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AvalancheRescue: Photogrammetry-Based Pseudo-Base Station (Avalanche Beacon) #2633
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English translation: Project Overview AvalancheRescue is an avalanche beacon system developed using photogrammetry and pseudo-base station technology. The goal of the project is to create an open-source solution that utilizes mobile devices, drones, and LiDAR technology to quickly locate victims in avalanches, providing outdoor enthusiasts and rescue teams with a low-cost, high-precision tool. Core Features
Project Goals
Hardware Requirements
Technical Architecture
Technical Implementation Pseudo-Base Station Signal Simulation
Photogrammetry Data Processing Using AliceVision and OpenCV to analyze images and generate point clouds:
Localization Algorithm Position triangulation based on pseudo-base station signal strength:
Path Planning Using the A* search algorithm to generate rescue paths:
Project Structure AvalancheRescue/ Project Submission and Promotion
|
项目简介
AvalancheRescue 是一款利用摄影测量和伪基站技术开发的雪崩信标(Avalanche Beacon)系统。项目的目标是构建一个开源解决方案,利用移动设备、无人机和 LiDAR 技术快速定位雪崩中的受害者,为户外运动爱好者和搜救队伍提供低成本、高精度的工具。
核心功能
1. 位置信号模拟:
• 利用伪基站技术,通过低功耗设备发出定位信号。
• 结合 GPS 数据为救援团队提供受害者的大致位置。
2. 摄影测量与 LiDAR 融合:
• 使用无人机或移动设备拍摄的影像,通过摄影测量生成 3D 地形模型。
• 结合 LiDAR 提供高精度的雪层深度和障碍信息。
3. 受害者定位:
• 结合伪基站信号和 3D 地形数据,精确计算受害者的埋藏位置。
• 生成可视化的搜救路径。
4. 实时通信与导航:
• 基于移动设备与伪基站的通信协议,实时传输位置信息。
• 提供路径规划功能,优化救援路线。
项目目标
1. 提高搜救效率:结合 3D 建模与无线通信技术,快速锁定受害者位置。
2. 降低成本:采用现有的开源技术和廉价硬件,打造一套可普及的雪崩信标方案。
3. 兼容性:支持主流移动设备、无人机和摄影测量软件(如 Meshroom)。
硬件需求
1. 伪基站设备:
• 核心:基于 SDR(软件定义无线电)的低功耗伪基站。
• 常用模块:如 HackRF One 或 LimeSDR Mini。
2. 摄影测量设备:
• 标准无人机(如 DJI 系列)或智能手机(带 LiDAR 的 iPhone/iPad)。
• 支持多视图拍摄的相机。
3. 计算设备:
• 高性能笔记本或服务器,用于 3D 重建和信号处理。
技术架构
信号模块
• 使用 SDR 模拟雪崩信标的信号。
• 采用频率为 457kHz 的国际标准雪崩信标协议。
• 使用 GPS 数据对信号进行时间同步。
摄影测量模块
• 数据输入:
• 从无人机或设备获取多视图图像。
• 使用 LiDAR 获取深度数据。
• 数据处理:
• 调用 Meshroom 或 AliceVision 提供的开源摄影测量算法生成 3D 地形模型。
• 输出:
• 雪崩区域的 3D 点云模型。
• 可视化的受害者定位图。
定位模块
• 利用伪基站信号的强度和方向,初步估算受害者位置。
• 融合 3D 地形模型和 GPS 数据,计算受害者的埋藏深度和精确坐标。
导航模块
• 使用 A* 或 Dijkstra 算法进行路径规划。
• 输出救援路线,并通过移动设备提供实时导航。
技术实现
伪基站信号模拟
from gnuradio import analog, blocks, gr
class AvalancheBeacon(gr.top_block):
def init(self, frequency=457e3):
gr.top_block.init(self)
self.src = analog.sig_source_c(1e6, analog.GR_COS_WAVE, frequency, 1)
self.sink = blocks.file_sink(gr.sizeof_gr_complex, "beacon_signal.dat")
self.connect(self.src, self.sink)
摄影测量数据处理
使用 AliceVision 和 OpenCV 分析影像并生成点云:
import meshroom
from meshroom.core import Project
def process_photogrammetry(images_folder):
project = Project()
project.add_images(images_folder)
project.start()
return project.get_output()
定位算法
基于伪基站信号强度进行位置三角测量:
import numpy as np
def triangulate_position(signal_strengths, base_station_coords):
"""
根据信号强度计算受害者位置
"""
weights = np.array(signal_strengths)
positions = np.array(base_station_coords)
weighted_positions = np.sum(positions.T * weights, axis=1) / np.sum(weights)
return weighted_positions
路径规划
使用 A* 搜索算法生成救援路径:
import heapq
def a_star_search(start, goal, grid):
"""
A* 路径规划算法
"""
frontier = []
heapq.heappush(frontier, (0, start))
came_from = {}
cost_so_far = {}
came_from[start] = None
cost_so_far[start] = 0
项目架构
AvalancheRescue/
│
├── signal/
│ ├── beacon_simulator.py # 信标信号模拟
│
├── photogrammetry/
│ ├── terrain_model.py # 3D 地形重建模块
│
├── localization/
│ ├── triangulation.py # 受害者定位算法
│
├── navigation/
│ ├── path_planner.py # 路径规划算法
│
├── data/ # 示例数据集
├── README.md # 项目说明文档
└── requirements.txt # 依赖列表
项目投稿与传播
1. 完善文档:
• 描述项目的功能、用途和安装步骤。
• 提供示例数据集和测试说明。
2. 开源发布:
• 上传到 GitHub,选择适当的开源许可证(如 MIT 或 GPL)。
• 在相关社区(如摄影测量、无人机技术论坛)宣传。
3. 后续改进:
• 引入更多数据源(如 SAR 雷达)。
• 提高伪基站信号处理的鲁棒性。
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