3D地图生成装置及系统的制作方法

本发明涉及3d应用技术领域，尤其涉及3d地图生成装置及系统。

背景技术：

随着国内外能源紧缺情况的不断发展，石油资源的勘探与开发成为了各国争相攻克的难点。相应的，海上石油的开采与海洋信息情况的采集便显得尤为重要。现阶段，海上石油平台工作环境艰苦，对工人的生活、食宿、通信外联都有极大的限制。人力的强束缚和高负荷工作的压力，使海上石油平台值守问题处于一个较为艰难的境地。而且，近年来海洋自然灾害愈发的频繁，也给海上石油平台带来了严重的人员伤亡和经济损失。特别是当灾害发生后，通信基站遭到破坏，使海上石油平台通信中断，外界很难对海上石油平台开展救援工作。在这种情况下，急需海上石油平台的地图来了解情况。

现有的地图获取形式主要是基于网络信号等的拍摄的位置点信息，来生成海上石油平台的地图，即根据拍摄的位置点信息来合成二维地图，以供相关终端进行查看。但是，该二维地图的生成需要依靠网络，并且，二维地图的展现也比较抽象，不够直观，当需要紧急救援的情况出现时，相关人员难以根据二维地图找到准确的方向和位置。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供了3d地图生成装置及系统，通过陆地机器人、空中机器人和地图生成器等的设置，提高了对海上石油平台的地图绘制的准确性。

第一方面，本发明实施例提供了3d地图生成装置，包括：陆地机器人、空中机器人和地图生成器；

陆地机器人和空中机器人均与地图生成器相连；

陆地机器人，用于采集海上石油平台中待测点的水平二维坐标；

空中机器人，用于根据水平二维坐标获取待测点的高度值；

地图生成器，用于根据水平二维坐标和高度值生成海上石油平台的3d地图。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，激光雷达、惯导模块、舵机、信号发送模块、里程计和中央处理器；

激光雷达、舵机、惯导模块、里程计均与中央处理器相连，信号发送模块和惯导模块相连；

中央处理器，用于向舵机发送运转信号；

舵机，用于在接收到运转信号后进行运动；

惯导模块，用于计算舵机在运动过程中采集到的待测点的角度信号；

激光雷达，用于计算舵机在运动过程中采集到的待测点的位置信号；

里程计，用于统计舵机在运动过程中采集到的待测点的轨迹信号；

信号发送模块，用于将角度信号、位置信号和轨迹信号均发送给空中机器人和地图生成器。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，依次相连的信号接收模块、位置确定器、高度测量器和发送模块；

信号接收模块还与信号发送模块相连；

信号接收模块，用于接收角度信号、位置信号和轨迹信号；

位置确定器，用于根据角度信号、位置信号和轨迹信号来确定待测点；

高度测量器，用于测量待测点的高度信号；

发送模块，用于将高度信号发送给地图生成器。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，信号发送模块和信号接收模块之间采用gps进行通信。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，角度信号、位置信号、轨迹信号和高度信号所对应的坐标系均相同。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，发送模块的通信方式为zigbee。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，陆地机器人还包括摄像头，摄像头与信号发送模块通过usb接口相连；

摄像头，用于采集待测点的地貌信息；

信号发送模块，用于将地貌信息发送给地图生成器。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，地图生成器包括地图合成器和3d显示器：

地图合成器，用于根据角度信号、位置信号、轨迹信号和高度信号合成待测点的3d地图；

3d显示器，用于根据地貌信息将3d地图进行显示。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，待测点的个数为多个，且，待测点覆盖海上石油平台的轮廓。

第二方面，本发明实施例提供了3d地图生成系统，包括：监视器和上述的3d地图生成装置；

监视器和3d地图生成装置相连；

监视器，用于监视3d地图生成装置的工作状态。

本发明实施例提供的3d地图生成装置及系统，其中，该3d地图生成装置包括：陆地机器人、空中机器人和地图生成器，在该3d地图生成装置中，陆地机器人和空中机器人均与地图生成器相连，在工作时，首先是由陆地机器人用于采集海上石油平台中待测点的水平二维坐标，之后由空中机器人用于根据水平二维坐标获取待测点的高度值，之后由地图生成器用于根据水平二维坐标和高度值生成海上石油平台的3d地图，通过上述处理过程，即陆地机器人和空中机器人配合使用，实现了对海上石油平台的3d地图的绘制，与传统的二维地图相比，3d地图更加直观准确，从而方便了相关人员进行查看。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的3d地图生成装置的连接图；

图2示出了本发明实施例所提供的3d地图生成装置中陆地机器人的示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的3d地图生成装置中空中机器人的示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的3d地图生成系统的结构连接图。

图标：1-陆地机器人；2-空中机器人；3-地图生成器；4-监视器；5-3d地图生成装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

海上石油的开采与海洋信息情况的采集非常重要，海上石油平台工作环境艰苦，外界主要依赖地图来获取海上石油平台的地形地貌，以在出现紧急情况时进行救援。目前，海上石油平台的地图获取形式主要是基于网络信号等的场景拍摄，来生成海上石油平台的地图，即根据拍摄的位置点信息来合成二维地图，以供相关终端进行查看。但是，上述二维地图的生成需要依靠网络进行信号传输，并且，二维地图的展现也比较抽象，不够直观，当需要紧急救援的情况出现时，相关人员难以根据二维地图找到待救援目标的准确位置。

基于此，本发明实施例提供了3d地图生成装置及系统，下面通过实施例进行描述。

实施例1

参见图1、图2和图3，本实施例提出的3d地图生成装置具体包括：陆地机器人1、空中机器人2和地图生成器3，并且，陆地机器人和空中机器人均与地图生成器电连接，该3d地图生成装置在使用时，由陆地机器人用于采集海上石油平台中待测点的水平二维坐标，需要进行说明的是，海上石油平台中包括多个待测点，待测点的个数为多个，并且，待测点覆盖海上石油平台的轮廓，即由多个待测点构成海上石油平台的地形轮廓，其中，多个待测点可以为连续的点，也可以为不连续的点，待测点的个数和密度以能够完整的绘制出海上石油平台的地形轮廓为准，并且，由空中机器人用于根据水平二维坐标获取待测点的高度值，这样，地图生成器用于根据水平二维坐标和高度值生成海上石油平台的3d地图。

在该3d地图生成装置中，陆地机器人包括：激光雷达、惯导模块、舵机、信号发送模块、里程计和中央处理器，在该陆地机器人中，激光雷达、舵机、惯导模块、里程计均与中央处理器相连，信号发送模块和惯导模块相连，使用时，中央处理器用于向舵机发送运转信号，舵机用于在接收到运转信号后进行运动，说明下舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统，惯导模块用于计算舵机在运动过程中采集到的待测点的角度信号，激光雷达用于计算舵机在运动过程中采集到的待测点的位置信号，里程计用于统计舵机在运动过程中采集到的待测点的轨迹信号，里程计是指测量行程的装置，通过里程计对轨迹信号的采集能够记录下需要绘制3d地图的海上石油平台的轮廓，信号发送模块用于将角度信号、位置信号和轨迹信号均发送给空中机器人和地图生成器。

下面对上述各个部件进行说明，惯性模块是一种不依赖外部信息的自主式导航系统，其是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，进而得到在坐标系中的角度等信息。惯性模块数据更新率高、稳定性好、信息连续性好、噪声低、不受外界电磁干扰的影响，适用于各种复杂地理环境和外界干扰下的精确定位。在该3d地图生成装置中，惯导模块随着舵机的运动而采集待测点的角度信号。

这里需要进行说明的是，激光雷达是以发射激光束来探测目标的位置、速度等的系统，其原理是向目标发射探测信号(即激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标反射的回波)与发射信号进行比较，进行处理后即可获得目标的位置信息等参数，从而对待测点进行探测、跟踪和识别。与普通的微波雷达相比，激光雷达工作频率高、隐蔽性好、分辨率高、低空探测性能好、体积小、质量轻。在该3d地图生成装置中，激光雷达伴随舵机的运动而运动，并且，在运动过程中计算采集到的待测点的位置信号，这里，待测点的位置信号主要包括待测点在陆地机器人所在的坐标系中的水平坐标和垂直坐标。

通过待测点的角度信号、水平坐标和垂直坐标的采集能够准确实现待测点在陆地机器人所在坐标系中的位置定位，方便准确。

在该3d地图生成装置中，空中机器人包括：依次相连的信号接收模块、位置确定器、高度测量器和发送模块，在空中机器人中，信号接收模块还与信号发送模块相连，工作时，信号接收模块用于接收角度信号、位置信号和轨迹信号，位置确定器用于根据角度信号、位置信号和轨迹信号来确定待测点，高度测量器用于测量待测点的高度信号，高度测量器可基于气体传感器来实现待测点高度的测量，发送模块用于将高度信号发送给地图生成器。

需要进行说明的是，信号发送模块和信号接收模块之间采用gps进行通信。gps是英文globalpositioningsystem(全球定位系统)的简称。利用gps定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航，gps能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，定位精度高、观测时间短、仪器操作简便。即陆地机器人和空中机器人之间通过gps相连接，陆地机器人的信号发送模块将gps作为载波信号将角度信号、位置信号和轨迹信号等发送给空中机器人的信号接收模块。

在这里，角度信号、位置信号、轨迹信号和高度信号所对应的坐标系均相同。即陆地机器人和空中机器人的坐标系中设立的原点位置、坐标内的单位长度等均相同，从而能够保证海上石油平台中待测点的长宽高与实物比例一致，给人的感觉更加真实。

空中机器人与地图生成器之间通过发送模块进行数据传输，发送模块的通信方式为zigbee，发送模块通过zigbee的形式将高度信号发送给地图生成器。

这里需要进行说明的是，zigbee是一种短距离、低功耗的无线通信技术，该通信技术距离近、复杂度低、自组织、功耗低，适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入到各种设备中。zigbee能连续工作6～24个月，相比蓝牙能工作数周、wifi可工作数小时而言，zigbee传输时长较长。并且其时延短，节点连接进入网络只需30ms；容量高，zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；无线数传可靠性高，与cdma和gsm网络相比，支持无限扩展，组网灵活性高。

此外，陆地机器人还包括摄像头，摄像头与信号发送模块通过usb接口相连，这里需要进行说明的是，usb即通用串行总线(英文全称universalserialbus)是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，在个人电脑、移动设备数字电视、游戏机等领域中应用广泛，支持热插拔，携带方便。摄像头用于采集待测点的地貌信息，例如，地面为河流、山川等，这样，信号发送模块用于将地貌信息发送给地图生成器，以便地图生成器根据地貌信息为3d地图进行着色等，突显出海上石油平台的地貌特征。

此外，地图生成器包括地图合成器和3d显示器：地图合成器用于根据角度信号、位置信号、轨迹信号和高度信号合成待测点的3d地图，即地图合成器根据接收到的角度信号和位置信号确定待测点在x轴和y轴上的位具体置，之后根据高度信号确定待测点在z轴上的具体位置，从而勾勒出一个待测点的3d坐标，之后根据轨迹信号确定整个海上石油平台的3d地图，这样，3d显示器用于根据地貌信息将3d地图进行显示，以供相关人员进行参考。

综上所述，本实施例提供的3d地图生成装置包括：陆地机器人、空中机器人和地图生成器，需要进行说明的是，陆地机器人和空中机器人均与地图生成器相连，在使用时，首先是，陆地机器人用于采集海上石油平台中待测点的水平二维坐标，然后是空中机器人用于根据水平二维坐标获取待测点的高度值，之后由地图生成器用于根据水平二维坐标和高度值生成海上石油平台的3d地图，通过陆地机器人和空中机器人的配合使用，采集到了海上石油平台中待测点的水平二维坐标和高度值，并根据该水平二维坐标和高度值来生成3d地图，从而能够更加直观准确的获取海上石油平台的地形等，以便外界相关人员快速准确的在海上石油平台中找到目标的坐标，直观便捷。

实施例2

参见图4，本实施例提供了3d地图生成系统包括：监视器4和上述的3d地图生成装置5，在该3d地图生成系统中，监视器4和3d地图生成装置5相连，使用时，监视器用于监视3d地图生成装置的工作状态，监视器通常指显示器，这里需要进行说明的是，常见的液晶显示器、等离子显示器和发光二极管显示器等都属于监视器，相关工作人员能够通过监视器实时查看3d地图生成装置的工作状态，方便快捷。

综上所述，本实施例提供的3d地图生成系统包括：监视器和上述的3d地图生成装置，并且，在该3d地图生成系统中，监视器和3d地图生成装置相连，监视器用于监视3d地图生成装置的工作状态，从而便于相关工作人员查看3d地图生成装置的工作情况，从而能够更加有效的保障3d地图生成装置的正常工作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。