专利名称：直升机航拍装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及航拍测绘领域，尤其是一种适用于无人直升机以及载人直升机使用的直升机航拍装置。
背景技术：
航拍又称空中摄影或航空摄影，是指从空中拍摄地球地貌，获得俯视图。现阶段， 航拍技术已经被普遍运用于各个领域，对于不同的领域，拍摄所要求的效果也不尽相同。如大型群体活动、电视、电影、城市安防巡视，通常要求清晰稳定的实时视频图像，而且拍摄时需要定点拍摄，因此使用直升机航拍较为适宜；对于土地监测、森林防火、电力巡线等，也是要求清晰稳定的实时视频图像，由于巡逻的范围比较大，因此，使用固定翼无人机效率会高一些，需定点监测时，一般使用盘巡实现监测。对于测绘、交通勘测设计、水利勘测设计、小城镇规划设计等，需要得到可以用以制作地图的、有严格比例尺和精度要求的照片，目前还是以使用固定翼无人机为主导。该领域采用的固定翼无人机具有平飞速度快、效率高的特点，并且机身小巧、结构简单，由人工遥控送飞，地面工作站操控自主飞行拍摄。无人机上安装数码相机飞行，通过保证重叠率的航拍和简单的软件拼图，获得一个区域大致地貌的影像图，方便快捷。然而，固定翼无人机起降受到场地限制，由于速度较快，只能盘旋监测，不能悬停，对转弯半径有一定要求，因此不适合进行小范围区域测绘航拍。与之相反，直升机能够弥补固定翼无人机在测绘航拍中的上述缺陷直升机可以垂直起降，能够进行空中悬停、侧飞、后退飞等动作，很少受到场地起降的限制，在建筑物周围的也能安全飞行拍摄；另一方面，直升机飞行速度可以很慢，从而保证重叠率较高的航拍，并且其飞行高度低，适合拍摄高清晰度的航拍图片，进而更能保证测绘的精确性。现有技术中使用航拍进行测绘虽然具有上述诸多优点，然而只能获取测绘区域的竖直影像信息，根据这些信息，不能获得区域内各点的海拔高度值，因此只能拼接出所测绘区域的平面地图，无法建立起该区域立体的地形地貌图像。另一方面，当使用直升机进行测绘航拍时，照相机通常通过航拍云台安装于直升机下方，航拍云台的减震措施对航拍稳像效果有至关重要的作用。而现有技术中的航拍云台，无法满足直升机航拍测绘的稳像要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以记录航拍过程中直升机与地表或地表建筑物顶的垂直高度的直升机航拍装置。为解决上述问题，本发明的一种直升机航拍装置，包括固定在直升机上的航拍云台，以及安装在航拍云台内的数码相机，所述航拍云台内还安装有测距仪。所述测距仪为激光测距仪，该激光测距仪设置有数据存储�？�。所述航拍云台包括支架，防风箱安装在支架内部，数码相机与测距仪位于防风箱内部。
多条张紧的减震橡胶管均布在防风箱周围，其一端固定在防风箱上，另一端固定在支架上。所述数码相机与测距仪安装在防风箱内部的安装盒内，该安装盒通过浮动接头悬挂在防风箱内。所述浮动接头下端与安装盒相连，上端与浮动接头固定板相连；该浮动接头固定板通过阻尼器安装在防风箱上。所述浮动接头与浮动接头固定板之间设置有连接板；多条张紧的减震橡胶管均布在连接板周围，其一端固定在连接板上，另一端固定在浮动接头固定板上。所述安装盒靠近测距仪的外侧壁上固定有步进电机系统，该步进电机系统包括步进电机、为步进电机提供能量的电源以及步进电机控制装置；步进电机的动力输出轴穿过安装盒侧壁上的轴孔与测距仪相连。所述防风箱顶面上设置有水平仪，直升机上安装有视频传输系统，该视频传输系统中的摄像头正对水平仪。所述安装盒的前、后两侧分别布置有自然伸展的两段弹性橡胶条，橡胶条的一端固定在安装盒上，另一端固定在防风箱内侧壁上。采用本发明结构的直升机航拍装置，根据测距仪所记录的直升机距离地面的距离值，结合航拍区域内设置若干GPS定位点，能够计算出航拍区域的海拔高度值，进而在拼接出所测绘区域的平面地图的基础上，建立起该区域立体的地形地貌图像。本发明中所使用的航拍直升机，可以是无人直升机，也可以是载人直升机。同时，航拍云台设置三级减震结构，具有良好的减震效果，保证航拍图像的稳定。
图I为本发明实施例中航拍云台的立体图。图2为本发明实施例中直升机航拍装置的主视图。图3为本发明中直升机对地面进行高程检测时的示意图。图4为本发明中数码相机与激光测距仪调试安装示意图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。如图I、2所示，本发明直升机航拍装置，包括航拍云台2以及安装在航拍云台2内的数码相机3，航拍云台2可以固定在直升机底部，当使用载人直升机航拍时也可以固定在直升机的侧部。航拍云台2底端开口，数码相机3的镜头竖直向下设置，用以拍摄航拍区域的竖直图像即在竖直方向上的俯视图；数码相机3与航拍自动控制系统相连，能够进行自动航拍和遥控手动航拍；所述数码相机3以及航拍自动控制系统可以使用现有技术中设备，比如能够在市场中购买到的自带电源系统以及存储单元的高清数码相机。航拍云台2包括支架201，数码相机3位于支架201内，在直升机处于飞行状态下， 数码相机3容易受到风力变化的影响而产生振动，因此在支架201内部设置有防风箱202， 将数码相机3安装在防风箱202内，防风箱202与支架201之间通过云台的第一级减震装置连接，能够有效避免数码相机3因风力变化的影响而产生的振动。该第一级减震装置包括多条张紧的高弹力减震橡胶管203a均布在防风箱202周围，减震橡胶管203a的一端固定在防风箱202上，另一端固定在支架201上。所述数码相机3安装在防风箱202内部的安装盒204内，该安装盒204通过浮动接头205悬挂在防风箱202内。浮动接头通常为汽缸自带附件，连接汽缸活塞杆与受动部件，用于消除误差，保护部件及使设备运行平稳。安装盒204通过浮动接头205悬挂在防风箱202内，直升机在飞行过程中出现左、右偏斜时，浮动接头205能够保证安装盒204内的数码相机3的镜头始终处于竖直向下方向。为了进一步提高航拍云台2的减震效果，云台内部还设置有第二、三级减震装置。所述第二级减震装置包括四个阻尼器207，浮动接头固定板206通过阻尼器207安装在防风箱202的上顶面上部，防风箱202的上顶面开设有通孔，所述浮动接头205下端与安装盒204相连，上端穿过通孔与浮动接头固定板206相连。浮动接头205与浮动接头固定板206之间设置有连接板208，该连接板208位于浮动接头固定板206的下方；所述第三级减震装置包括多条张紧的高弹减震橡胶管203b均布在连接板208周围，减震橡胶管203b的一端固定在连接板208上，另一端固定在浮动接头固定板206上。所述直升机航拍装置还包括设置在安装盒204内部的激光测距仪1，当然该激光测距仪还可以用超声波测距仪或者红外线测距仪替换，但为了保证测距精度，本发明的实施例中选用激光测距仪。激光测距仪可以选用LDM30x系列、LDM4x系列、ZMD系列工业用激光测距仪,通过预先设定程序以一定频率向下连续检测，并能够通过数据传输装置实时将测量数据传送回地面控制平台；为保证测量数据的完整性，避免数据在传输过程中丢失，可以将激光测距仪 I与数据存储装置(例如便携式笔记本电脑)通过线路连接，实时记录直升机到地面或位于地面的建筑物顶距离。当使用无人直升机进行航拍测绘时，通过地面控制平台�？丶す獠饩嘁怯胧胂嗷苯朐诵凶刺辜す獠饩嘁墙辛觳獾钠鹗际奔溆胧胂嗷辛纳愕钠鹗际奔湎嗤阌诤笃诘氖菡�。在航拍之前，首先在航拍区域内预先设定多个海拔高度一致的GPS定位点，下面举例说明如何通过激光测距仪记载数据对航拍区域海拔高度进行计算如图3所示，图中X1、X2分别为相邻的俩个GPS定位点，假定海拔高度为IOm ;当直升机飞行至X1点上空点hi时，假定采集到的直升机高程(距X1点竖直高度)为IOOm ;当直升机飞行至X2点上空点h2时，假定采集到的直升机高程(距X2点竖直高度)为80m。当直升机经过位于Xp X2点之间地表上的m、η、ρ点(为便于计算，假定m、η、ρ点分别位于X1 到X2点之间1/4处点Χηι、1/2处点Xn以及3/4处点Xp的竖直正上方)上方时，直升机的位置分别用hm、hn以及hp点表示，所测得高程数值分别为90m、80m以及70m。根据上述数据，首先可以得出Ii1点、h2点的海拔高度为110m、90m。由于直升机从 Ii1点飞行至h2点的距离比较短，因此可以粗略地认为直升机在Ii1至h2两点间直线飞行，hm、 hn以及hp点位于Iiph2点的连线上，由此可以得出hm、hn以及hp点的海拔高度为105m、IOOm 以及95m ;而位于hm、hn以及hp点竖直正下方地表的海拔高度刚好等于hm、hn以及hp点的海拔高度值减去直升机在位于hm、hn以及hp点处所测得的高程值。因此m、n、p点地表的海拔高度分别为15m、20m、25m。在航拍之前，需要在地面对安装盒204内的数码相机3以及激光测距仪I进行调试安装，以保证激光测距仪I的激光发射光束与数码相机3镜头的轴线相平行。如图4所示，首先将内部有数码相机3以及激光测距仪I的安装盒204放置在地面上的开阔地域，在距离安装盒204 —定距离的前方设置参照墙A，使数码相机3的中心聚焦点Al以及激光测距仪I的激光发射光斑A2能够落在该参照墙A上，所述一定距离可以在50m IOOm之间。 测量数码相机3镜头中心点到激光测距仪I激光发射端的距离LI，以及参照墙A上的Al到 A2的距离L2。比较LI以及L2的数值大小，如果二者大小相等，则证明调试安装完成；否则，对数码相机3以及激光测距仪I的角度继续进行调试。由于直升机基本上沿着直线飞行，因此激光测距仪I检测高程的轨迹也基本上是一条直线，为了能够扩大激光测距仪I的检测范围，在所述安装盒204靠近激光测距仪I的外侧壁上固定有步进电机系统209,该步进电机系统209包括步进电机、为步进电机提供能量的电源以及步进电机控制装置；步进电机的动力输出轴穿过安装盒204侧壁上的轴孔与激光测距仪I相连。通过该步进电机，能够使激光测距仪I沿着预设的角速度以及幅度绕步进电机动力输出轴的轴线方向左右旋转，从而使得激光测距仪I检测高程的轨迹呈Z形前行。步进电机与激光测距仪同步开始运行，通过其运行时间可以计算出激光测距仪旋转的角度。由于激光测距仪与竖直方向成一定夹角，因此需重新对检测点的高程进行计算假定激光测距仪与竖直方向夹角为30°时，所测得距检测点的距离数据为100m，则直升机距该检测点的高程数值为IOOm与cos 30°的乘积，及约等于86. 603m。当使用无人直升机进行航拍操作时，为了在直升机处于倾斜状态时方便对其进行控制调整，所述防风箱202顶面上设置有水平仪，直升机上安装有视频传输系统，该视频传输系统中的摄像头正对水平仪；该视频传输系统能够将摄像头所捕捉的图像实时传回给地面控制平台，进而便于操控人员实时了解直升机飞行情况。所述安装盒204的前、后两侧分别布置有自然伸展的两段弹性橡胶条210，橡胶条 210的一端固定在安装盒204上，另一端固定在防风箱202内侧壁上。当直升机突然加速或者减速时，由于安装盒204悬挂在防风箱202内部，因此会由于惯性在防风箱202内前后晃动。通过橡胶条210，当安装盒204晃动时，橡胶条210能够给安装盒204施加一个与其晃动的趋势相反方向的作用力，从而保障其平稳性，避免与防风箱202发生碰撞。
权利要求
1.一种直升机航拍装置，包括固定在直升机上的航拍云台，以及安装在航拍云台内的数码相机，其特征在于所述航拍云台内还安装有测距仪。
2.如权利要求I所述直升机航拍装置，其特征在于所述测距仪为激光测距仪，该激光测距仪设置有数据存储�？�。
3.如权利要求I或2所述直升机航拍装置，其特征在于所述航拍云台包括支架，防风箱安装在支架内部，数码相机与测距仪位于防风箱内部。
4.如权利要求3所述直升机航拍装置，其特征在于多条张紧的减震橡胶管均布在防风箱周围，其一端固定在防风箱上，另一端固定在支架上。
5.如权利要求4所述直升机航拍装置，其特征在于所述数码相机与测距仪安装在防风箱内部的安装盒内，该安装盒通过浮动接头悬挂在防风箱内。
6.如权利要求5所述直升机航拍装置，其特征在于所述浮动接头下端与安装盒相连， 上端与浮动接头固定板相连；该浮动接头固定板通过阻尼器安装在防风箱上。
7.如权利要求6所述直升机航拍装置，其特征在于所述浮动接头与浮动接头固定板之间设置有连接板；多条张紧的减震橡胶管均布在连接板周围，其一端固定在连接板上，另一端固定在浮动接头固定板上。
8.如权利要求7所述直升机航拍装置，其特征在于所述安装盒靠近测距仪的外侧壁上固定有步进电机系统，该步进电机系统包括步进电机、为步进电机提供能量的电源以及步进电机控制装置；步进电机的动力输出轴穿过安装盒侧壁上的轴孔与测距仪相连。
9.如权利要求8所述直升机航拍装置，其特征在于所述防风箱顶面上设置有水平仪， 直升机上安装有视频传输系统，该视频传输系统中的摄像头正对水平仪。
10.如权利要求8所述直升机航拍装置，其特征在于所述安装盒的前、后两侧分别布置有自然伸展的两段弹性橡胶条，橡胶条的一端固定在安装盒上，另一端固定在防风箱内侧壁上。
全文摘要
本发明公开了一种可以记录航拍过程中直升机与地表或地表建筑物顶的垂直高度的直升机航拍装置，包括固定在直升机上的航拍云台，以及安装在航拍云台内的数码相机，其特征在于所述航拍云台内还安装有测距仪。采用本发明结构的直升机航拍装置，根据测距仪所记录的直升机距离地面的距离值，结合航拍区域内设置若干GPS定位点，能够计算出航拍区域的海拔高度值，进而在拼接出所测绘区域的平面地图的基础上，建立起该区域立体的地形地貌图像。
文档编号G01C11/02GK102607530SQ20121006324
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者林威 申请人:神翼航空器科技(天津)有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
