CN106292126A - 一种智能航测飞行曝光控制方法、无人机控制方法及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能航测飞行曝光控制方法，包括以下步骤：S51：计算相邻两个曝光点的间隔距离L，获取最快曝光时间间隔T0，最快飞行速度S0；S52：如果L≥S0*T0，则实际飞行速度S＝S0；若L/S0为整数时，则实际曝光时间间隔T＝L/S0；若L/S0不是整数时，则取整后再加1，即T＝L/S0+1；如果L＜S0*T0时，则实际飞行速度S＝L/T0；实际曝光时间间隔T＝T0。另外，本发明还提供了一种应用上述方法的无人机飞行控制方法和控制终端。相比于现有技术，本发明可以实时调整曝光间隔，保证航向重叠度，满足航飞质量要求。
Description
技术领域
本发明涉及无人机控制领域，特别是一种智能航测飞行曝光控制方法、无人机控制方法及终端。
背景技术
在航空摄影测量中航空摄影仪的曝光控制装置直接影响航空摄影测量成果的质量，无论是早期的胶片式光学航摄仪还是后来发展的主流的数字航摄仪均配有相应的自动曝光装置。在执行航测任务时，光学航摄仪由于没有GPS定位装置，主要是依靠外加的定时曝光装置，人工触发曝光。随着技术的发展，现阶段主流的数字航摄仪均配有测量型的GPS装置，在航测任务规划阶段通过地面站计算好航线上的每一个曝光点的精确坐标，在空中执行航飞任务时则是根据GPS定位定点曝光。由于航线规划中飞机飞行速度、航高是固定的，因此也就是每次飞行均是等距曝光。
然而无论是等时曝光还是等距曝光，由于测区环境的复杂性，地形起伏变化，空中风速、气流等影响，导致飞机速度、航高的变化较大，直接影响曝光的不均匀性，导致航测影像的重叠度过大或过小，质量稳定性不够。
随着无人机的普及应用，特别是微小型多旋翼无人机的普及应用，由于相机焦距较短、画幅较小，空中飞行过程更容易受到外界环境变化，曝光稳定性则成为一个关键问题。
针对上述技术问题，现有技术中的主流的航摄仪已经全面走向数字化，即数字航摄仪。数字航摄仪的优点是集成性更高，集成了高精度测量型GPS定位装置，可以准确的获取GPS时钟和精确的位置坐标数据。航摄仪自动控制曝光过程为，在执行航测任务时，首先根据地面站航线规划，计算出每条航线航摄仪曝光的精确坐标位置信息；第二步则是将这些曝光点位写入航测控制软件，在空中通过飞行控制软件读取GPS定位坐标信息，通过坐标匹配实现自动定点曝光。
现有的固定翼无人机一般也采用该种曝光控制方法，可靠性主要还是依据飞机集成的GPS模块的精度与稳定性。
而现有技术中仍然存在技术缺陷：对于专业测绘的数字航摄仪，一般均为定点等距曝光，在航摄过程中无法根据航速、航高变化调整曝光时间间隔。容易造成影像重叠度不够，影像航飞质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种智能航测飞行曝光控制方法、无人机控制方法及终端。
本发明具体通过以下的技术方案实现：一种智能航测飞行曝光控制方法，包括以下步骤：
S51：计算相邻两个曝光点的间隔距离L，获取最快曝光时间间隔T0，最快飞行速度S0；
S52：如果L≥S0*T0，则实际飞行速度S＝S0；若L/S0为整数时，则实际曝光时间间隔T＝L/S0；若L/S0不是整数时，则取整后再加1，即T＝L/S0+1；
如果L＜S0*T0时，则实际飞行速度S＝L/T0；实际曝光时间间隔T＝T0。
作为本发明的进一步改进，所述S51中通过飞行高度、旁向重叠度和航向重叠度计算相邻两点之间的间隔距离L。
本发明还提供了一种无人机的飞行的控制方法，包括以下步骤：
S1：对无人机进行机型智能匹配；
S2：航飞的参数设置；
S3：绘制任务区域的飞行航线；
S4：进行安全检查；
S5：获取飞行速度和曝光时间间隔，具体包括以下步骤：
S51：计算相邻两个曝光点的间隔距离L，获取最快曝光时间间隔T0，最快飞行速度S0；
S52：如果L≥S0*T0，则实际飞行速度S＝S0；若L/S0为整数时，则实际曝光时间间隔T＝L/S0；若L/S0不是整数时，则取整后再加1，即T＝L/S0+1；
如果L＜S0*T0时，则实际飞行速度S＝L/T0；实际曝光时间间隔T＝T0；
S6：根据飞行航线进行飞行并采集数据。
作为本发明的进一步改进，所述S51中通过飞行高度、旁向重叠度和航向重叠度计算相邻两点之间的间隔距离L。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中，所述航飞参数包括：航高、航向重叠度、旁向重叠度和是否变高飞行。
作为本发明的进一步改进，还包括步骤S7：判断是否自动返航；若是，则控制无人机进行自动返航。
本发明还提供了一种控制终端，包括：
智能机型匹配模块，用于对无人机机型进行智能匹配；
参数设置模块，用于设置航飞参数；
航线绘制模块，用于绘制任务区域的飞行航线；
安全检查模块，用于对无人机的参数进行安全检查；
飞行速度和曝光时间间隔获取模块，用于获取飞行速度和曝光时间间隔；所述包括飞行速度和曝光时间间隔获取模块：计算子模块，用于计算相邻两个曝光点的间隔距离L，获取最快曝光时间间隔T0，最快飞行速度S0；
如果L≥S0*T0，则实际飞行速度S＝S0；若L/S0为整数时，则实际曝光时间间隔T＝L/S0；若L/S0不是整数时，则取整后再加1，即T＝L/S0+1；
如果L＜S0*T0时，则实际飞行速度S＝L/T0；实际曝光时间间隔T＝T0；
数据采集模块，用于在飞行航线中采集数据。
作为本发明的进一步改进，所述计算子模块，通过飞行高度、旁向重叠度和航向重叠度计算相邻两点之间的间隔距离L。
作为本发明的进一步改进，所述参数设置模块所设置的航飞参数包括：航高、航向重叠度、旁向重叠度和是否变高飞行。
作为本发明的进一步改进，还包括返航控制模块，用于控制无人机进行自动返航。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)空中环境稳定，飞行平台定速情况下，保证标准等时曝光
本技术发明可实现，在测区地形起伏平稳、空中气流稳定、外界环境变化较小、飞行平台按照稳定标准最大飞行速度飞行情况下，可保证在按照航线规划的相机最小曝光间隔航摄曝光，获取航摄影像。
(2)空中环境复杂，飞行平台超速情况下，自动调整等时曝光间隔
本技术发明可实现，在测区地形起伏较大、空中气流复杂、外界环境变化较大、飞行平台无法稳定标准最大飞行速度飞行情况下，可根据航线规划的定点曝光距离，实时计算相机最小曝光间隔航摄曝光，实时调整相机曝光间隔，保证相机稳定曝光，获取航测影像。
(3)根据空中环境变化，实时调整曝光间隔，保证航向重叠度，满足航飞质量要求
本技术发明通过自适应航高控制曝光方法，并在空中实时调整，可实现在常见复杂航摄环境下的保证相机的稳定曝光，保证航线航向重叠度，达到航飞质量目标，交付合格的航摄影像成果。
(4)程序自动控制自适应航高曝光方法，确保航测质量，达到航测效率最大化
本技术发明应用软件控制程序将自适应航高控制曝光方法自动实现，能够根据飞行平台飞行速度、航飞高度、航向重叠度实时调整相机曝光模式，实现不同比例尺、不同地形的经济合理飞行速度与曝光模式，在保证航测质量的情况下，达到飞行面积最大化目标、作业效率最高的目标。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的智能航测飞行曝光控制方法的步骤流程图。
图2是本发明中飞行曝光的计算方法步骤流程图。
图3是本发明的无人机飞行控制方法的步骤流程图。
图4是本发明的无人机飞行操作的步骤流程图。
图5是本发明的控制终端的模块连接框图。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1，其为智能航测飞行曝光控制方法的步骤流程图。
本发明提供了一种智能航测飞行曝光控制方法，包括以下步骤：
S51：计算相邻两个曝光点的间隔距离L，获取最快曝光时间间隔T0，最快飞行速度S0。具体的，在本步骤中主要通过飞行高度、旁向重叠度和航向重叠度计算相邻两点之间的间隔距离L。
S52：如果L≥S0*T0，则实际飞行速度S＝S0；若L/S0为整数时，则实际曝光时间间隔T＝L/S0；若L/S0不是整数时，则取整后再加1，即T＝L/S0+1；
如果L＜S0*T0时，则实际飞行速度S＝L/T0；实际曝光时间间隔T＝T0。
在本发明中通过曝光点的间隔距离，计算和控制飞行时的速度和时间间隔，从而保证航向重叠度，满足航飞质量要求。
请同时参阅图2，其为本发明中飞行曝光的计算方法步骤流程图。以下具体介绍本发明中飞行曝光的计算过程：
首先，进行航线规划，计算航线定点曝光位置。具体的，在计算曝光位置时，根据航飞确定比例尺、航测分辨率，根据测区地形起伏、相对高差，设定相对航高、重叠度，最后才根据前面设置参数，精确计算定点曝光位置、等距长度。
然后，再计算航行时速度。计算的理论速度为s＝F(航高，重叠度，相机参数，飞机曝光时间间隔T0)，s＝L/T0。
最后，判断该理论速度s是否大于最大飞行速度S0。
若是，也即是L≥S0*T0，则实际飞行速度S＝S0；若L/S0为整数时，则实际曝光时间间隔T＝L/S0；若L/S0不是整数时，则取整后再加1，即T＝L/S0+1。
若否，也即是L＜S0*T0时，则实际飞行速度S＝s；实际曝光时间间隔T＝T0。
实施例2
另外，本发明还将上述的曝光控制方法运用于飞行控制中。请参阅图3，其为本发明的无人机的飞行控制方法流程图。本发明还提供了一种无人机的飞行的控制方法，包括以下步骤：
S1：对无人机进行机型智能匹配。
具体的，由于不同型号的无人机飞行平台硬件技术参数相差较大(例如平台重量、飞行时间、最大飞行速度、抗风等级、传感器曝光间隔、存贮卡容量等)，让非专业的行业应用人员通过大量的参数计算分析之后，从而保证航飞的安全与任务质量是相当复杂的事情，将大大降低作业效率，进而影响无人机在行业应用中的推广与普及。
因此，在本发明中，通过无线通信能够获取飞行平台参数，能够自动识别飞行平台的ID标识和类别，进一步获取飞行平台型号、传感器、电池容量、最大飞行速度等详细的技术参数实时的状态信息，为实时控制安全与质量相关的航飞任务规划、航拍参数计算等提供了飞行平台的基本参数信息。
S2：航飞的参数设置。在本步骤中，所述航飞参数包括：航高、航向重叠度、旁向重叠度和是否变高飞行。
S3：绘制任务区域的飞行航线。
S4：进行安全检查。
具体的，由于航飞的安全与质量控制是行业应用航飞过程中时刻需要监控的一条“红线”，没有安全与质量，就没有无人机的行业应用，飞行前安全与质量预检是最关键的环节。因此，本发明通过无线通信能够获取大疆多旋翼飞行平台关键参数状态数据，评定是否超过阈值，给予起飞预检报警。任一参数超过阈值，均报警禁止起飞。实现用户一键式预检，大大简化每架次起飞前安全质量检查工作，提高工作效率，保证航飞任务质量。所检查的参数包括：无人机是否与地面站连接、飞行航高计算、电池容量计算、储存卡容量计算等等。
S5：获取飞行速度和曝光时间间隔，具体包括以下步骤：
S51：计算相邻两个曝光点的间隔距离L，获取最快曝光时间间隔T0，最快飞行速度S0。具体的，在本步骤S51中通过飞行高度、旁向重叠度和航向重叠度计算相邻两点之间的间隔距离L。
S52：如果L≥S0*T0，则实际飞行速度S＝S0；若L/S0为整数时，则实际曝光时间间隔T＝L/S0；若L/S0不是整数时，则取整后再加1，即T＝L/S0+1；
如果L＜S0*T0时，则实际飞行速度S＝L/T0；实际曝光时间间隔T＝T0；
S6：根据飞行航线进行飞行并采集数据。
S7：判断是否自动返航；若是，则控制无人机进行自动返航。
请同时参阅图4，其为本发明的无人机飞行操作的步骤流程图。以下具体的介绍本发明中无人机的飞行控制方法。
首先，进行飞行前的准备。具体的步骤流程包括：
(1)进行机型的智能匹配。
(2)设置对应的飞行参数。所述飞行参数包括航高、航向重叠率、旁向重叠率和是否变高飞行。
(3)绘制航飞的范围。
(4)启动一键起飞功能。
(5)是否进行变高飞，若是，则输入航点高度，若否，则执行下一步。
(6)进行安全的检查。
接着，进行飞行。具体的步骤流程包括：
(7)上传航点至飞控。
(8)飞机垂直起飞，当飞行高度达计划航高三分之二，启动相机定时拍照，旋转云台垂直。此时，飞机还接收了经过计算后的航飞速度和曝光时间间隔。具体的，理论航飞速度(米/秒)s＝F(航高，重叠率，相机参数，曝光间隔时间t＝2秒)。
若s大于15米/秒，则拍照时间间隔(秒)t＝F(航高，重叠率，相机参数，航飞速度＝15米/秒)，拍照曝光间隔T＝t，航飞速度S＝15米/秒。
若s小于15米/秒，则拍照曝光时间间隔T＝2秒，航飞速度S＝s。
(9)按照规划航线自动执行航拍任务。
最后，进行返航控制。具体的步骤流程包括：
(10)当最后一个航点完成时，自动返航至起飞点上空三分之二航高处。
(11)提示是否选择自动降落或者超过十秒未选择。此时可以自动返航至起飞点，或采用人工降落方式。
请参阅图5，其为本发明的控制终端的模块连接框图。另外，本发明还提供了一种用于实现上述控制方法的控制终端，包括：智能机型匹配模块1、参数设置模块2、航线绘制模块3、安全检查模块4、飞行速度和曝光时间间隔获取模块5、数据采集模块6和返航控制模块7。
所述智能机型匹配模块1，用于对无人机机型进行智能匹配。
具体的，由于不同型号的无人机飞行平台硬件技术参数相差较大(例如平台重量、飞行时间、最大飞行速度、抗风等级、传感器曝光间隔、存贮卡容量等)，让非专业的行业应用人员通过大量的参数计算分析之后，从而保证航飞的安全与任务质量是相当复杂的事情，将大大降低作业效率，进而影响无人机在行业应用中的推广与普及。
因此，在本发明中，通过无线通信能够获取飞行平台参数，能够自动识别飞行平台的ID标识和类别，进一步获取飞行平台型号、传感器、电池容量、最大飞行速度等详细的技术参数实时的状态信息，为实时控制安全与质量相关的航飞任务规划、航拍参数计算等提供了飞行平台的基本参数信息。
所述参数设置模块2，用于设置航飞参数。所述参数设置模块所设置的航飞参数包括：航高、航向重叠度、旁向重叠度和是否变高飞行。
所述航线绘制模块3，用于绘制任务区域的飞行航线。
所述安全检查模块4，用于对无人机的参数进行安全检查。
具体的，由于航飞的安全与质量控制是行业应用航飞过程中时刻需要监控的一条“红线”，没有安全与质量，就没有无人机的行业应用，飞行前安全与质量预检是最关键的环节。因此，本发明通过无线通信能够获取大疆多旋翼飞行平台关键参数状态数据，评定是否超过阈值，给予起飞预检报警。任一参数超过阈值，均报警禁止起飞。实现用户一键式预检，大大简化每架次起飞前安全质量检查工作，提高工作效率，保证航飞任务质量。所检查的参数包括：无人机是否与地面站连接、飞行航高计算、电池容量计算、储存卡容量计算等等。
所述飞行速度和曝光时间间隔获取模块5，用于获取飞行速度和曝光时间间隔；所述包括飞行速度和曝光时间间隔获取模块：计算子模块，用于计算相邻两个曝光点的间隔距离L，获取最快曝光时间间隔T0，最快飞行速度S0；
如果L≥S0*T0，则实际飞行速度S＝S0；若L/S0为整数时，则实际曝光时间间隔T＝L/S0；若L/S0不是整数时，则取整后再加1，即T＝L/S0+1；
如果L＜S0*T0时，则实际飞行速度S＝L/T0；实际曝光时间间隔T＝T0。
具体的，所述计算子模块，通过飞行高度、旁向重叠度和航向重叠度计算相邻两点之间的间隔距离L。
所述数据采集模块6，用于在飞行航线中采集数据。
所述返航控制模块7，用于控制无人机进行自动返航。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)空中环境稳定，飞行平台定速情况下，保证标准等时曝光
本技术发明可实现，在测区地形起伏平稳、空中气流稳定、外界环境变化较小、飞行平台按照稳定标准最大飞行速度飞行情况下，可保证在按照航线规划的相机最小曝光间隔航摄曝光，获取航摄影像。
(2)空中环境复杂，飞行平台超速情况下，自动调整等时曝光间隔
本技术发明可实现，在测区地形起伏较大、空中气流复杂、外界环境变化较大、飞行平台无法稳定标准最大飞行速度飞行情况下，可根据航线规划的定点曝光距离，实时计算相机最小曝光间隔航摄曝光，实时调整相机曝光间隔，保证相机稳定曝光，获取航测影像。
(3)根据空中环境变化，实时调整曝光间隔，保证航向重叠度，满足航飞质量要求
本技术发明通过自适应航高控制曝光方法，并在空中实时调整，可实现在常见复杂航摄环境下的保证相机的稳定曝光，保证航线航向重叠度，达到航飞质量目标，交付合格的航摄影像成果。
(4)程序自动控制自适应航高曝光方法，确保航测质量，达到航测效率最大化
本技术发明应用软件控制程序将自适应航高控制曝光方法自动实现，能够根据飞行平台飞行速度、航飞高度、航向重叠度实时调整相机曝光模式，实现不同比例尺、不同地形的经济合理飞行速度与曝光模式，在保证航测质量的情况下，达到飞行面积最大化目标、作业效率最高的目标。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (10)
1.一种智能航测飞行曝光控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S51：计算相邻两个曝光点的间隔距离L，获取最快曝光时间间隔T0，最快飞行速度S0；
S52：如果L≥S0*T0，则实际飞行速度S＝S0；若L/S0为整数时，则实际曝光时间间隔T＝L/S0；若L/S0不是整数时，则取整后再加1，即T＝L/S0+1；
如果L＜S0*T0时，则实际飞行速度S＝L/T0；实际曝光时间间隔T＝T0。
2.根据权利要求1所述智能航测飞行曝光控制方法，其特征在于：所述S51中通过飞行高度、旁向重叠度和航向重叠度计算相邻两点之间的间隔距离L。
3.一种无人机的飞行的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：对无人机进行机型智能匹配；
S2：航飞的参数设置；
S3：绘制任务区域的飞行航线；
S4：进行安全检查；
S5：获取飞行速度和曝光时间间隔，具体包括以下步骤：
S51：计算相邻两个曝光点的间隔距离L，获取最快曝光时间间隔T0，最快飞行速度S0；
S52：如果L≥S0*T0，则实际飞行速度S＝S0；若L/S0为整数时，则实际曝光时间间隔T＝L/S0；若L/S0不是整数时，则取整后再加1，即T＝L/S0+1；
如果L＜S0*T0时，则实际飞行速度S＝L/T0；实际曝光时间间隔T＝T0；
S6：根据飞行航线进行飞行并采集数据。
4.根据权利要求3所述智能航测飞行曝光控制方法，其特征在于：所述S51中通过飞行高度、旁向重叠度和航向重叠度计算相邻两点之间的间隔距离L。
5.根据权利要求3所述智能航测飞行曝光控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述航飞参数包括：航高、航向重叠度、旁向重叠度和是否变高飞行。
6.根据权利要求3所述智能航测飞行曝光控制方法，其特征在于：还包括步骤S7：判断是否自动返航；若是，则控制无人机进行自动返航。
7.一种控制终端，其特征在于：包括
智能机型匹配模块，用于对无人机机型进行智能匹配；
参数设置模块，用于设置航飞参数；
航线绘制模块，用于绘制任务区域的飞行航线；
安全检查模块，用于对无人机的参数进行安全检查；
飞行速度和曝光时间间隔获取模块，用于获取飞行速度和曝光时间间隔；所述包括飞行速度和曝光时间间隔获取模块：计算子模块，用于计算相邻两个曝光点的间隔距离L，获取最快曝光时间间隔T0，最快飞行速度S0；
如果L≥S0*T0，则实际飞行速度S＝S0；若L/S0为整数时，则实际曝光时间间隔T＝L/S0；若L/S0不是整数时，则取整后再加1，即T＝L/S0+1；
如果L＜S0*T0时，则实际飞行速度S＝L/T0；实际曝光时间间隔T＝T0；
数据采集模块，用于在飞行航线中采集数据。
8.根据权利要求7所述控制终端，其特征在于：所述计算子模块，通过飞行高度、旁向重叠度和航向重叠度计算相邻两点之间的间隔距离L。
9.根据权利要求7所述控制终端，其特征在于：所述参数设置模块所设置的航飞参数包括：航高、航向重叠度、旁向重叠度和是否变高飞行。
10.根据权利要求7所述控制终端，其特征在于：还包括返航控制模块，用于控制无人机进行自动返航。
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