
[0006] 上述的森林著火點定位方法，GPS接收器設(shè)置與第二攝像機上，并位于第二攝像機 光軸上。這樣，能夠進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、兩個攝像機、云臺等有機的融合在無人 機上，控制器測定第二攝像機光軸與XwYwZw大地坐標(biāo)系中的XwYw水平面的夾角B、第二攝 像機光軸在水平方向上的投影與Yw軸的夾角A、第二攝像機光軸與線段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)已知的第一攝像機光軸與 線段TS的夾角D和線段TS長度Μ ;即可快速計算得到著火點的坐標(biāo)。該方法能夠快速發(fā) 現(xiàn)火情，及時得到著火點的確切位置，為救火提供有力支持，能夠減小火災(zāi)造成的損失。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0009] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0010] 參見圖1，在受地面遙控的無人駕駛飛機(無人機)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；在第一云臺上固定第一攝像 機，然夠繞Zw左右旋轉(zhuǎn)的第二云臺設(shè)置在第一云臺上。在云臺上固定有第二攝像機；GPS接 收器與第二攝像機相連，并位于第二攝像機的光軸上。第二攝像機隨第二云臺轉(zhuǎn)動時，第二 攝像機光軸與第一攝像機光軸始終共面。第一攝像機所在的T點和第二攝像機所在的S點 相連而成的線段TS長度為M。第二攝像機光軸與線段TS之間的夾角為D?？刂破饔糜谂c 地面的控制中心進行無線通訊，控制器分別與驅(qū)動第一、二云臺動作的第一、二驅(qū)動器、控 制無人機動作的駕駛中心、第一、二攝像機、GPS接收器電連接。
[0011] 第一云臺在第一驅(qū)動器的驅(qū)動下上下旋轉(zhuǎn)，固定在第一云臺上的第一攝像機、第 二云臺（及其上的第二攝像機、GPS接收器）一起隨第一云臺動作。第二云臺在第二驅(qū)動器 的驅(qū)動下繞Zw左右旋轉(zhuǎn)，固定在第二云臺上第二攝像機隨第二云臺動作。第二云臺的左右 旋轉(zhuǎn)角度和第一云臺的上下旋轉(zhuǎn)角度是由控制中心控制的，控制中心把需要第二云臺左右 旋轉(zhuǎn)的角度通過控制器發(fā)送給第二驅(qū)動器，把需要第一云臺上下旋轉(zhuǎn)的角度通過控制器發(fā) 送給第一驅(qū)動器，第一、二驅(qū)動器按照接收的指令驅(qū)動第一、二云臺轉(zhuǎn)動?？刂破髂軌?qū)崟r 計算出第二攝像機光軸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、第二攝像機光軸SE與線段TS的夾角C。 [0012] 以控制中心向駕駛中心發(fā)送指令，通過駕駛中心控制無人機在森林上方飛翔。
[0013] 在無人機在森林上方飛翔時，以第一驅(qū)動器控制第一云臺有規(guī)律的動作，并通過 第一攝像機對森林?jǐn)z像，并通過控制器把第一攝像機拍攝的圖像實時無線傳輸?shù)娇刂浦?心。
[0014] 如果在控制中心看到第一攝像機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，讓無人機懸停；以控制中心向控制器發(fā)送指令，通過第二驅(qū)動器驅(qū)動第二云臺轉(zhuǎn) 動，同時通過第二攝像機對森林?jǐn)z像，并通過控制器把第二攝像機拍攝的圖像實時傳輸?shù)?控制中心；如果在控制中心看到弟-攝像機拍攝的森林著火的圖像，以控制中心向控制器 發(fā)送指令，通過第二驅(qū)動器讓第二云臺停止轉(zhuǎn)動。
[0015] 著火點E同時位于第一攝像機和第二攝像機的光軸上。
[0016] 參見圖2,通過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、第二攝像機之間距離很小，可以認(rèn)為GPS接收器、第二攝像 機均位于S點。通過控制器得到第二攝像機光軸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、第二攝像機光軸SE 與線段TS的夾角C。
[0017] 把夾角C、夾角B、夾角A、XS值、YS值、ZS值通過控制器發(fā)送至控制中心，再加上 線段TS長度M、第一攝像機光軸TE與線段TS的夾角D均是已知的。在控制中心以下式計 算出著火點的坐標(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接收器和雙攝像機的森林著火點定位方法，其特征是：在無人機上設(shè)置有 能上下旋轉(zhuǎn)的第一云臺；在第一云臺上設(shè)置第一攝像機和能夠左右旋轉(zhuǎn)的第二云臺，第二 云臺上設(shè)置第二攝像機；第二攝像機隨第二云臺轉(zhuǎn)動時，第二攝像機光軸與第一攝像機光 軸始終共面；第一攝像機和第二攝像機相連而成的線段TS長度為Μ ;在第二云臺上設(shè)置有 GPS接收器；用于與地面的控制中心的進行無線通訊的控制器分別與驅(qū)動第一、二云臺動 作的第一、二驅(qū)動器、控制無人機動作的駕駛中心、第一攝像機、第二攝像機、GPS接收器電 連接；所述著火點定位方法是： 在無人機在森林上方飛翔時，通過第一攝像機對森林?jǐn)z像，并通過控制器把第一攝像 機拍攝的圖像實時傳輸?shù)娇刂浦行模? 如果在控制中心看到第一攝像機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，讓無人機懸停；以控制中心向控制器發(fā)送指令，控制第二云臺轉(zhuǎn)動，同時通過第二攝 像機對森林?jǐn)z像，并通過控制器把第二攝像機拍攝的圖像實時傳輸?shù)娇刂浦行?；如果在?制中心看到第二攝像機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 臺停止轉(zhuǎn)動； 控制器測定第二攝像機光軸與XwYwZw大地坐標(biāo)系中XwYw水平面的夾角Β、第二攝像 機光軸在水平方向上的投影與Yw軸的夾角A、第二攝像機光軸與線段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)，若第一攝像機光軸與線段TS的夾角 D ； 以下式計算出著火點的坐標(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值通過控制器發(fā)送至控制中心，在控制中心計算出著火點的坐標(biāo)E (XE，YE， ZE)并顯示。
3. 如權(quán)利要求1所述的森林著火點定位方法，其特征是：GPS接收器設(shè)置與第二攝像機 上，并位于第二攝像機光軸上。
【文檔編號】G01C11/08GK104061910SQ201410316046
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】何誠, 張思玉 申請人:南京森林警察學(xué)院