地图数据采集系统的制作方法

本发明涉及地图数据采集技术领域，尤其涉及一种地图数据采集系统。

背景技术：

高精度地图是实现自动驾驶不可或缺的组成部分，外业数据采集是高精度地图制作与更新的重要环节之一。目前常采用固定翼无人机或复合翼无人机进行外业数据采集，固定翼无人机或复合翼无人机价格昂贵、操作复杂，设备安全隐患较大，不适合大范围、高频次的高精度地图数据采集；旋翼无人机轻小便携、操作简单、性价比高，应用广泛。

然而，由于旋翼无人机载重有限、飞行稳定性差，除搭载成像系统外，一般只搭载非测量级的全球定位系统(globalpositionsystem，简称gps)，为满足高精度地图数据采集的要求，需要在地面布设地面控制点(groundcontrolpoint，简称gcp)，地面控制点是对无人机成像系统拍摄的航空影像进行几何纠正和地理定位的重要数据来源，通过地面控制点来保证地图数据的精度。

在利用旋翼无人机采集外业数据前，需要人工使用全站仪在测量区域较密集的布设地面控制点，人工布设地面控制点受到布设环境影响、成本较高，无法满足旋翼无人机大范围数据采集要求。

技术实现要素：

本发明提供了一种地图数据采集系统及方法，利用旋翼无人机进行外业数据采集，不受地面控制点布置环境的影响，满足旋翼无人机大范围地图数据采集要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案；

本发明提供了一种地图数据采集系统，包括无人机、移动载体、至少两个靶标、gnss天线、测量接收机、检校模块及图像数据处理模块；所述靶标、gnss天线及测量接收机固设在移动载体上，所述gnss天线与所述测量接收机通讯连接，所述无人机通过其成像系统识别所述靶标并采集图像数据；所述检校模块的输出端、所述测量接收机的输出端及无人机的成像系统的输出端与所述图像数据处理模块的输入端连接；所述检校模块用于获取所述靶标与所述gnss天线之间的几何安置参数；所述图像数据处理模块根据所述靶标与所述gnss天线之间的几何安置参数及所述靶标对应的采集图像中的图像坐标数据进行处理，并获取带有地理位置参考的无人机图像数据。

与现有技术相比，本发明提供的地图数据采集系统，所述检校模块用于获取所述靶标与所述gnss天线之间的几何安置参数；所述数据处理模块根据所述靶标与所述gnss天线之间的几何安置参数及靶标对应的图像坐标数据进行处理，并获取带有地理位置参考的无人机图像数据。本发明无需在地面布置提高图像精度的地面控制点，在利用旋翼无人机进行外业数据采集，不受地面控制点布置环境的影响，满足旋翼无人机大范围地图数据采集要求，提高了测量效率，节省测量成本。

进一步的，所述移动载体的顶部设置有停机台；所述停机台设置有充电装置及锁定装置及供无人机识别的停机标识，所述无人机通过识别所述停机标识，并利用所述锁定装置固定在所述停机台上。

进一步的，所述锁定装置包括锁杆、驱动装置、信号接收器及信号发射器；所述锁杆安装有信号接收器，所述信号发射器与所述信号接收器信号连接，所述信号接收器与所述驱动装置信号连接；所述信号发射器发出锁定或者解除锁定的信号并传至所述信号接收器，所述信号接收器控制驱动装置驱动锁杆对所述无人机进行锁定或者解除锁定。

进一步的，所述地图数据采集系统还包括作业引导模块及作业监控模块；所述作业引导模块及作业监控模块集成在控制终端上，所述控制终端位于移动载体上；所述控制终端分别与所述无人机、接收天线、锁定装置及充电装置通讯连接。

进一步的，所述移动载体为车辆；所述靶标、gnss天线及停机台设置在车顶上。

进一步的，所述充电装置为接触式无线充电装置，所述接触式无线充电装置设置有产生磁场的供电线圈，所述供电线圈的一端与电源连接；

所述无人机的供电电池设置有由磁性合金制成的接收线圈。

进一步的，所述供电线圈的一端与车内的点烟器或者蓄电池连接。

进一步的，所述车辆为无人驾驶汽车。

进一步的，所述地图数据采集系统设置有监控管理平台，所述监控管理平台位于远端的监控室内，所述监控管理平台与无人机及无人驾驶汽车通讯连接。

进一步的，所述地图数据采集系统还包括固定在地面上的gnss测量基站，所述gnss测量基站用于获取gnss信号传至所述gnss天线过程中的传输误差并输送给所述图像数据处理模块。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供的地图数据采集系统所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的图像采集系统的整体结构组成示意图；

图2为本发明实施例提供的图像采集系统的各部分连接示意图；

图3为图1中无人机和移动载体分别与控制终端连接示意图；

图4为图3中控制终端的组成示意图；

图5为本发明实施例中无人驾驶车辆、无人机分别与监控管理平台连接示意图。

附图标记说明：

10-无人机，11-成像系统

20-移动载体，21-无人驾驶汽车，

30-靶标，40-gnss天线，

50-测量接收机，60-图像数据处理模块，

70-检校模块，80-控制终端，

81-作业引导模块，82-作业监控模块，

90-监控管理平台。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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的一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实施例和简化描述，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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种地图数据采集系统，包括无人机10、移动载体20、至少两个靶标30、gnss天线40、测量接收机50、检校模块70及图像数据处理模块60；靶标30、gnss天线40及测量接收机50固设在移动载体20上，gnss天线40与测量接收机50通讯连接，无人机10通过其成像系统11识别靶标30并采集图像数据；检校模块70用于获取靶标30与gnss天线40之间的几何安置参数；检校模块70的输出端、测量接收机50的输出端及无人机10的成像系统11的输出端与图像数据处理模块60的输入端连接；图像数据处理模块60根据靶标30与gnss天线40之间的几何安置参数及靶标30对应的图像坐标数据进行处理，并获取带有地理位置参考的无人机图像数据。

具体的，无人机10包括成像系统11、gps模块及通信模块，其中成像系统11包括ccd相机或者cmos相机，用于获取测量区域高重叠度的图像数据，gps模块用于无人机10飞行提供概略位置及作业引导，同时也为无人机10的成像系统11提供时间基准，可使每张图像附带精确的时间信息，无人机10通过通信模块与地面控制中心连接。

靶标30、gnss天线40及测量接收机50均固定在移动载体20上，本实施例中，为便于gnss信号的接收及无人机10的识别，可将gnss天线40及靶标30设置在移动载体20的顶部，由于移动载体20的顶部安装空间有限，可将测量接收机50设置在移动载体20内，其中，gnss天线40与测量接收机50通讯连接，为确保gnss天线40与测量接收机50之间信号传输稳定性，可利用通信线缆将gnss天线40及测量接收机50进行连接。其中，靶标30可以为平面靶标，其表面绘涂有一定图案，以便于被无人机10的成像系统11准确的识别，并能够引导无人机10飞行；靶标30也可以设置成球形结构，且球形结构的表面敷设有激光高反射材料。

两个靶标30可以沿移动载体20移动方向设置在gnss天线40的两侧，待gnss天线40及靶标30固定在移动载体20后，需要检校模块70对gnss天线40与靶标30之间的三维偏移量进行测量标定，即获取gnss天线40与两个靶标30之间的几何安置参数。可以理解的是，为获取精确的几何安置参数，可以利用检校模块70分别对gnss天线40的中心与靶标30的中心之间的三维偏移量进行测量，并将测得几何安置参数传输给图像数据处理模块60。

gnss天线40上电后以一定频率接收gnss信号并将此信号传输给测量接收机50，测量接收机50根据传输gnss信号可获取gnss天线40的坐标数据，并存储在测量接收机50内，待图像数据采集完毕后，将测量接收机50的存储的gnss天线40的坐标数据传输给图像数据处理模块60；图像数据处理模块60根据获得的gnss天线40与两个靶标30之间的几何安置参数将gnss天线40坐标数据转化为靶标30的物方坐标数据。

图像数据处理模块60根据无人机10成像系统11拍摄的图像中靶标30对应的坐标信息获得每张图像的绝对控制信息及物方控制信息。具体如下：无人机10成像系统11拍摄图像的时间为ti，其中，i＝1,2…n,代表图像的编号。其相邻时刻的两个车载测量轨迹点的时间为tm、tn，考虑到在局部空间段内，车辆位置的变化与时间成线性关系，因此可以通过时间插值获得ti时刻的车辆轨迹点坐标。结合靶标30与gnss天线40之间的几何安置检校参数，即可以得到ti时刻后靶标30中心点的物方坐标与前后两个靶标30中心点的相对坐标，由此即获得每张影像的绝对及相对物方控制信息。

图像数据处理模块60根据上述绝对及相对物方控制信息作为约束条件，加入了无人机10影像空三处理中，进行整体优化求解。另外，考虑到在成像的过程中的移动载体20可能在空三过程中提供错误的同名匹配点，可依据识别出的靶标30位置，对车辆区域的同名点对进行剔除，以剔除该问题进入的误匹配点。经过上述影像空三处理后，无人机图像数据带有精确的地理参考信息，可作为高精度地图数据制作与更新的重要数据源。

本发明提供的图像数据采集系统，在利用旋翼无人机进行外业数据采集，不受地面控制点布置环境的影响，无需在地面布置提高图像精度的地面控制点，满足大范围地图数据采集的精度要求，提高了测量效率，节省测量成本。

本实施例中，移动载体20的顶部设置有停机台,停机台设置有充电装置及锁定装置及供无人机10识别的停机标识，无人机10通过识别停机标识，并利用锁定装置固定在停机台上。具体的，由于无人机10在进行大范围区域地图数据采集时，所面临的测量环境相比小范围测量环境更加恶劣，例如有可能遇到大风天气等，需要无人机10暂停作业或结束作业时，需提供一个停机平台供无人机10降落；再者进行大范围的地图数据采集作业时需要对无人机10有一定的续航要求，一般无人机10的续航里程无法满足长时间的飞行，需要中途充电。因此移动载体20上设置有供无人机10降落的停机台，停机台设置有供无人机10识别的停机标识，无人机10在停机标识的引导下降落在停机台上。为更好的将无人机10固定在停机台上，停机台上还设置有锁定装置，待无人机10降落在停机台后锁定装置可对无人机10进行锁定，待无人机10离开停机台时，锁定装置可对无人机10进行解除锁定。

停机台上还设置有充电装置，可以理解的是，充电装置可以采用常规的线缆接头实现无人机10和电源的连接，其中线缆接头的一端充电装置一端与电源连接，另一端连接至无人机10充电接口。

本实施例中，锁定装置包括锁杆、驱动装置、信号接收器及信号发射器；锁杆安装有信号接收器，信号发射器与信号接收器信号连接，信号接收器与驱动装置信号连接；信号发射器发出锁定或者解除锁定的信号并传至信号接收器，信号接收器控制驱动装置驱动锁杆对无人机10进行锁定或者解除锁定。

具体的，锁杆可根据无人机10的起落架进行设定，锁杆可以设计成半圆形卡箍状，包括滑动部和固定部，其一部分杆体固定在停机台上称为固定部，另一部分杆体可沿固定在停机台上的杆体部分伸缩滑动称为滑动部，锁杆上设置有信号接收器，信号接收器与信号发射器通过无线信号连接，信号接收器用于接收信号发射器发出的锁定指令及解除锁定指令。

待无人机10停靠在停机台时，信号接收器接到对无人机10进行锁定的指令时，使驱动装置带动滑动部沿固定部滑动，且滑动部套设在无人机10的起落架上，并锁定。反之，信号接收器接收到对无人机10进行解除锁定的指令时，驱动装置带动滑动部滑向固定部的一端，解除对无人机10起落架的锁定。可以理解的是，本实施中对锁定装置的结构形式不加以限制，也可以采用在停机台设置有凹槽，在凹槽内设置有可伸缩的限位杆。

如图3和图4所示；本实施例中地图数据采集系统还包括作业引导模块81及作业监控模块82，作业引导模块81及作业监控模块82集成在控制终端80上，控制终端80位于移动载体20上；控制终端80分别与无人机10、接收天线、锁定装置及充电装置通讯连接。

具体的，作业引导模块81和作业监控模块82集成在控制终端80上，控制终端80可以布置在移动载体20上，且控制终端80可以为笔记本电脑、智能手机等。控制终端80与无人机10通过无线信号连接，其中作业引导模块81用于为无人机10提供作业规划、任务下发及飞行控制；作业监控模块82用于对飞行路线及无人机10的成像系统11采集的图像数据进行监控，实现无人机作业任务的可视化；并且作业监控模块82对无人机10的状态进行监控并报警；例如无人机10出现低电量时，可发出报警提醒作业采集人员对无人机10进行充电。作业监控模块82还可以用来对停机台上的锁定装置及充电装置的状态进行监控。

本实施例中移动载体20为车辆，靶标30、gnss天线40及停机台设置在车顶上形成地图数据采集辅助车。具体的，可以选择车辆作为移动载体20，gnss天线40设置在车顶的中心处，靶标30沿车体的前后方向对称设置在车顶的两侧，且gnss天线40位于两个靶标30之间，测量接收机50安装在车内，测量接收机50与gnss天线40通过线缆连接。

本实施例中，充电装置为接触式无线充电装置，接触式无线充电装置设置有产生磁场的供电线圈，供电线圈的一端与电源连接，无人机10的供电电池设置有由磁性合金制成的接收线圈。具体的，充电装置设置在车顶的停机台上，本实施例中的充电装置可以为接触式无线充电装置，接触式无线电充电装置设置有线圈阵列，线圈的一端与电源连接，因此线圈阵列可产生磁场；在相应的无人机10的供电电池设置有接收线圈，接收线圈由磁性合金缠绕制成；当无人机10的接收线圈贴合在线圈阵列上就可以实现对无人机10进行充电，无需再通过无人机10和充电装置之间增设线缆接头进行充电，可实现对无人机10的快速充电。

在上述实施例的基础上，供电线圈的一端与车内的点烟器或者蓄电池连接。具体的，供电线圈一端与车内点烟器或者蓄电池连接，其中，车内点烟器能够提供充电接口，为供电线圈供电，及蓄电池也可以为供电线圈供电。本实施例的供电线圈的一端与点烟器或者蓄电池连接，可直接利用车辆的产生的电量为无人机10进行充电，可便于对无人机10进行充电。

在上述实施例的基础上，车辆为无人驾驶汽车21，在无人驾驶汽车21作为移动载体20，并且将gnss天线40、靶标30布置在无人驾驶汽车21的车顶上，将测量接收机50布置在无人驾驶汽车21的车内，并将作业监控模块82和作业引导模块81集成的控制终端80设置在远端，可利用无人驾驶汽车21作为地图数据采集辅助车，实现地图数据的自动化采集。

如图5所示，地图数据采集系统设置有监控管理平台90，监控管理平台90位于远端的监控室内，监控管理平台90与无人机10及无人驾驶汽车21通讯连接。具体的，监控管理平台90集成有控制终端80，并统一监控多个无人机10及多个无人驾驶的地图数据采集辅助车，多个无人驾驶的地图数据采集辅助车及无人机10与监控管理平台90通讯连接，例如，多个无人驾驶的地图数据采集辅助车及无人机10通过5g通讯与监控管理平台90通讯连接，用以接收任务指令及信息交换。

本实施例中，地图数据采集系统还包括固定在地面上的gnss测量基站，gnss测量基站用于获取gnss信号传至gnss天线40过程中的传输误差并输送给图像数据处理模块60。具体的，在测量作业区域内布设gnss测量基站，测量基站有效覆盖面积半径约30公里至100公里，测量基站固定在测量区域附近的地面上，用于提供差分结算功能，同时也可以计算gnss信号传至gnss测量基站过程中的传输误差。由于gnss天线40接收gnss信号的过程中的误差与测量gnss信号传至gnss测量基站过程中的传输误差相同，因此可以将测量gnss信号传至gnss测量基站过程中的传输误差输送给图像数据处理模块60，可以进一步提升地图数据采集的精度。可以理解的是，gnss天线也可以连接至地基增强系统，获取gnss天线40接收gnss信号的过程中的误差，可以进一步提高地图数据采集的精度。

下面以无人驾驶汽车作为移动载体具体详细介绍利用本发明实施例提供的地图数据采集系统进行地图数据采集的方法，包括以下步骤；

a、将gnss天线40、靶检30固定无人驾驶汽车的车顶上，并利用检校模块70获取gnss天线40距离靶标30的几何安置参数，并将此几何安装参数输入给数据处理模块。

b、对gnss天线40及测量接收机50上电，gnss天线40以20hz采集gnss信号，并将gnss信号传输给测量接收机；测量接收机50获取gnss天线40坐标数据并传输给图像数据处理模块60。

c、无人驾驶地图数据采集辅助车沿待作业道路行驶，无人机10距离道路一定高度飞行，其飞行高度由成像系统的相机焦距、地图采样距离及精度进行确定，一般高度为100m，无人机通过设置在车顶的靶标识别跟踪地图数据采集辅助车，并对道路拍摄成像，并将获得包含时间信息及坐标信息的靶标30的图像坐标数据传输给图像数据处理模块60.

d、图像数据处理模块60对gnss天线40坐标数据利用几何安置参数进行转换获得靶标30的物方坐标数据；图像数据处理模块60由靶标30对应的图像坐标数据及靶标30的物方坐标数据构建对无人机10影像进行空三处理的约束条件并获得带有地理位置参考的无人机10影像数据，带有地理位置参考的无人机10影像数据可作为制作高精度地图的重要数据来源。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。