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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)分析的災(zāi)后救援系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 無(wú)人機(jī)的空中飛行優(yōu)勢(shì)，使得其在人員無(wú)法靠近的災(zāi)區(qū)救援中發(fā)揮了重大作用。為此，本作品設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以可移動(dòng)空中支架模擬無(wú)人機(jī)，沙盤(pán)模擬航測(cè)區(qū)域的無(wú)人機(jī)航測(cè)圖像分析處理實(shí)體模型，實(shí)現(xiàn)了多尺度分層拼接的全景及細(xì)節(jié)圖像重構(gòu)，場(chǎng)景的三維地貌重建；給出了無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)導(dǎo)航及地面指揮導(dǎo)航兩種模式，以適應(yīng)救災(zāi)需求；實(shí)現(xiàn)了地面目標(biāo)的空中查找等功能。通過(guò)對(duì)航測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理，為救援人員提供及時(shí)有效的信息。
- 詳細(xì)介紹：
- 無(wú)人機(jī)的空中飛行優(yōu)勢(shì)，使得其在人員無(wú)法靠近的災(zāi)區(qū)救援中發(fā)揮了重大作用。為此，本作品設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了由模擬無(wú)人機(jī)的加載攝像頭的可控移動(dòng)空中支架，以及模擬現(xiàn)場(chǎng)的沙盤(pán)構(gòu)成的無(wú)人機(jī)航測(cè)圖像采集及分析處理實(shí)體模型。 系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理包括了無(wú)人機(jī)的航測(cè)圖像全景圖及局部區(qū)域細(xì)節(jié)圖形的重構(gòu)，場(chǎng)景的三維地貌重建，無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)導(dǎo)航及地面指揮導(dǎo)航兩種模式，以及地面目標(biāo)的空中查找定位等功能。 無(wú)人機(jī)的航測(cè)圖像全景圖及局部區(qū)域細(xì)節(jié)圖形的重構(gòu)采用了多尺度分層拼接的方法完成，對(duì)大視場(chǎng)的數(shù)據(jù)采用降采樣方式重建，最大限度地獲取航測(cè)區(qū)域的全景概貌圖像；對(duì)指定區(qū)域，由視頻關(guān)鍵幀采用保采樣方式重建，確保重建圖像具有較高的清晰度，視頻關(guān)鍵幀由數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，根據(jù)指定區(qū)域的位置信息進(jìn)行調(diào)用；對(duì)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，采用超分辨率重建方式重建，以對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的細(xì)節(jié)信息進(jìn)行清晰化增強(qiáng)處理。 場(chǎng)景的三維重建，則通過(guò)在空中支架上加載微波測(cè)距傳感器模擬無(wú)人機(jī)的高程檢測(cè)裝置，獲取沙盤(pán)上目標(biāo)的三維信息并進(jìn)行重建，以獲得現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌，以及災(zāi)區(qū)出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)變化的塌方等信息。 無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)導(dǎo)航由系統(tǒng)指定路線盤(pán)旋航測(cè)，無(wú)人機(jī)根據(jù)系統(tǒng)給定的路線飛行并返航；地面指揮模式，則由無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)指定的可移動(dòng)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的導(dǎo)航移動(dòng)。 地面目標(biāo)的空中查找定位，實(shí)現(xiàn)了能夠適用于復(fù)雜的地形的目標(biāo)檢測(cè)方法，以檢測(cè)在復(fù)雜地形中散落的物質(zhì)，失蹤的目標(biāo)等。在檢測(cè)定位到目標(biāo)之后，根據(jù)無(wú)人機(jī)所在當(dāng)前位置，發(fā)送相應(yīng)的信息給系統(tǒng)，以及救援人員所持的無(wú)線手持信息終端，以便實(shí)施及時(shí)救援。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的: 針對(duì)無(wú)人機(jī)可進(jìn)入人無(wú)法靠近的災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，本作品設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)分析的災(zāi)后救援系統(tǒng)，完成對(duì)航拍視頻的全景與細(xì)節(jié)的圖像重建，場(chǎng)景三維重建，無(wú)人機(jī)導(dǎo)航模式，以及地面目標(biāo)查找等智能化處理。 基本思路： 1）場(chǎng)景重構(gòu) 采用降采樣方式重構(gòu)航拍區(qū)域的全景概貌圖；采用保采樣方式重構(gòu)指定局部區(qū)域的高清圖；采用三維重建方式重構(gòu)航拍區(qū)域的三維地形圖。 2）無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航模式 設(shè)計(jì)系統(tǒng)導(dǎo)航與地面導(dǎo)航車進(jìn)行導(dǎo)航兩種模式，引導(dǎo)無(wú)人機(jī)的靈活飛行，以便及時(shí)提供相關(guān)信息。 3）重點(diǎn)區(qū)域的圖像清晰化 采用超分辨率重建技術(shù)，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)清晰化增強(qiáng)。 4）地面目標(biāo)的搜尋與通信 設(shè)計(jì)適用于復(fù)雜的地形的視頻靜態(tài)目標(biāo)的檢測(cè)方法對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行查找，并將查找到的目標(biāo)信息發(fā)送到無(wú)線手持信息終端。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1）降采樣與保采樣結(jié)合的航拍區(qū)域的圖像拼接方法 降采樣方法可最大限度地獲得大視場(chǎng)的全景概貌圖；局部區(qū)域的關(guān)鍵幀圖像保采樣拼接可獲得高清的局部區(qū)域圖。 2）無(wú)人機(jī)導(dǎo)航方法 采用了系統(tǒng)導(dǎo)航與地面指揮車輛導(dǎo)航兩種模式的切換，可實(shí)現(xiàn)地面指揮與無(wú)人機(jī)飛行的互動(dòng)。 3）超分辨率重建可獲取重點(diǎn)區(qū)域的細(xì)節(jié)清晰化。 4）三維重建技術(shù)估算山體的塌方量。 技術(shù)關(guān)鍵： 實(shí)體模型制作；多尺度圖像重構(gòu)；復(fù)雜環(huán)境下目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤；三維重建。 主要技術(shù)指標(biāo)： 實(shí)時(shí)重構(gòu)大視場(chǎng)的多尺度全景概貌圖；重點(diǎn)區(qū)域的超分辨率重建；動(dòng)背景下檢測(cè)跟蹤目標(biāo)；場(chǎng)景三維重構(gòu)；散落目標(biāo)的查找。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本團(tuán)隊(duì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢、專家咨詢、項(xiàng)目查新等方式進(jìn)行了全面的調(diào)研，總結(jié)本作品的科學(xué)性及先進(jìn)性如下。 科學(xué)性： 1）全景圖的二維與三維重建 以降采樣方式對(duì)視頻幀序列拼接獲取全景概貌圖；調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵幀圖像，完成局部區(qū)域的高清拼接；采用超分辨率重建對(duì)重點(diǎn)進(jìn)行清晰化處理；加入?yún)^(qū)域的高程信息，構(gòu)建三維地形圖；為救援指揮提供全面的信息。 2）目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤 根據(jù)對(duì)地面移動(dòng)指揮車輛的檢測(cè)與跟蹤獲得的信息，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的地面目標(biāo)導(dǎo)航方式。 3）地面目標(biāo)的搜尋與通信 對(duì)散落或失蹤于復(fù)雜地形中的目標(biāo)查找；利用無(wú)線傳輸技術(shù)發(fā)送信息至搜救人員的手持終端，便于及時(shí)救援。 先進(jìn)性： 1）作品完成的多學(xué)科知識(shí)綜合的先進(jìn)性 本作品綜合了機(jī)械設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制、模式識(shí)別等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了模擬無(wú)人機(jī)與地面目標(biāo)的交互，信息處理等功能。 2）無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)有效分析的先進(jìn)性 可選擇獲取航測(cè)區(qū)域的多尺度全景圖、3D地形圖、并能根據(jù)需要對(duì)指定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和對(duì)散落在復(fù)雜地形中的靜止目標(biāo)進(jìn)行查找。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年11月，獲西安理工大學(xué)自動(dòng)化與信息工程學(xué)院，第十八屆“理奧杯”科技節(jié)特等獎(jiǎng)。 2010年11月，獲西安理工大學(xué)第十九屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。 2011年6月，獲第八屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 系統(tǒng)整體技術(shù)或部分核心技術(shù)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、模型、現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 用戶可攜帶筆記本電腦，接收本系統(tǒng)傳送回的航拍視頻數(shù)據(jù)，進(jìn)行即時(shí)處理。通過(guò)選擇界面上對(duì)應(yīng)的按鈕,完成對(duì)應(yīng)的功能。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 本系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)是構(gòu)建了模擬無(wú)人機(jī)航測(cè)的實(shí)體模型，對(duì)采集到的視頻信號(hào)的處理，可獲得多尺度分辨率的圖像拼接與智能化處理。 推廣前景： 無(wú)人機(jī)在幾次大的救援中的作用是有目共睹的，本系統(tǒng)旨在更充分地發(fā)揮無(wú)人機(jī)的作用，使無(wú)人機(jī)發(fā)揮的作用不僅是航拍，更能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的智能化處理，為災(zāi)后的救援和重建提供準(zhǔn)確、可靠的信息，滿足提高救災(zāi)高度集成化、智能化處理的發(fā)展需要。 本作品還可延伸至用于國(guó)土資源勘測(cè)、土地荒漠化估計(jì)、民用航拍、遙感圖像處理等諸多領(lǐng)域。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 利用無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、精確數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢(shì)，加載本系統(tǒng)的核心軟件，可在搜救、營(yíng)救等場(chǎng)合提高無(wú)人機(jī)的智能性。將系統(tǒng)核心部分分離出來(lái)，可應(yīng)用于更多的領(lǐng)域。 在良好的推廣前景下，發(fā)展無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)的智能化處理系統(tǒng)，蘊(yùn)藏著巨大的市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 近10年來(lái)，無(wú)人機(jī)一直是一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域，小型無(wú)人機(jī)具有在狹小空間和復(fù)雜環(huán)境中垂直起降和懸停等能力。無(wú)人機(jī)用于救災(zāi)已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家應(yīng)急救援體系的重要組成，其快速的反應(yīng)能力在抗災(zāi)、救援等工作過(guò)程中，發(fā)揮了巨大的作用。無(wú)人機(jī)在民用方面主要用于大型的救援中。美國(guó)運(yùn)輸部示范性地建立了基于無(wú)人機(jī)的遙感系統(tǒng)，將其應(yīng)用于快速獲取道路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的圖像，并對(duì)所得信息進(jìn)行快速分析，應(yīng)用無(wú)人機(jī)取得近實(shí)時(shí)遙感影像對(duì)地震后出現(xiàn)問(wèn)題的道路、橋梁進(jìn)行評(píng)估，用以快速確定震后救災(zāi)的路線。日本減災(zāi)組織使用無(wú)人機(jī)攜帶高精度數(shù)碼攝像機(jī)和雷達(dá)掃描儀對(duì)正在噴發(fā)的火山進(jìn)行調(diào)查，抵達(dá)人們難以進(jìn)入的地區(qū)快速獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，對(duì)災(zāi)情進(jìn)行評(píng)估。 中國(guó)是世界上自然災(zāi)害損失最嚴(yán)重的國(guó)家之一，統(tǒng)計(jì)顯示，中國(guó)七成的大城市、半數(shù)以上的人口、七成五以上的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，分布在海洋、洪水、地震等災(zāi)害嚴(yán)重的地區(qū)。在一般年份，全國(guó)受災(zāi)人口約二億人，因?yàn)?zāi)死亡數(shù)千人，農(nóng)作物受災(zāi)面積四千多萬(wàn)公頃，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)兩千億元人民幣。從一系列觸目驚心的災(zāi)情數(shù)據(jù)中，我們不難看出，無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、精確數(shù)據(jù)采集、快速坐標(biāo)定位等功能都可以為防災(zāi)減災(zāi)提供有力依據(jù)，為減少損失起到重要作用。2008年初，民政系統(tǒng)第一次把無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)運(yùn)用到我國(guó)南方雨雪冰凍災(zāi)害的救災(zāi)搶險(xiǎn)行動(dòng)中。以后分別在5.12特大地震、舟曲特大泥石流災(zāi)害和玉樹(shù)地震等災(zāi)情的救援中發(fā)揮重要作用，國(guó)家測(cè)繪局、國(guó)家地震局等相關(guān)部門都非常重視無(wú)人機(jī)在災(zāi)后救援中所發(fā)揮的作用。 參看世界各地?zé)o人機(jī)在救援工作中的作用，都主要是進(jìn)行航拍，以及簡(jiǎn)單的圖像拼接。為此，研制一個(gè)對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，實(shí)現(xiàn)為災(zāi)后救援提供更有效、更全面、更及時(shí)且適應(yīng)災(zāi)情動(dòng)態(tài)變化的災(zāi)后救援系統(tǒng)，是形勢(shì)所迫。
