CN104713548A - 一种飞行器自动定位方法 - Google Patents

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仇殿辰
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    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00

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Abstract

本发明为了避免外部电磁干扰或GPS信号缺失的问题，提供了一种飞行器自动定位方法，包括：(1)预先获得飞行区域的参考地理信息和标志建筑物信息，并建立二者之间的关联；(2)飞行器采集视频信息，并识别视频信息中的建筑物信息；(3)飞行器采集地理信息；(4)将建筑物信息、地理信息与所述参考地理信息和标志建筑物信息作比较，判断飞行器的位置。本发明降低了飞行器，尤其是无人机在执行任务时对GPS信息的依赖性，提高了飞行器的定位可靠性和抗干扰性。

Description

一种飞行器自动定位方法
技术领域
本发明涉及无人飞行器或无人机的定位技术，更具体地，涉及一种飞行器自动定位方法。
背景技术
市面上使用的无人飞行器，如航空模型、玩具模型、用于航空拍摄、勘探和抗震救灾等用于实现飞行导航的方式都是建立于人工操控和GPS导航的方式。GPS导航技术主要是以安装在无人飞行器上面的GPS信号接收模块作为GPS信号接收端，通过其接收到的GPS卫星信号，来定位飞行器的位置、飞行速度等信息。
然而，这些无人机或飞行器定位时，必须依赖于GPS信息。一旦GPS信息发生错误或者无法找到GPS信号或者外部对于通信网络的干扰较强，则将出现飞行器作业失败，甚至导致飞行器坠毁的危险。
发明内容
本发明为了避免外部电磁干扰或GPS信号缺失的问题，提供了一种飞行器自动定位方法，包括：
(1)预先获得飞行区域的参考地理信息和标志建筑物信息，并建立二者之间的关联；
(2)飞行器采集视频信息，并识别视频信息中的建筑物信息；
(3)飞行器采集地理信息；
(4)将建筑物信息、地理信息与所述参考地理信息和标志建筑物信息作比较，判断飞行器的位置。
进一步地，所述参考地理信息包括等高线信息和地图信息，所述地图信息包括具有GPS信息的图层。
进一步地，所述标志建筑物信息包括标志建筑物的GPS坐标、等高线信息和标志建筑物的360度全景图像信息。
进一步地，所述建立二者之间的关联包括：将标志建筑物信息中的GPS信息和/或等高线信息与所述参考地理信息中的具有GPS信息的图层中的GPS信息进行关联。
进一步地，所述关联为：建立飞行区域的参考地理信息数据库和标志建筑物信息数据库，通过标志建筑物信息中的GPS信息和/或等高线信息建立这两个数据库之间的索引。
进一步地，所述步骤(2)包括：
摄像头定时采集视频信息；
对采集到的视频信息进行分帧处理；
根据所述参考地理信息和标志建筑物信息之间的关联，将各帧图像与预先存储的标志建筑物信息进行比对。
进一步地，所述步骤(3)包括：利用高度计获得飞行器所在的高度，并确定当前飞行器所在位置的登高线信息，和/或利用GPS设备获得GPS信息。
进一步地，所述步骤(3)进一步包括：获得上一次识别标志建筑物到当前所度过的时间，通过无人机的速度计量设备计算飞行器从上次定位到当前飞行的距离，以上次定位的位置为圆心、该距离为半径，查找待比对的标志建筑物信息。
本发明的有益效果是：降低了飞行器，尤其是无人机在执行任务时对GPS信息的依赖性，提高了飞行器的定位可靠性和抗干扰性。
附图说明
图1示出了根据本发明的飞行器自动定位方法的流程框图。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的实施例，飞行器自动定位方法包括如下步骤：
(1)预先获得飞行区域的参考地理信息和标志建筑物信息，并建立二者之间的关联；
(2)飞行器采集视频信息，并识别视频信息中的建筑物信息；
(3)飞行器采集地理信息；
(4)将建筑物信息、地理信息与所述参考地理信息和标志建筑物信息作比较，判断飞行器的位置。
根据本发明的优选实施例，所述参考地理信息包括等高线信息和地图信息，所述地图信息包括具有GPS信息的图层。所述标志建筑物信息包括标志建筑物的GPS坐标、等高线信息(或高度信息)和标志建筑物的360度全景图像信息。由于GPS信息会因为无法确定GPS卫星而导致定位失败，因此，本发明提出了以等高线作为替代进行定位的方案。当然，在某些情况下，GPS定位与等高线定位可以同时被采用。
上述步骤(1)中，所述建立二者之间的关联包括：将标志建筑物信息中的GPS信息和/或等高线信息与所述参考地理信息中的具有GPS信息的图层中的GPS信息进行关联。优选地，还包括：将标志建筑物信息中的等高线信息(或高度信息)和/或等高线信息与所述参考地理信息中的具有GPS信息的图层中的GPS信息和等高线信息进行关联。
进一步地，所述关联为：建立飞行区域的参考地理信息数据库和标志建筑物信息数据库，通过标志建筑物信息中的GPS信息和/或等高线信息建立这两个数据库之间的索引。这两个数据库在建立的过程中可以被设置作为主键，从而提高索引速度。
根据本发明的优选实施例，所述步骤(2)包括：
摄像头定时采集视频信息；
对采集到的视频信息进行分帧处理；
根据所述参考地理信息和标志建筑物信息之间的关联，将各帧图像与预先存储的标志建筑物信息进行比对。
摄像头可以采用中芯微301P系列芯片的USB摄像头，加载上摄像头驱动即可。具体摄像设备可根据摄像要求精度不同选取不同的设备。例如，还可以选择720p甚至1080p分辨率的摄像头。
优选地，进行步骤(2)的摄像头控制、分帧和比对等处理的设备为处理器，例如Samsung公司的S3C2440。S3C2440处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，S3C2440的主频为533MHz，内核电压为1.3V，采用16/32位ARM920TRISC核心，提供的接口支持：数码摄像头、TFT/STN液晶屏、USB、HOST/DEVICE、IIS音频、NAND闪存、SD/MMC/SDIO存储卡以及触摸屏等。S3C2440是整个系统的核心，既控制设备的运行，还控制摄像机拍摄，与地面监控装置进行通信。
采集视频信息可以始终采集，但优选地是定时采集，以减少飞行器对能量的消耗以及进行图像采集和识别对处理器的占用程度，从而使得控制器能够将更多的运行时分配给飞行器上携带的其他设备，例如监控设备、遥感设备、遥测设备、扫描设备、环境参数采集传感器等等。
根据本发明的优选实施例，上述步骤(3)包括：飞行器携带高度计，利用高度计获得飞行器所在的高度，并据此高度确定当前飞行器所在位置的登高线信息，和/或利用GPS设备获得GPS信息。该等高线信息的确定是将飞行器所在位置处检测到的高度信息与地理信息数据库中的等高线进行比对。
当通过GPS信息或等高线信息的比对结束后，飞行器将能够获得当前位置或其附近的标志建筑物的图像。为了提高飞行器在不同飞行角度时采集到的图像帧的识别率，标志建筑物的图像为360度全景图像。这样，经过图像的滤波、缩放、匹配等处理，所在位置或附近的标志性建筑物将被识别出来。
由于待比对的相同高度的等高线信息也存在非唯一的情况，尤其是飞行区域较大时这种情况更加普遍，因此，本发明优选的实施例中还采用以下方式获得当前所在位置的等高线：获得上一次识别标志建筑物到当前所度过的时间，通过无人机的速度计量设备计算飞行器从上次定位到当前飞行的距离，以上次定位的位置为圆心、该距离为半径，查找待比对的标志建筑物信息。通过这种方式，结合上述地理信息数据库中记载的GPS信息计算上次定位以后的位置，将能够粗略地计算出当前位置所在的子区域，从而缩小与数据库中的等高线比对时所需的范围，提高比对结过的准确度。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (8)

1.一种飞行器自动定位方法，包括：
(1)预先获得飞行区域的参考地理信息和标志建筑物信息，并建立二者之间的关联；
(2)飞行器采集视频信息，并识别视频信息中的建筑物信息；
(3)飞行器采集地理信息；
(4)将建筑物信息、地理信息与所述参考地理信息和标志建筑物信息作比较，判断飞行器的位置。
2.根据权利要求1的飞行器自动定位方法，其特征在于，所述参考地理信息包括等高线信息和地图信息，所述地图信息包括具有GPS信息的图层。
3.根据权利要求2的飞行器自动定位方法，其特征在于，所述标志建筑物信息包括标志建筑物的GPS坐标、等高线信息和标志建筑物的360度全景图像信息。
4.根据权利要求3的飞行器自动定位方法，其特征在于，所述建立二者之间的关联包括：将标志建筑物信息中的GPS信息和/或等高线信息与所述参考地理信息中的具有GPS信息的图层中的GPS信息进行关联。
5.根据权利要求3的飞行器自动定位方法，其特征在于，所述关联为：建立飞行区域的参考地理信息数据库和标志建筑物信息数据库，通过标志建筑物信息中的GPS信息和/或等高线信息建立这两个数据库之间的索引。
6.根据权利要求1的飞行器自动定位方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：
摄像头定时采集视频信息；
对采集到的视频信息进行分帧处理；
根据所述参考地理信息和标志建筑物信息之间的关联，将各帧图像与预先存储的标志建筑物信息进行比对。
7.根据权利要求1的飞行器自动定位方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：利用高度计获得飞行器所在的高度，并确定当前飞行器所在位置的登高线信息，和/或利用GPS设备获得GPS信息。
8.根据权利要求7的飞行器自动定位方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括：获得上一次识别标志建筑物到当前所度过的时间，通过无人机的速度计量设备计算飞行器从上次定位到当前飞行的距离，以上次定位的位置为圆心、该距离为半径，查找待比对的标志建筑物信息。
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