航空摄影仪申报书.doc

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1、中国专利奖申报书（发明/实用新型）专 利 号： ZL 2017 2 0546999.9 专利名称： 航空摄影仪 申报单位： 江西省地理国情监测遥感院 推荐单位： 自然资源部 二 O 一九年五月六日国家知识产权局制一、申报项目基本信息一、申报项目基本信息专专利号利号ZL 2017 2 0546999.9专专利名称利名称航空摄影仪专专利利权权人人江西省地理国情监测遥感院发发明人明人朱长春、胡水平、殷嘉磊、熊一、汪振达IPC 主分主分类类号号1G01C 11/02通通讯讯地址地址/邮编邮编江西省南昌市昌南新城芳湖路 2166 号联联系人系人 1朱长春手机手机13607910530办办公公电话电话电电

2、子子邮邮箱箱联联系人系人 2殷嘉磊手机手机13647098350办办公公电话电话电电子子邮邮箱箱513635514qq.co m推荐推荐单单位位自然自然资资源部源部1 IPC 主分类号可通过国家知识产权局网站查询。二、专利质量评价材料二、专利质量评价材料评评价价“三性三性”和和“文本文本质质量量”,说说明参明参评专评专利利质质量的量的优优秀程度秀程度（1（新新颖颖性和性和创创造性造性：1. 本专利使国产设备达到国际先进设备水平,彻底改变国产设备不稳定的现状。2. 提高航空摄影测量质量，降低成本，缩短时间。3. 改造成本低。4. 减少航空摄影测量人员外业工作量。 目前，数码航空摄影仪设备都被西方

3、少数几个国家垄断，我国刘先林院士设计研发的 SWDC-4 航摄仪打破了国外垄断。由于电子技术突飞猛进，SWDC-4 航空摄影仪使用成本高和产品合格率低的问题日益凸显，而新型航摄仪价格都要壹千万以上，新型航摄仪主要新增了飞行轨迹和 GPS 同步功能，使飞行员有实时参照物、实时飞行姿态和相机曝光示意图，能够及时调整飞行姿态和高度，保证航线重叠度（测绘要求航向重叠 60%、旁相重叠 45%才能产生立体图像）与摄影分辨率，还可满足一些特殊测绘需求。SWDC-4 航摄仪由于没有飞行轨迹和 GPS 同步功能，在航摄过程中，飞机上的机载定位系统与航摄仪内置 GPS 无法同步位置信息，在实际飞行过程中飞行员无

4、法实时了解实际飞行真实位置信息，导致了飞行轨迹、高度与设计的航线及高度存在较大的误差，加大飞行难度，保证不了摄影合格率。本专利针对 SWDC-4 航摄仪这一问题，用简单的方法直接在各传感器前端增加一个信号加强器，再连接到视频接口上，让飞行轨迹和 GPS 位置信息能同步显示在飞机领航屏幕上，使得 SWDC-4 航摄仪达到了国外设备同等性能。（2（实实用性用性：本专利说明示意图如下：图 1-1 中，1，箱体，2，控制平台，3，飞行员领航屏幕，4，外置 VGA 接口，图 1-1 说明示意图1.本专利主要从以下几个方面评价其实用性：1.1 可操作性强，利用 VGA 视频信号传输原理，针对 VGA 视频

5、信号的分屏操作简单有效。在这简单介绍一下 VGA 视频信号传输原理。如图 1-2，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器转变为 R、G、B 三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。而对于 LCD、DLP 等数字显示设备，显示设备中需配置相应的 A/D（模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号。图 1-2 VGA 控制电路如图 1-3 中显示了 VGA 接口 15 针引脚定义（PIN 表示“脚”的意思） 1PIN Red模拟信号的“红” 2PIN Green模拟信号的“绿”

6、3PIN Blue模拟信号的“蓝” 4PIN ID Bit 5PIN N/C 6PIN R.GND模拟信号的“红”的接地端 7PIN G.GND模拟信号的“绿”的接地端 8PIN B.GND 模拟信号的“蓝”的接地端 9PIN No.Pin （备用） 10PINGND 数子信号的的接地端 11PINID Bit屏幕与主机之间的控制或地址码 12PINID Bit 屏幕与主机之间的控制或地址码 13PINH Sync 数字的水平行场信号 14PINV Sync 数字的垂直行场信号 15PINN/C接地端图 1-3 VGA 接口 15 针管脚定义根据 VGA 信号传输原理，要分屏显示飞行状态的 V

7、GA 视频信号，就只需找到输入的水平、垂直时序信号和 RGB 信号。1.2 改造成本低，对航空摄影仪内部线路改动小。下面以一种航空摄影仪控制平台 2 内部相关电路进行分析。如图 1-4 所示，控制平台 2 共有 11 根输入信号连接到显示屏驱动板，液晶屏驱动板上包含主控芯片、MCU 微控制器、ROM 存储器、电源模块、电源接口、VGA 视频信号输入接口、OSD按键板接口、高压板接口、LVDS/TTL 驱屏信号接口等部分。我们分析图 1-5 可知，共有 9 根输入信号连接到 VGA 视频信号接口上，从背面的针脚定义图，分析出这 9 根信号分别是我们所需的水平、垂直时序信号和 RGB 信号以及相应

8、接地针脚。图 1-4 航空摄影仪显示屏内部电路 图 1-5 液晶屏驱动板背面将输入的 9 根视频信号线路在接入到航摄仪内部液晶屏驱动板 VGA 视频信号输入接口的同时，焊接上另一路信号线，如图 1-6 所示，并把这一路信号直接焊接到外置的 VGA 接口 4 上，供飞行员领航屏显示设备连接，如图 1-7 所示。图 1-6 分屏线路 图 1-7 第二路输出信号只需对控制平台 2 内部视频输入信号改造，就可以达到相应效果，线路改动小，控制计算机不需要输出额外信号，不会破坏其他线路传输。1.3 使用效果明显，及时判断飞行质量。飞行员领航屏幕 3 直接通过 VGA 传输线与 VGA 接口 4 相连，航摄

9、仪导入摄区任务，开机测试，测试结果如图 1-8 所示：航摄仪显示屏和外置领航屏能够同时显示飞行任务信息，屏幕显示内容完全一致，使用效果良好。图 1-8 本专利使用效果飞行员可以根据领航屏幕 3 实时判断飞行质量和相机曝光情况，可以通过飞行的航行状况与航摄预定路线进行对比，降低了飞行难度，大大提高了航摄仪使用精度。（三）文本（三）文本质质量量：请详细说明：1.说明书已清楚、完整地公开发明的内容，并使所属技术领域的技术人员能够理解和实施。本专利是在航摄仪控制平台 2 上直接新增一个 VGA 视频接口，连接飞行员领航屏幕。通过对内部线路的分析，找到视频信号输入接口，然后将主控平台输入的视频信号进行分

10、屏操作，在机箱外壳安装视频接口，将增加的一路视频信号引入到这个新增视频接口上，飞行员领航屏显示设备与新增接口直接连接。本专利是基于控制平台内视频信号传输的是 VGA 视频信号，再根据 VGA 视频传输原理进行分屏操作。不改变控制计算机的所有输出信号，便可以增加一路视频信号输出到领航屏幕。2.权利要求书清楚、简要。权利要求以附件权利要求书为准。3.权利要求以说明书为依据，保护范围合理。保护范围以附件权利要求书为准。三、技术先进性评价材料三、技术先进性评价材料（1（技技术术原原创创性及重要性：性及重要性：1. 技术原创性本专利是针对一种航空摄影仪通过对内部线路的改造，达到新增飞行员领航数据的效果，

11、属于改进型专利。这种航空摄影仪由于没有飞行员领航数据，在航摄工作过程中，飞机上的机载定位系统与航摄仪内置 GPS 无法同步位置信息，飞行员在实际飞行过程中无法实时了解实际飞行状态，导致了飞行轨迹、高度与设计的航线及高度存在较大的误差，有可能导致航线重叠度与摄影分辨率无法满足设计需求。本专利针对航摄仪这一设计缺陷，进行升级改造，新增飞行员领航数据，使飞行员可以实时判断飞行质量和相机曝光情况，提高了该航摄仪在使用中的精度，从而减少或避免了补飞的情况，并减少了地面像控点的布设数量。总体实施方案路线如下：（1）航空摄影仪控制平台 2 内部相关电路分析下面以 SWDC 数字航空摄影仪内部相关电路进行分析

12、。如图 3-1 所示，航空摄影管理计算机共有 11 根输入信号连接到显示屏驱动板，液晶屏驱动板上包含主控芯片、MCU 微控制器、ROM 存储器、电源模块、电源接口、VGA 视频信号输入接口、OSD按键板接口、高压板接口、LVDS/TTL 驱屏信号接口等部分。其中，黄线圈出部分就是VGA 视频信号输入接口。图 3-1 显示屏内部电路（2）确定 VGA 视频输入信号线路我们分析图 3-1 可知，管理计算机有 9 根输入信号连接到 VGA 视频信号接口上，从背面的针脚定义图，如图 3-2（黄线圈出部分）所示，可知这 9 根信号分别是我们所需的水平、垂直时序信号和 RGB 信号以及相应接地针脚。图 3

13、-2 液晶屏驱动板背面（3）将控制平台 2 输入的 VGA 视频信号进行分屏操作通过以上电路分析可知，只需将 9 根输入信号进行一分为二的分屏操作，即可将管理计算机传输的信息视频信号同时输出到控制平台 2 的显示屏和飞行员领航屏幕上。分屏具体操作是将输入的 9 根视频信号线路在接入到航摄仪内部液晶屏驱动板VGA 视频信号输入接口的同时，焊接上另一路信号线，如图 3-3 所示，VGA 视频信号输入接口上每一个针脚都有两根线路焊接在上面，这两根线路中一路是原管理计算机的 9 根输入信号线路，另一路便是输出给领航屏幕的。图 3-3 分屏线路（4）将分出的第二路 VGA 信号线在控制平台 2 内部焊接

14、到 VGA 接口 4 上将这一路增加的信号线路直接引出，按针脚定义一一对应，焊接到外置增加的VGA 接口，供飞行员领航屏显示设备连接，如图 3-4（黄线圈出部分）所示，而且要保证第二路的输出线路的每条信号线长度一致。图 3-4 第二路输出信号（5）飞行员领航屏幕 3 直接通过 VGA 传输线与 VGA 接口 4 相连将线路都连接好后，现将外置 VGA 接口连接上 VGA 显示屏，航摄仪导入一个摄区任务，开机测试，测试结果如图 3-5 所示：航摄仪显示屏和外置领航屏能够同时显示飞行任务信息，屏幕显示内容完全同步，测试结果与目标一致。图 3-5 显示效果测试2.技术重要性航空摄影测量是指在航空器上

15、安装摄影仪并在空中对地面进行摄影。由于我国地形结构复杂，地形变化大，传统的测量技术已经无法满足特殊地形测量的要求，因此，借助航空摄影技术可以有效解决这些问题。在基础地理信息采集中，航空数字摄影测量是最有效的手段之一，利用航空摄影仪极大地降低了测绘成本和难度。航空摄影测量成本较高，航空摄影仪一般都价格高昂，而且空中作业飞行成本非常高，并且空中飞行易受到天气、航线等不可控因素影响，所以，有效提高航摄仪使用中的精度，减少误差，将大大降低飞行和测量成本。如果飞行员没有领航数据，在航摄工作过程中，飞机上的机载定位系统与航摄仪内置 GPS 是无法同步位置信息的，飞行员在实际飞行过程中无法实时了解飞行状态与

16、预定航线的偏离状况，会导致飞行轨迹、高度与设计的航线及高度存在较大的误差，甚至摄影分辨率也无法满足设计需求。这种情况就会增加飞行的次数以及外业测量的难度和成本。本专利针对航摄仪这一问题，进行升级改造，增加飞行领航屏幕，飞行员在空中也可以看到飞行质量和相机曝光情况，飞行员根据飞行轨迹、高度与设计的航线及高度修正飞行姿态，解决无法满足航摄设计的情况，提高航摄精度，从而减少或避免补飞的情况，并减少了外业测量的工作量，有效地降低了航空摄影测量成本。（2（技技术优势术优势： ：1.技术优势有以下几点：（1）不破坏原线路，改造范围小。本专利不改变航空摄影仪控制计算机的其他输入信号，只对控制计算机输入的视频

17、信号加强并进行分屏，便可以增加一路视频信号输出到领航屏幕。（2）对第二路视频信号不需要额外的电源供电，不改变加航摄仪各电子元件的电流和电压力，。（3）VGA 视频信号技术成熟，市场上广泛使用，稳定性好，相关配件线缆采购成本低，维护成本低。2.本专利实施效果为了与未改造前的航摄仪进行对比，现选取江西省丰城市试验航飞区域，进行项目成果测试实验。该摄区最小高程 12 米、最大高程 413 米、高程均值 42 米，测区设计地面分辨率为 0.8cm，相机主距为 50.6 毫米，影像的地面分辨率为 0.08 米，相对航高计算如图 -1 所示：hf GSDa aGSDfh图 3-5 航高计算图式中： h飞行

18、高度 f镜头主距（50.6mm）a像元尺寸（6m） GSD地面分辨率按照公式求得相对航高为 674 米，绝对航高 717 米。测试中，让飞行员在飞行过程中分别使用领航数据和不使用领航数据两种方式飞行同一条航线，最后通过飞行后的相同曝光点的高度和飞行角度与标准值进行对比，获得测试结果。测试中飞行了两条航线，两种方式结果对比如下：使用领航屏幕未使用领航屏幕曝光点号大地高(m)飞行角度大地高(m)飞行角度ptid: 025001729.312790.69714.254688.47ptid: 025002727.15390.28715.178286.68ptid: 025003721.196685.9

19、9717.659486.98ptid: 025004720.956187.81723.731990.28ptid: 025005720.875489.57716.826491.54ptid: 025006722.517390.57715.176591.82ptid: 025007727.520991.6716.771792.09ptid: 025008726.45389.59717.710790.37ptid: 025009725.087191.61718.588487.69ptid: 025010723.764191.85722.53590.94ptid: 025011727.031685.

20、09720.455392.24ptid: 025012724.658986.42716.012194.53ptid: 025013720.809988.69715.645791.83ptid: 025014725.559388.95726.52787.11ptid: 025015729.495891.25724.414788.39ptid: 025016726.619694.53721.164387.64ptid: 025017722.520789.8721.285388.96ptid: 025018715.062388.11721.593890.21ptid: 025019715.27478

21、7.36718.783488.56ptid: 025020720.589689.66715.667290.78ptid: 025021724.251390.96717.40591.08ptid: 025022727.871589.21722.573390.34ptid: 025023727.209688.52733.010390.67ptid: 025024723.727890.78737.300789.89ptid: 025025725.191389.06734.3690.19ptid: 025026726.689987.34735.147491.46ptid: 025027727.3333

22、90.64732.565589.83ptid: 025028733.448592.92728.113487.05ptid: 025029732.606891.25729.402988.4ptid: 025030731.98590.48731.357789.6ptid: 025031724.663987.74731.229691.92ptid: 025032726.80889.05733.749591.17ptid: 025033724.126190.32731.761691.46ptid: 025034718.602591.59727.364390.73ptid: 025035724.6369

23、1.9728.978390.03ptid: 025036718.887391.17730.990788.29ptid: 025037717.478190.44736.648487.61ptid: 025038717.721388.72742.265685.87ptid: 025039718.375987.04739.865388.16ptid: 025040720.05691.31733.775791.43ptid: 025041719.017595.61735.628292.7ptid: 025042722.418190.88736.01291.02ptid: 025043726.94169

24、1.15735.166792.26ptid: 025044726.282690.44727.913793.54ptid: 025045722.00687.72718.188388.87ptid: 025046717.522385.99713.027690.15ptid: 025047717.737387.26713.465693.4ptid: 025048719.302188.63713.024989.7ptid: 025049723.737392.86711.341585.98ptid: 025050721.559591.12716.339884.26 平均值723.6130689.8304

25、724.75910289.8834 标准偏差7.8931454892.12616274111.47505692.146686284使用领航屏幕未使用领航屏幕曝光点号大地高(m)飞行角度大地高(m)飞行角度ptid: 023001719.796490.61714.514989.82ptid: 023002721.823391.7717.381188.1ptid: 023003717.008889.79725.326286.39ptid: 023004717.761388.75734.648789.69ptid: 023005724.370687.7734.383788.01ptid: 02300

26、6718.809690.46729.370988.23ptid: 023007713.892491.23727.766289.59ptid: 023008719.263991.22733.8291.79ptid: 023009726.431791.22735.01691.09ptid: 023010719.776389.41735.528791.38ptid: 023011708.046789.91739.245491.67ptid: 023012715.71388.64740.321789.94ptid: 023013723.260988.61739.128487.23ptid: 02301

27、4720.104790.56733.892585.51ptid: 023015718.202792.85726.205889.78ptid: 023016719.6993.9728.023592.08ptid: 023017717.250190.23730.842691.37ptid: 023018720.629888.48738.088288.61ptid: 023019719.126587.75740.386890.92ptid: 023020720.897688.05742.557392.19ptid: 023021732.382289.36742.199487.47ptid: 0230

28、22723.098790.61742.459188.75ptid: 023023719.954593.89737.279890.02ptid: 023024725.461489.25734.859588.35ptid: 023025724.514588.47734.385489.63ptid: 023026725.381987.73729.108693.87ptid: 023027729.198987.03734.347994.18ptid: 023028736.86790.33732.784290.47ptid: 023029736.646791.6725.365588.73ptid: 02

29、3030736.456891.88715.589387.04ptid: 023031739.717491.2713.594188.34ptid: 023032739.812591.44722.775191.63ptid: 023033737.103290.76723.181493.86ptid: 023034737.221690.05721.463593.17ptid: 023035735.679488.32725.257492.43ptid: 023036731.776588.58725.891981.73ptid: 023037728.950488.86729.47588.04ptid:

30、023038727.134489.14727.265490.29ptid: 023039724.864490.43725.625492.58ptid: 023040724.576891.72724.067289.85ptid: 023041725.483888.07722.868186.14ptid: 023042724.878687.26720.342191.4ptid: 023043723.778889.56717.261991.71ptid: 023044721.590392.84722.743288.98ptid: 023045719.153991.16728.254885.27pti

31、d: 023046717.165690.41729.358389.53ptid: 023047719.046588.7722.112892.84ptid: 023048721.841188.95726.512189.12ptid: 023049718.398590.25724.844890.42ptid: 023050712.298692.53721.419389.69 平均值724.04582490.029728.98282289.7784 标准偏差10.198949631.65676129814.171331092.434920122从对比结果可以清楚的看出，飞行员在使用领航数据后，飞行高

32、度与飞行角度误差都更小，而且降低了飞行难度，都比未使用领航屏幕更符合航线设计，证明本专利在实际使用中效果良好。（3（技技术术通用性：通用性：本专利应用于航空摄影测量领域，已应用北京四维远见公司研发的 SWDC-4 数字航空摄影仪。已为 SWDC-4 数字航空摄影仪增加飞行员领航数据。四、运用及保护措施和成效评价材料（一）四、运用及保护措施和成效评价材料（一）（1（专专利运用：利运用：我院为利用好本专利，将改造后的 SWDC-4 航摄仪，立即用于基础测绘，精准扶贫，城市规划，公路设计，新农村等航空摄影测量项目，全部航空摄影达到了 100%的合格率，得到广泛好评，取得 700 多万的经济效益。（2

33、（专专利保利保护护： ：通过完善制度知识产权策略，加强与知识产权主管部门的联系，熟悉专利的保护及扶持政策。（3（制度建制度建设设及条件保障和及条件保障和执执行情况行情况：我院建章立制,使知识产权管理走向规范，制定了档案资料管理办法规定、知识产权管理制度等规章制度；并加强全院宣传培训, 多次组织全院职工学习知识产权相关知识，提高全员知识产权意识。运用及保护措施和成效评价材料（二）运用及保护措施和成效评价材料（二）（四）（四）经济经济效益效益自行自行实实施情况施情况时 间项 目实施日至 2018 年底2017 年初至 2018 年底飞行 2023 平方公里飞行 1900 平方公里完成任务（万元）4

34、00360新增利润（万元）新增出口额（万元）经济效益说明（或列表）：（500 字以内）我院为利用好本专利，将改造后的 SWDC-4 航摄仪，立即用于基础测绘，精准扶贫，城市规划，公路设计，新农村等航空摄影测量项目，全部航空摄影达到了 100%的合格率，得到广泛好评，取得 700 多万的经济效益。专专利利许许可情况可情况（可加行）被许可单位许可金额（万元）至 2018 年底许可收入（万元）许可种类2是否进行许可合同备案2 许可种类填写独占许可、排他许可、普通许可等。合计（万元）专专利出利出资资情况情况（可加行）单位名称出资金额（万元）合计（万元）专专利融利融资资情况情况（可加行）单位名称融资金额

35、（万元）合计（万元）五、社会效益及发展前景评价材料五、社会效益及发展前景评价材料（1（社会效益状况社会效益状况：我院采用本专利改造后的航空摄影仪进行航空摄影测量项目，提高了航摄仪的精度，减轻了飞行难度，降低了生产成本，提高了测绘产品的质量。由于航摄仪精度的提高，我院外业职工在像控点测量中减少了很多工作量，改善了他们的劳动强度，对测绘产品质量也有较大的提升。使用本专利后，我院多个航空摄影项目合格率为 100%、相片清晰度都不低于进口航摄仪，取得了良好的经济效益和社会效益。得到了多方好评，产生了很多积极意义，大大提升了测绘行业对国产高新设备的重视程度。带动了我单位积极拓展航空摄影测量项目，也建立了

36、完善的航摄团队，单位实现了产业结构多元化，仪器设备现代化。激励同行努力进行科技创新，研制更多的高精尖产品，带动测绘行业的发展。（2（行行业业影响力状况影响力状况：本专利利用 VGA 视频信号分屏的操作，对航摄仪内部线路改动特别小，易于操作。本专利适用性强，为今后其它航摄仪增加或改造领航屏提供了一种新思路，有利于航空摄影仪今后的整体设计和创新。提升了航空摄影仪的精度，提高了航空摄影测量的产品质量，还为市场提供了精度高、价格低的好产品。（3（政策适政策适应应性性：国家重点支持的八大高新技术领域，本参评专利属电子信息技术领域，其学科分类空间信息获取及综合应用集成系统。空间数据获取系统，包括低空遥感系统、基于导航定位的精密测量与检测系统、与 PDA 及移动通信部件一体化的数据获取设备等；导航定位综合应用集成系统，包括基于“北斗一号”卫星导航定位应用的主动/被动的导航、定位设备及公众服务系统；基于位置服务（LBS）技术的应用系统平台；时空数据库的构建及其应用技术等。是国家明确鼓励支持的项目。六、获奖情况六、获奖情况获奖获奖情况情况：