一种基于GIS+BIM的机场辅助无人机选址系统的制作方法

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于gis+bim的机场辅助无人机选址系统。

背景技术：

近年来，无人机制造成本不断降低，性能优势愈发凸显，如今已经广泛用于航拍、巡检、测绘、植保、救援、消防等领域，产业发展迅速，市场稳步增长，是当前最受关注的科技“新星”之一。

bim技术全称为建筑信息模型。是一种应用于工程建造全周期的工具。它是一种由计算机应用程序直接解释的建筑或建筑工程信息模型。住房和城乡建设部提出:推进bim技术在施工阶段的应用，加快推广4d项目管理技术在工程项目管理中的应用。可以预见，作为一种新兴且有益于行业增效的技术，bim已逐渐受到国内外各类建筑行业的认可。

gis技术通过描述空间分布格局、地理概念模型、空间关系帮助人们加强对地理空间的认知，实现了地学对象的语义定义、特征抽象、行为表达和时空运算过程的高度统一。gis技术通过图形处理、空间-属性数据的统一、三维空间分析以及web-gis的应用，为机场辅助选址技术提供了一条可靠途径。

传统选址过程中，多采用人工比对大面积地形图方式进行选址，障碍物排除、土方、净空各类计算过程自动化程度低，使得机场前期选址前期耗费时间长，效率低，一定程度上降低了机场规划建设效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于gis+bim的机场辅助无人机选址系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于gis+bim的机场辅助无人机选址系统，包括无人机机体、动力设备、精准定位模块、地理影像采集模块和地理信息构建模块，所述无人机机体的一侧固定安装有动力设备，所述精准定位模块与所述地理影像采集模块均安装在所述无人机机体上，所述地理信息构建模块与所述地理影像采集模块连接，所述地理信息构建模块包括选址建模计算机、无人机飞控地面站和gis+bim构建模块，所述gis+bim构建模块安装在所述选址建模计算机上，所述选址建模计算机与所述无人机飞控地面站相连接。

优选的，所述无人机机体包括机身、机翼、舵面、尾翼、小翼以及多旋翼支臂杆，所述机翼固定安装在所述机身上，所述舵面安装在所述机翼的侧面上，所述尾翼安装在所述机身的后侧，所述多旋翼支臂杆安装在所述机翼上，所述小翼安装在所述机翼的侧面上。

优选的，所述动力设备包括固定翼电机、旋翼电机、动力电源和螺旋桨叶，所述固定翼电机位于所述机身前端，所述旋翼电机位于所述多旋翼支臂杆的顶端，所述动力电源放置于所述机身内，所述螺旋桨叶设置有多个，多个所述螺旋桨叶分别安装在所述固定翼电机与所述旋翼电机上。

优选的，所述机身上固定安装有差分仪。

优选的，所述精准定位模块包括无人机机载定位单元和地面基站，所述无人机机载定位单元与所述地面基站通信连接。

优选的，所述无人机机载定位单元包括磁罗盘、陀螺仪、空速计、定位仪，所述磁罗盘、所述陀螺仪与所述定位仪固定在所述机身内部正中央，所述空速计安装在所述机身上。

优选的，所述地理影像采集模块包括广角摄像头单元、基架和显示屏单元，所述广角摄像头单元安装在所述基架上，所述基架嵌入在所述机身的外侧上，所述显示屏单元安装在所述机身的内部。

优选的，还包括基于bim+gis技术的无人机辅助选址方法，具体包括以下步骤：

步骤s1，通过无人机倾斜摄影测量技术获取机场选址信息，所述机场选址信息包括：位置信息、高程信息、地形地貌信息；

步骤s2，结合跑道、航站楼等机场场内设施设备的bim模型构建预选场址的bim模型；

步骤s3，结合选场址实际地形模型和bim模型数据库使bim技术数据与gis数据互通；

步骤s4，获取gis数据，通过bim模型数据库和gis数据进行联动实现机场选址三维可视化，在地理信息系统中对各待选场址的跑道方位、挖填方量、拆迁代价等进行对比显示，并通过改变跑道方位进行不断优化比选。

优选的，所述无人机倾斜摄影测量技术获取机场选址信息方法为：通过对获得的相片数据进行同名点选取、多视匹配、三角网构建、自动赋予纹理步骤得到高精度实景三维模型；所述bim三维模型模块采用包括数据模型、属性统计、系统分析等方法对机场规划信息进行处理。

优选的，所述gis平台模块用于存储gis数据，所述gis数据包括电子地图和地理信息数据，所述地理信息数据包括空间数据和属性数据；所述bim+gis平台能进行跑道方位旋转、位置平移、土方普升普降、净空及飞行程序验证等功能的最优化计算和分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该基于gis+bim的机场辅助无人机选址系统中，无人机机体便于搭载精准定位模块、地理影像采集模块，动力设备位于无人机机体的内部用于提供动力，通过提供电力带动无人机飞行，精准定位模块通过无人机机体进行搭载便于采集定位数据，进行后差分解算，从而得到可辅助于机场选址过程的精准定位数据，地理影像采集模块有利于采集到的高精度地理信息影像数据，将采集的数据信息传输到地理信息构建模块内，通过地理信息构建模块中的选址建模计算机与gis+bim构建模块对选址地区的三维模型重建得出机场布设在地区内的挖填方量，通过挖填方量的最优排选，使得选址较为简单，更为合理，降低成本以及提高建设效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图之一；

图2为本发明的结构示意图之二；

图3为基于bim+gis技术的无人机辅助选址方法的流程框图。

图中：1、无人机机体；2、动力设备；21、固定翼电机；22、旋翼电机；23、动力电源；24、螺旋桨叶；3、机身；4、机翼；5、舵面；6、尾翼；7、小翼；8、多旋翼支臂杆；9、差分仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，本发明提供一种基于gis+bim的机场辅助无人机选址系统，其中技术方案如下：包括无人机机体1、动力设备2、精准定位模块、地理影像采集模块和地理信息构建模块，无人机机体1的一侧固定安装有动力设备，精准定位模块与地理影像采集模块均安装在无人机机体1上，地理信息构建模块与地理影像采集模块连接，地理信息构建模块包括选址建模计算机、无人机飞控地面站和gis+bim构建模块，gis+bim构建模块安装在选址建模计算机上，选址建模计算机与无人机飞控地面站相连接，无人机机体1便于搭载精准定位模块、地理影像采集模块，动力设备2位于无人机机体1的内部用于提供动力，通过提供电力带动无人机飞行，精准定位模块通过无人机机体1进行搭载便于采集定位数据，进行后差分解算，从而得到可辅助于机场选址过程的精准定位数据，地理影像采集模块有利于采集到的高精度地理信息影像数据，将采集的数据信息传输到地理信息构建模块内，通过地理信息构建模块中的选址建模计算机与gis+bim构建模块对选址地区的三维模型重建得出机场布设在地区内的挖填方量，通过挖填方量的最优排选，使得选址较为简单，更为合理，降低成本以及提高建设效率。

本实施例中，优选的，无人机机体1包括机身3、机翼4、舵面5、尾翼6、小翼7以及多旋翼支臂杆8，机翼4固定安装在机身3上，舵面5安装在机翼4的侧面上，尾翼6安装在机身3的后侧，多旋翼支臂杆8安装在机翼4上，小翼7安装在机翼4的侧面上，通过机身3、机翼4、舵面5、尾翼6、小翼7以及多旋翼支臂杆8组成无人机方便飞行以及便于安装采集的设备。

本实施例中，优选的，动力设备2包括固定翼电机21、旋翼电机22、动力电源23和螺旋桨叶24，固定翼电机21位于机身3前端，旋翼电机22位于多旋翼支臂杆8的顶端，动力电源23放置于机身3内，螺旋桨叶24设置有多个，多个螺旋桨叶24分别安装在固定翼电机21与旋翼电机22上，机翼4用于为无人机产生升力、装载控制系统数传设备以及电机；舵面5用于控制无人机装置倾斜于转动；尾翼6竖直向下嵌入机身，用于维持飞行平衡；小翼7位于机翼两侧，延长于机翼，用于减少机翼收纳长度；多旋翼支臂杆8用于连接小翼和机翼。

本实施例中，优选的，机身3上固定安装有差分仪9，差分仪9用于实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，差分仪9为现有技术采用型号为x900g差分仪。

本实施例中，优选的，精准定位模块包括无人机机载定位单元和地面基站，无人机机载定位单元与地面基站通信连接，其中地面基站与无人机机载定位模块进行通信，地面基站通过实时差分解算无人机机载定位模块的定位数据，并在选址数据建模计算机套件上，进行后差分解算，最终得到用于辅助选址的地理信息精准定位数据。

本实施例中，优选的，无人机机载定位单元包括磁罗盘、陀螺仪、空速计、定位仪，磁罗盘、陀螺仪与定位仪固定在机身3内部正中央，空速计安装在机身3上，磁罗盘用于测定地磁场水平分量的方位，校准飞行方向和机体旋转角度，陀螺仪用于维持无人机机体自行水平，空速计为管状，通过测算流过管口的气流总压和静压，进行空速计算，使无人机机体自我调控以防止失速。

本实施例中，优选的，地理影像采集模块包括广角摄像头单元、基架和显示屏单元，广角摄像头单元安装在基架上，基架嵌入在机身3的外侧上，显示屏单元安装在机身3的内部，显示屏用于显示摄像头摄制情况，无人机通过控制广角摄像头单元用于在无人机飞行过程中，摄制选址区域内的高精度地理信息影像数据。

本发明的工作原理及使用流程：

该基于gis+bim的机场辅助无人机选址系统在使用的时候，通过启动固定翼电机21和旋翼电机22带动无人机机体1进行飞行，通过精准定位模块通过无人机机体1进行搭载便于采集定位数据，进行后差分解算，从而得到可辅助于机场选址过程的精准定位数据，地理影像采集模块有利于采集到的高精度地理信息影像数据，将采集的数据信息传输到地理信息构建模块内，通过地理信息构建模块中的选址建模计算机与gis+bim构建模块对选址地区的三维模型重建得出机场布设在地区内的挖填方量，通过挖填方量的最优排选，使得选址较为简单，更为合理，降低成本以及提高建设效率。

实施例2

本实施例公开了一种基于bim+gis技术的无人机辅助选址方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤s1，通过无人机倾斜摄影测量技术获取机场选址信息，所述机场选址信息包括：位置信息、高程信息、地形地貌信息；

步骤s2，结合跑道、航站楼等机场场内设施设备的bim模型构建预选场址的bim模型；

步骤s3，结合选场址实际地形模型和bim模型数据库使bim技术数据与gis数据互通；

步骤s4，获取gis数据，通过bim模型数据库和gis数据进行联动实现机场选址三维可视化，在地理信息系统中对各待选场址的跑道方位、挖填方量、拆迁代价等进行对比显示，并通过改变跑道方位进行不断优化比选。

其中，所述无人机倾斜摄影测量技术获取机场选址信息方法为：通过对获得的相片数据进行同名点选取、多视匹配、三角网构建、自动赋予纹理步骤得到高精度实景三维模型；所述bim三维模型模块采用包括数据模型、属性统计、系统分析等方法对机场规划信息进行处理。

其中，所述gis平台模块用于存储gis数据，所述gis数据包括电子地图和地理信息数据，所述地理信息数据包括空间数据和属性数据；所述bim+gis平台能进行跑道方位旋转、位置平移、土方普升普降、净空及飞行程序验证等功能的最优化计算和分析。

其中，无人机倾斜摄影测量技术获取机场选址信息步骤包括：

将测区范围导入谷歌地球，获得测区面积、区域地形、区域平均海拔、区域高差等信息，规划飞行架次、航线，制定方案；

像控点通过空间三角网的计算方法，控制地面相关位置关系。测区中心区域、测区高处、测区低处需布设像控点；选择合适的材料，实地布设像控点；通过建立色差，可在后期处理时能识别并且可以在图上准确找到rtk采集的点位，精确刺点；像控点形状选择“l”型，主要边长1米，次要边长0.5米，宽度0.3米；像控点布设好后，用rtk采集正确坐标；

选择空旷、平坦的位置作为飞机的安全起降场地；

在地面站上规划航线，设置航向重叠度、旁向重叠度；飞行架次、比例尺、分辨率根据无人机性能确定；根据规划航线进行无人机航拍，无人机携带ppk；

构建预选场址的bim模型，包括使用revit、contextcapture和catia的bim建模工具人工建模；

其中bim+gis技术应用包括：

将无人机测量的数据、处理后的pos数据、rtk测量的像控点坐标导入建模软件中，并解析器解析bim模型要素；

建立gis模型要素与bim模型要素的映射关系，实现从bim模型要素到gis模型要素之间的转换；

根据解析得到的bim模型要素和gis模型要素对道路bim设计模型进行语义化解析，并将解析得到的bim实体要素经几何转换为三维gis几何要素；

根据映射关系，采用多个细节层次lod分级压缩提取相关的空间几何信息和属性信息数据，并在三维软件中展示转化后的三维机场场址模型；

bim经语义映射和几何转化导入gis。可以通过自定义投影的方式与地形等数据匹配，有效展现bim与周边环境的关系，如机场场址周边的自然生态环境、地形地貌环境和人文景观环境，另一方面可将gis的空间管理、查询和分析能力加诸于bim，通过与物联网、5g移动通讯技术，并结合信息技术和行业信息，促进多技术和基础设施建设的深度融合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。