CN103217936A - 环保应急无人机集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保应急无人机集成系统，其技术特点是：包括无人机及无人机载荷监测系统、地面控制站以及地面数据处理中心，该无人机载荷监测系统包括安装在无人机上的载荷箱以及安装在载荷箱上的无人机专用摄像机、热红外相机、无线高清视频传输系统，无人机专用摄像机、热红外相机与无线高清视频传输系统相连接实时向地面控制站传送视频图像信息，地面控制站通过无线通信方式与无人机进行通信控制无人机的航线规划并直观地显示飞机信息及视频图像信息；小型机载成像光谱仪与DGPS/IMU定位定向系统相连接。本发明设计合理，能够在在突发环境污染事故及常规环境监测中发挥积极的作用，提高对环境应急监测数据快速处理、分析的能力。
Description
技术领域
本发明属于无人机技术领域，尤其是一种环保应急无人机集成系统。
背景技术
自英国于1917年成功研制世界上第一架无人机之后，无人机技术的发展进步都和强大的军事需求紧密相关。因此，无人机在军事方面运用非常丰富，并且在战争中发挥了越来越重要的作用。与丰富的军事运用相比，无人机在民用方面稍稍落后，我国无人机发展起步于上世纪50年代，实质性的进展则始于上个世纪90年代。面对我国环境污染事故频发、环境应急监测任务繁重，但无人机遥感技术至今尚未得到广泛应用，无人机遥感环境应急监测技术研究基本处于空白，难以满足我国环保部门应急监测的需要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种集成度高、实时性强、准确可靠的环保应急无人机集成系统。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种环保应急无人机集成系统，包括无人机及无人机载荷监测系统、地面控制站以及地面数据处理中心，该无人机载荷监测系统包括安装在无人机上的载荷箱以及安装在载荷箱上的无人机专用摄像机、热红外相机、无线高清视频传输系统、DGPS/IMU定位定向系统、小型机载成像光谱仪、气体检测仪和其他视频及图像采集设备，所述的无人机专用摄像机、热红外相机与无线高清视频传输系统相连接实时向地面控制站传送视频图像信息，地面控制站通过无线通信方式与无人机进行通信控制无人机的航线规划并直观地显示飞机信息和视频图像信息；小型机载成像光谱仪与DGPS/IMU定位定向系统相连接，安装在载荷箱上的各个设备分别将采集的数据保存在各自的存储器中并传送至地面数据处理中心中。
而且，所述的其他视频及图像采集设备包括3D摄像机、4波段CCD相机和 高分辨率照相机。
而且，所述的无线高清视频传输系统采用2.4G无线高清视频传输系统。
而且，所述的无人机采用“环鹰一号”无人直升机，所述的热红外相机采用FLIR热红外成像仪TAU-640；所述的气体检测仪采用MX6复合气体检测仪；所述的小型成像光谱仪采用Rolera-MGi作为光谱仪的成像器件。
而且，所述的高分辨率照相机采用哈苏H4D-60相机；所述4波段CCD相机采用MCC4-12F四波段相机。
而且，所述的地面控制站安装在应急监测通信车上。
本发明的优点和积极效果是：
1、本集成系统高度集成化地将无人机专用摄像机、热红外相机、2.4G无线高清视频传输系统、小型机载成像光谱仪、DGPS/IMU定位定向系统、4波段CCD相机、高分辨率光学相机、气体检测仪、3D摄像机安装在无人机上，可同时、准确、连续、完整地采集多种数据，可以通过2.4G无线高清视频传输系统实时向地面控制站传输视频图像数据，其获取的同一时相数据在对比分析上一致性比较强，可以相互对比分析，得出的分析结果更具有说服力。
2、本集成系统的地面控制站通过无线通信方式与无人机进行通信，控制无人机的航线规划并直观地显示飞机飞行时间、速度、高度、方位和视频图像信息，可将无人机获取的实时影像数据进行快速拼接，得到环境监测范围当前影像；所获得的高清晰、高分辨率、高精度的遥感探测数据，适合环境应急监控的需要，同时为环境应急监测处理决策提供有力依据及时限。
3、本集成系统上各个监测设备分别获取环境遥感监测数据并存储在相应的存储器中，待飞行任务结束后，可以获得的环境遥感监测数据传输到地面数据处理中心，由地面数据处理心进行信息提取和输出处理，并完成图像快速处理、环境监测应急信息快速提取功能，实现无人机环境应急监测。
4、本集成系统可以弥补卫星遥感受轨道的限制、每天过顶的时间固定、应急观测困难的局限，可自由、灵活飞行计划。
5、本集成系统对地理条件和天气条件的适应性强，可在河流草甸、无路无人区、自然灾害受灾区、环境污染事故区、危险区等飞行。
6、本发明设计合理，填补我国环保部门的在环境应急监测方面的空白，能够在在突发环境污染事故及常规环境监测中发挥积极的作用，有力的弥补卫星遥感监测数据和地面监测数据的不足，提高对环境应急监测数据快速处理、分析的能力，辅助决策者在环境污染事故及日常监测中快速做出应急措施方案。
附图说明
图1是本发明的系统连接示意图
图2是本发明的另一种系统连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种环保应急无人机集成系统，如图1所示，包括无人机及无人机载荷监测系统、安装在应急监测通信车内的地面控制站以及地面数据处理中心。在本实施例中，无人机采用“环鹰一号”无人直升机，无人机载荷监测系统包括安装在无人机上的载荷箱以及安装在载荷箱上的无人机专用摄像机、热红外相机、2.4G无线高清视频传输系统、小型机载成像光谱仪、DGPS/IMU定位定向系统、4波段CCD相机、高分辨率光学相机、气体检测仪、3D摄像机，其中，无人机专用摄像机、热红外相机通过数据线与2.4G无线高清视频传输系统相连接，无人机及无人机专用摄像机和热红外相机能够实时监测飞机飞行时间、速度、高度、方位、视频图像并通过无线通信方式传输到地面控制站；地面控制站通过无线通信方式与无人机进行通信，控制无人机的航线规划并直观地显示飞机飞行时间、速度、高度、方位和视频图像信息。小型机载成像光谱仪与DGPS/IMU定位定向系统通过数据线相连接，DGPS/IMU定位定向系统能在空中获得飞行的位置和姿态数据，通过检校和预处理，可以直接获取传感器在工作时的外方位元素，从而实现在只需少量甚至无地面控制点情况下的空间数据获取，小型机载成像光谱仪拍摄的高光谱影像数据被存储在其内部的控制电脑中并通过硬盘将拍摄的高光谱影像数据传输到地面数据处理中心。载荷箱上的各个设备分别获取环境遥感监测数据并存储在相应的存储器中，待飞行任务结束后，载荷箱上的各个设备可以将获得的环境遥感监测数据传输到地面数据处理中心，由地面数据处理心进行信息提取和输出处理，并完成图像快速处理、环境监测应急信息快速提取功能，实现无人机环境应急监测。
无人机专用摄像机采用高清晰摄像机用于采集监测区域的实时视频观测数据，在无人机应急监测过程中发挥着必不可少的“眼睛”作用，无人机专用摄像机所获取的视频图像通过2.4G无线高清视频传输系统实时地地面控制站，实现对无人机整个航行的FPV飞行过程实时监控功能。
热红外相机用于不可见光载荷的图像采集可作为可见光载荷的有效补充手段，可应用溢油等方面的应急监测。本实施例中，热红外相机使用美国FLIR（菲利尔）热红外成像仪TAU-640传感器，具有体积最小、重量最轻、功耗最小等特点。
2.4G无线高清视频传输系统采用的发射频率为2.400GHz～2.484GHz，其传输距离可达10km至100km,并可以通过中继扩展,具有覆盖范围大的特点。通过该2.4G无线高清视频传输系统可以实时地将无人机专用摄像机、热红外相机采集的视频图像信息传输给地面控制站。
小型机载成像光谱仪采用QImaging公司的Rolera-MGi作为光谱仪的成像器件，用于更精确的环境污染探测，光谱范围从350到1050nm，数据传输采用高速1394接口。该成像光谱仪相对高分辨率照相机可以提供波段更为丰富的图像数据。
4波段CCD相机采用由中科院遥感所研发的MCC4-12F四波段相机，该CCD相机适合搭载无人小飞机低空平台，可在低空采集高分辨率数据。该相机采用单一光谱信息采集光路、旋轮滤光片顺序切换的系统结构，可获取红、绿、蓝和近红外数据。
高分辨率照相机用于拍摄高空间分辨率的全彩色遥感图像，本实施例中，高分辨率照相机采用哈苏H4D-60相机，能够获取GRB真彩色影像，分辨率达6000万像素，因此，可以为无人机环境污染事故如泥石流、尾矿库溃坝、水华、溢油、化工厂污染等事故应急监测提供更加快速、清晰、直观的无人机航空遥感探测数据。
气体检测仪采用MX6复合气体检测仪用于检测有毒有害气体检测该MX6复合气体检测仪可进行大气污染事故监测，如SO2和NO等。
3D摄像机采用高分辨率及光学可变焦相机，针对垮塌的事故使可以直观的 看出垮塌的情况。
地面控制站安装在应急监测通信车内，以满足环境污染事故无人机应急监测过程中无人机的运输、任务规划与控制及数据传输与接收相关硬件设备的需要。为了保证地面控制站与无人机之间的可靠性传输和提高系统效率，采用动态图像压缩编码技术、视频图像数字传输技术，能够实现实时、准确的数据传输功能。在地面控制站内安装有航线规划软件、数据处理软件、信息提取软件：航线规划软件主要是根据需求设计飞行航线，在地面控制站直观显示并实时监测；数据处理软件主要是对获取的影像资料进行第一时间的整理修正，并把获取影像自主拼接成一幅应急监测地区全景图；信息提取软件的主要功能是根据无人机获取的其他数据以及影像数据，对监测内容进行全面的信息提取与分析，向决策者提供第一手数据资料，辅助其做出正确的应对处理决定。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明保护范围包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种环保应急无人机集成系统，其特征在于：包括无人机及无人机载荷监测系统、地面控制站以及地面数据处理中心，该无人机载荷监测系统包括安装在无人机上的载荷箱以及安装在载荷箱上的无人机专用摄像机、热红外相机、无线高清视频传输系统、DGPS/IMU定位定向系统、小型机载成像光谱仪、气体检测仪和其他视频及图像采集设备，所述的无人机专用摄像机、热红外相机与无线高清视频传输系统相连接实时向地面控制站传送视频图像信息，地面控制站通过无线通信方式与无人机进行通信控制无人机的航线规划并直观地显示飞机信息和视频图像信息；小型机载成像光谱仪与DGPS/IMU定位定向系统相连接，安装在载荷箱上的各个设备分别将采集的数据保存在各自的存储器中并传送至地面数据处理中心中。
2.根据权利要求1所述的环保应急无人机集成系统，其特征在于：所述的其他视频及图像采集设备包括3D摄像机、4波段CCD相机和高分辨率照相机。
3.根据权利要求1所述的环保应急无人机集成系统，其特征在于：所述的无线高清视频传输系统采用2.4G无线高清视频传输系统。
4.根据权利要求1所述的环保应急无人机集成系统，其特征在于：所述的无人机采用“环鹰一号”无人直升机，所述的热红外相机采用FLIR热红外成像仪TAU-640；所述的气体检测仪采用MX6复合气体检测仪；所述的小型成像光谱仪采用Rolera-MGi作为光谱仪的成像器件。
5.根据权利要求2所述的环保应急无人机集成系统，其特征在于：所述的高分辨率照相机采用哈苏H4D-60相机；所述4波段CCD相机采用MCC4-12F四波段相机。
6.根据权利要求1所述的环保应急无人机集成系统，其特征在于：所述的地面控制站安装在应急监测通信车上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130724 |