基本信息
- 項目名稱：
- 基于無人機航測數據分析的災后救援系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 無人機的空中飛行優(yōu)勢，使得其在人員無法靠近的災區(qū)救援中發(fā)揮了重大作用。為此，本作品設計并實現(xiàn)了以可移動空中支架模擬無人機，沙盤模擬航測區(qū)域的無人機航測圖像分析處理實體模型，實現(xiàn)了多尺度分層拼接的全景及細節(jié)圖像重構，場景的三維地貌重建；給出了無人機的系統(tǒng)導航及地面指揮導航兩種模式，以適應救災需求；實現(xiàn)了地面目標的空中查找等功能。通過對航測數據的分析處理，為救援人員提供及時有效的信息。
- 詳細介紹：
- 無人機的空中飛行優(yōu)勢，使得其在人員無法靠近的災區(qū)救援中發(fā)揮了重大作用。為此，本作品設計并實現(xiàn)了由模擬無人機的加載攝像頭的可控移動空中支架，以及模擬現(xiàn)場的沙盤構成的無人機航測圖像采集及分析處理實體模型。 系統(tǒng)對無人機航測數據的分析處理包括了無人機的航測圖像全景圖及局部區(qū)域細節(jié)圖形的重構，場景的三維地貌重建，無人機的系統(tǒng)導航及地面指揮導航兩種模式，以及地面目標的空中查找定位等功能。 無人機的航測圖像全景圖及局部區(qū)域細節(jié)圖形的重構采用了多尺度分層拼接的方法完成，對大視場的數據采用降采樣方式重建，最大限度地獲取航測區(qū)域的全景概貌圖像；對指定區(qū)域，由視頻關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，視頻關鍵幀由數據庫進行管理，根據指定區(qū)域的位置信息進行調用；對重點關注區(qū)域，采用超分辨率重建方式重建，以對重點區(qū)域的細節(jié)信息進行清晰化增強處理。 場景的三維重建，則通過在空中支架上加載微波測距傳感器模擬無人機的高程檢測裝置，獲取沙盤上目標的三維信息并進行重建，以獲得現(xiàn)場的地形地貌，以及災區(qū)出現(xiàn)的動態(tài)變化的塌方等信息。 無人機的系統(tǒng)導航由系統(tǒng)指定路線盤旋航測，無人機根據系統(tǒng)給定的路線飛行并返航；地面指揮模式，則由無人機實時檢測指定的可移動的目標實現(xiàn)相應的導航移動。 地面目標的空中查找定位，實現(xiàn)了能夠適用于復雜的地形的目標檢測方法，以檢測在復雜地形中散落的物質，失蹤的目標等。在檢測定位到目標之后，根據無人機所在當前位置，發(fā)送相應的信息給系統(tǒng)，以及救援人員所持的無線手持信息終端，以便實施及時救援。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計目的: 針對無人機可進入人無法靠近的災區(qū)現(xiàn)場的優(yōu)勢，本作品設計并實現(xiàn)了基于無人機數據分析的災后救援系統(tǒng)，完成對航拍視頻的全景與細節(jié)的圖像重建，場景三維重建，無人機導航模式，以及地面目標查找等智能化處理。 基本思路： 1）場景重構 采用降采樣方式重構航拍區(qū)域的全景概貌圖；采用保采樣方式重構指定局部區(qū)域的高清圖；采用三維重建方式重構航拍區(qū)域的三維地形圖。 2）無人機的導航模式 設計系統(tǒng)導航與地面導航車進行導航兩種模式，引導無人機的靈活飛行，以便及時提供相關信息。 3）重點區(qū)域的圖像清晰化 采用超分辨率重建技術，對重點區(qū)域細節(jié)實現(xiàn)清晰化增強。 4）地面目標的搜尋與通信 設計適用于復雜的地形的視頻靜態(tài)目標的檢測方法對地面目標進行查找，并將查找到的目標信息發(fā)送到無線手持信息終端。 創(chuàng)新點： 1）降采樣與保采樣結合的航拍區(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的全景概貌圖；局部區(qū)域的關鍵幀圖像保采樣拼接可獲得高清的局部區(qū)域圖。 2）無人機導航方法 采用了系統(tǒng)導航與地面指揮車輛導航兩種模式的切換，可實現(xiàn)地面指揮與無人機飛行的互動。 3）超分辨率重建可獲取重點區(qū)域的細節(jié)清晰化。 4）三維重建技術估算山體的塌方量。 技術關鍵： 實體模型制作；多尺度圖像重構；復雜環(huán)境下目標檢測與跟蹤；三維重建。 主要技術指標： 實時重構大視場的多尺度全景概貌圖；重點區(qū)域的超分辨率重建；動背景下檢測跟蹤目標；場景三維重構；散落目標的查找。
科學性、先進性
- 本團隊通過網絡查詢、專家咨詢、項目查新等方式進行了全面的調研，總結本作品的科學性及先進性如下。 科學性： 1）全景圖的二維與三維重建 以降采樣方式對視頻幀序列拼接獲取全景概貌圖；調用數據庫的關鍵幀圖像，完成局部區(qū)域的高清拼接；采用超分辨率重建對重點進行清晰化處理；加入區(qū)域的高程信息，構建三維地形圖；為救援指揮提供全面的信息。 2）目標檢測與跟蹤 根據對地面移動指揮車輛的檢測與跟蹤獲得的信息，實現(xiàn)無人機的地面目標導航方式。 3）地面目標的搜尋與通信 對散落或失蹤于復雜地形中的目標查找；利用無線傳輸技術發(fā)送信息至搜救人員的手持終端，便于及時救援。 先進性： 1）作品完成的多學科知識綜合的先進性 本作品綜合了機械設計、自動控制、模式識別等多個領域的知識，實現(xiàn)了模擬無人機與地面目標的交互，信息處理等功能。 2）無人機航測數據有效分析的先進性 可選擇獲取航測區(qū)域的多尺度全景圖、3D地形圖、并能根據需要對指定運動目標進行跟蹤和對散落在復雜地形中的靜止目標進行查找。
獲獎情況及鑒定結果
- 2010年11月，獲西安理工大學自動化與信息工程學院，第十八屆“理奧杯”科技節(jié)特等獎。 2010年11月，獲西安理工大學第十九屆大學生課外學術科技作品競賽一等獎。 2011年6月，獲第八屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學生課外學術科技作品競賽一等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 系統(tǒng)整體技術或部分核心技術的技術轉讓。
作品可展示的形式
- 實物、模型、現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明： 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據，進行即時處理。通過選擇界面上對應的按鈕,完成對應的功能。 技術特點和優(yōu)勢： 本系統(tǒng)的特點與優(yōu)勢是構建了模擬無人機航測的實體模型，對采集到的視頻信號的處理，可獲得多尺度分辨率的圖像拼接與智能化處理。 推廣前景： 無人機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)揮無人機的作用，使無人機發(fā)揮的作用不僅是航拍，更能對數據進行實時的智能化處理，為災后的救援和重建提供準確、可靠的信息，滿足提高救災高度集成化、智能化處理的發(fā)展需要。 本作品還可延伸至用于國土資源勘測、土地荒漠化估計、民用航拍、遙感圖像處理等諸多領域。 市場分析和經濟效益預測： 利用無人機的實時動態(tài)監(jiān)測、精確數據采集優(yōu)勢，加載本系統(tǒng)的核心軟件，可在搜救、營救等場合提高無人機的智能性。將系統(tǒng)核心部分分離出來，可應用于更多的領域。 在良好的推廣前景下，發(fā)展無人機航測數據的智能化處理系統(tǒng)，蘊藏著巨大的市場和經濟效益。
同類課題研究水平概述
- 近10年來，無人機一直是一個非?；钴S的研究領域，小型無人機具有在狹小空間和復雜環(huán)境中垂直起降和懸停等能力。無人機用于救災已經成為發(fā)達國家和發(fā)展中國家應急救援體系的重要組成，其快速的反應能力在抗災、救援等工作過程中，發(fā)揮了巨大的作用。無人機在民用方面主要用于大型的救援中。美國運輸部示范性地建立了基于無人機的遙感系統(tǒng)，將其應用于快速獲取道路運輸網絡的圖像，并對所得信息進行快速分析，應用無人機取得近實時遙感影像對地震后出現(xiàn)問題的道路、橋梁進行評估，用以快速確定震后救災的路線。日本減災組織使用無人機攜帶高精度數碼攝像機和雷達掃描儀對正在噴發(fā)的火山進行調查，抵達人們難以進入的地區(qū)快速獲取現(xiàn)場實況，對災情進行評估。 中國是世界上自然災害損失最嚴重的國家之一，統(tǒng)計顯示，中國七成的大城市、半數以上的人口、七成五以上的工農業(yè)產值，分布在海洋、洪水、地震等災害嚴重的地區(qū)。在一般年份，全國受災人口約二億人，因災死亡數千人，農作物受災面積四千多萬公頃，直接經濟損失超過兩千億元人民幣。從一系列觸目驚心的災情數據中，我們不難看出，無人機的實時動態(tài)監(jiān)測、精確數據采集、快速坐標定位等功能都可以為防災減災提供有力依據，為減少損失起到重要作用。2008年初，民政系統(tǒng)第一次把無人機航拍技術運用到我國南方雨雪冰凍災害的救災搶險行動中。以后分別在5.12特大地震、舟曲特大泥石流災害和玉樹地震等災情的救援中發(fā)揮重要作用，國家測繪局、國家地震局等相關部門都非常重視無人機在災后救援中所發(fā)揮的作用。 參看世界各地無人機在救援工作中的作用，都主要是進行航拍，以及簡單的圖像拼接。為此，研制一個對無人機航測數據進行深入分析，實現(xiàn)為災后救援提供更有效、更全面、更及時且適應災情動態(tài)變化的災后救援系統(tǒng)，是形勢所迫。
