CN107422397A - 基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统，包括无人机及地面站，所述无人机包括大气数据检测模块、定位模块及数据发射模块，所述无人机在选定的监测区域内移动，所述定位模块记录所述无人机的地理位置信息，所述大气数据检测模块实时监测所述无人机当前地理位置对应的实际大气数据分布信息，并传送至所述数据发射模块；所述地面站包括数据接收模块、数据处理模块和显示器，所述数据接收模块接收所述无人机的大气数据检测模块监测到的大气数据分布信息，所述数据处理模块对所述大气数据分布信息进行处理并在显示器上显示形成大气数据分布二维展示示意图。同时本发明还提供一种基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法。所述展示系统及方法直观呈现大气数据分布，方便监测，可视化程度高，监测精度高。

Description

基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法及系统

技术领域

本发明涉及场景中的大气数据分布可视化技术领域，尤其涉及一种应用无人机移动平台检测大气数据分布的可视化方法及系统。

背景技术

传统的大气数据监测通常采用采集待监测位置的大气样品进行实验室分析，这样的监测方式无法快速、准确、全面地进行大气数据分布的监测，并且无法准确确定监测位置的地理位置信息。

在大气污染严重的监测区域更不适宜监测人员靠近。因此，寻求能够代替人进行现场监测的监测方式成为必然趋势。

无人机具有低成本、低损耗、可重复使用且风险小等诸多优势，采用无人机进行现场大气数据分布监测可使操作人员远离污染，提高监测效率。

因此，研发一种基于无人机的大气数据分布监测系统及方法是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法。

同时本发明还提供一种实现上述基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法的展示系统。

一种基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法，包括如下步骤：

步骤S1，选定监测区域，通过卫星获取监测区域视图；

步骤S2，于所述监测区域视图设定相互垂直的第一维方向和第二维方向，并沿平行于第一维方向和第二维方向均匀分割所述监测区域视图，形成具格栅的监视区域视图；

步骤S3，提供无人机于所述监测区域移动，所述无人机包括定位模块、大气数据检测模块及数据发射模块，所述定位模块获取所述无人机的地理位置信息，所述大气数据检测模块监测对应所述地理位置信息的大气数据分布信息，获得具地理位置信息的大气数据分布信息，所述数据发射模块发射所述具地理位置信息的大气数据分布信息；

步骤S4，提供地面站，所述地面站包括数据接收模块、数据分析模块及显示器，所述数据接收模块接收来自所述数据发射模块的大气数据分布信息，所述数据分析模块对接收到的大气数据分布信息进行分析，所述显示器以格栅为单位实时显示经所述数据分析模块分析后的大气数据分布信息。

优选的，所述监视区域视图分割后形成多个均匀连续分布的格栅，每一格栅对应一地理位置范围。

优选的，所述地理位置信息是长宽为设定值的矩形平面区域。

优选的，所述地理位置信息是长宽均为10米的正方形区域。

优选的，沿所述无人机移动方向，所述大气数据检测模块依次监测对应格栅区域的大气数据分布信息，依次获得所经过格栅区域的大气数据分布信息，且所述大气数据分布信息与所述格栅的地理位置区域相对应。

优选的，所述地面站包括存储器，所述存储器预存各类大气数据分布信息标准区间，所述存储器接收来自所述数据接收模块的实际大气数据分布信息，并与预存的各类大气数据分布信息区间值相比较，同时把比较结果反馈至所述数据分析模块。

优选的，设定所述各类大气数据分布信息标准区间值对应可见光的不同色相值，所述格栅的所在地理区域的实际大气数据分布信息对应不同的色相值，进而获得二维彩色大气数据分布图。

优选的，所述大气数据检测模块是电化学传感器。

一种基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统，包括无人机及地面站，所述无人机包括大气数据检测模块、定位模块及数据发射模块，所述无人机在选定的监测区域内移动，所述定位模块记录所述无人机的地理位置信息，所述大气数据检测模块实时监测所述无人机当前位置所在区域的实际大气数据分布信息，并传送至所述数据发射模块；所述地面站包括数据接收模块、数据分析模块和显示器，所述数据接收模块接收所述无人机的地理位置信息和对应的实际大气数据分布信息，所述数据分析模块对所述具有地理位置信息的大气数据分布信息分析，并在所述显示器上以格栅为单位显示大气数据分布二维可视化示意图。

优选的，所述地面站还包括储存器，所述储存器预存各类大气数据分布信息标准区间值，每一标准区间值对应的不同的可见光色相值，所述地面站对应将接收的大气数据分布信息对应转换为色相值，获得二维大气数据分布色相图。

与相关技术相比，本发明提供的基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统中，采用格栅化方式，对每一格栅对应提供一大气数据分布信息，且根据不同格栅的尺寸可以对应调整所述大气数据分布的分辨率。

其次，在本发明的近地面站中，设置存储器，使得所述大气数据分布标准区间值与所述色相值相匹配，将不可见的大气数据转换为可见的二维彩色图，直观呈现所待监测区域的大气数据分布，提高可视化程度。

再者，通过控制所述大气数据检测模块的感应频率，可以获得动态的大气数据分布信息，对应的，所述显示器对应可以呈现所述待监测区域的大气数据分布动态示意图。

附图说明

图1是本发明一种基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统的结构框图；及

图2是图1所示基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统的工作流程示意图；

图3是选定监测区域视图；

图4是图3所示监测区域视图分割后形成的格栅示意图；

图5是依据所述定位模块确定当前所述无人机在所述监测区域视图A中的位置对应的格栅；及

图6是图5所示具有格栅信息的大气数据分布信息。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，是本发明所揭示的一种基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统结构框图。所述基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统1包括无人机11、近地面站13及远地面站15。所述无人机11对设定高度空间内的大气数据分布进行监测，并收集实际大气数据分布信息。所述近地面站13与所述无人机11通过近场通信技术互为通信，以接收来自所述无人机11所收集的实际大气数据分布信息，并对应处理分析所接收的大气数据分布信息转换为显示数据信息，实现二维可视化展示。所述远地面站15与所述近地面站13通过网际网络实现数据传输，以获取实际的大气数据分布信息及可视化展示信息。

再请参阅图2，是图1所述基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统对选定监测区域进行监测的工作流程示意图。当采用所述基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统1对监测区域进行大气数据监测时，其包括如下步骤：

步骤S1，选定待检测的区域，通过卫星获取监测区域视图A；

如图3所示，选定监测区域是位于环境一定高度的待检测区域，设定所述待监测区域所在平面平行于水平面。所述待监测区域经卫星图像显示形成监测区域视图A，其边界轮廓设为L。

步骤S2，于所述监测区域视图A中沿相互垂直的第一维方向和第二维方向，均匀分割所述监测区域视图A，形成具格栅的监视区域视图A；

如图4所示，于所述监测区域视图A中，设定相互垂直的第一维方向和第二维方向，其中第一维方向为X轴方向，垂直于所述第一维方向的第二维方向为Y轴方向，所述X轴方向与所述Y轴方向界定所述监测区域视图A所在平面。沿平行于X轴方向和Y轴方向分别均匀分割所述监测区域视图A，界定多个阵列分布的格栅a，其中每一格栅a对应代表所述监测区域视图A中的地理位置区域，取ann代表格栅a区域的地理位置区域信息，则所述格栅a按照行列分布分别为：

第一行第一列格栅a11，第一行第二列格栅a12，……；

第二行第一列格栅a21，第二行第二列格栅a22，……；

……

第n行第一列格栅an1，第n行第n列格栅ann，……。

具体如下表所示，其中n大于等于1。

表一格栅a所在地理位置区域信息参数值

每一地理位置区域信息可以对应多个地理位置信息。比如：在本实施方式中，取所述格栅的长度为十米，其宽度同样是十米。所述格栅所对应的地理位置区域信息是长度为十米，宽度为十米的地理位置区域。于该地理位置区域内，可以对应一个地理位置信息也可以对应多个地理位置信息。

步骤S3，提供所述无人机11于所述待监测区域内移动，获取对应格栅ann多对应地理位置区域的大气数据分布信息bnn；

所述无人机11包括机身111、定位模块113、大气数据检测模块115、数据发射模块117及控制器119。所述机身111承载所述定位模块113、大气数据检测模块115、数据发射模块117及控制器119。所述控制器119分别与所述定位模块113、大气数据检测模块115及所述数据发射模块117对应电连接。所述控制器119产生控制信号驱动所述定位模块113、大气数据检测模块115、数据发射模块117的工作状态。

在该步骤中，所述无人机11于所述待监测区域内移动，包括如下步骤：

步骤S31，所述控制器119提供第一指令，驱动所述定位模块113工作，获得所述无人机11于所述监测区域视图A中的具体地理位置信息，所述地理位置信息与所述地理位置区域信息ann相对应。

步骤S32，所述控制器119提供第二指令，驱动所述无人机11在所述待监测区域内移动，通过所述定位模块113确定所述无人机11在所述监测区域视图中依次经过的多个连续的格栅。

如图5所示，依据所述定位模块113确定当前所述无人机11在所述监测区域视图A中的位置对应的格栅。在本实施方式中，设定当前所述无人机11所在地理位置信息为(X，Y)，该位置对应位于所述地理位置区域信息为axy，如此使得所述地理位置信息与每一格栅对应。具体而言，设定所述无人机11沿着X轴方向移动，则依次经过第一行的所述第一格栅a11、第二格栅a12、……、第七格栅a17及第八格栅a18。

步骤S33，所述控制器119提供第三指令，驱动所述大气数据检测模块115实时监测当前所在地理位置的大气数据分布信息。

如图6所示，在该步骤中，当所述大气数据检测模块115位于所述格栅a11区域内时，所述大气数据检测模块113对应监测结果是针对格栅a11所在区域的大气数据分布信息，设定该大气数据分布信息为b11，则所述大气数据分布信息b11与所述格栅a11相对应，以此类推，如此获得具有格栅信息的大气数据分布信息(ann、bnn)，具体如下表所示，其中n大于等于1。

表二格栅信息与大气数据分布信息匹配表

从上表可以看出，所述大气数据分布信息bnn，与所述格栅信息ann相对应，换句话说，所述大气数据分布信息bnn是标记了格栅信息ann的大气数据分布信息bnn。

在该步骤中，所述大气数据检测模块113的工作频率与所述无人机11的飞行速度和飞行方向相关，比如可以设定每秒感应一次。

当然，在具体实际监测过程中，所述大气数据检测模块113的工作频率不仅仅局限于每个格栅对应一个大气数据分布信息，其还可以是一组大气数据分布信息，当需要提高大气数据监测精度，可以取每一格栅内经多次感应采集的一组大气数据分布信息的平均法值、众数法值、最高值法值、最低值法值等为有效值。

在本发明中，所述大气数据检测模块113可以是颗粒物检测感应器、气体检测感应器、气象数据检测感应器等各类电化学感应器中的一种或者多种。

所述气体检测感应器包括硫化氢传感器、一氧化氮传感器、二氧化碳传感器、二氧化硫传感器中的一种或者多种。

所述气象数据检测感应器包括温度传感器和湿度传感器。

至此，所述无人机11完成环境大气数据分布信息采集。

步骤S4，所述数据发射模块117实时传送采集的大气数据分布信息至所述近地面站13；

所述近地面站13包括数据接收模块131、数据分析模块133、存储器135及显示器137。所述数据接收模块131接收来自所述无人机11采集的对应格栅ann的大气数据分布信息bnn。所述存储器133内预存有标准大气数据分布标准区间值对应的色相谱，即每一大气数据分布信息值对应一色相，针对不同的大气数据分布区间值信息，对应匹配不同的色相。

在该步骤中，每一实际大气数据分布信息bnn对应一色相值cnn，具体如下表所示，其中n大于等于1。

表三大气数据分布信息与色相值匹配表

步骤S5，所述数据接收模块131对接收到的实际大气数据分布信息与所述标准大气数据分布信息比较后，根据比较结果转换为色相信息，并实时传送至显示器137显示；

当所述无人机11于所述待监测区域内移动，于每一格栅ann内形成一与所述实际大气数据分布信息相对应的色相值cnn，其匹配关系如下表所示，其中n大于等于1。

表四格栅信息、大气数据分布信息与色相值匹配表

当所述无人机11的移动依次经过所有格栅时，则所述显示器137获取n*n个色相值，且所述色相值与所述监测区域视图A的地理位置信息相对应，类似涂色原理，在显示器137上形成二维彩色分布图，其中不同色相值对应代表不同的大气数据分布值，相同的色相值，代表对应格栅的大气数据分布一致，也就是说，所述二维分布色相图直观的显示了待监测区域的大气数据分布，提高可视化程度。

步骤S6，所述近地面站13通过实时网络通信同步传输大气数据分布信息至所述远地面站15。

至此，完成所述大气数据分布二维可视化展示方法。

当然，作为上述实施方式的进一步改进，所述色相值对应匹配时间参数，则所述基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统1呈现动态的大气数据分布，即实时呈现。

相较于现有技术，在本发明的基于无人机11的大气数据分布二维可视化动态展示系统中，采用格栅化方式，对每一待监测区域提供一地理位置信息，且根据不同格栅的尺寸可以对应调整所述空气质量分布的分辨率，如：格栅的尺寸越大，则其分辨率对应越小，反之，分辨率越大。

另一方面，在本发明的近地面站13中，设置存储器135，使得所述空气质量参数与所述色相值相匹配，将不可见的大气数据转换为可见的二维彩色图，直观呈现所待监测区域A的大气数据分布，提高可视化程度。

再者，通过控制所述大气数据检测模块113的感应频率，可以获得动态的大气数据分布信息，对应的，所述显示器137对应可以呈现所述待监测区域A的大气数据动态分布。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法，包括如下步骤：

选定监测区域，通过卫星获取监测区域视图；

于所述监测区域视图设定相互垂直的第一维方向和第二维方向，并沿平行于第一维方向和第二维方向均匀分割所述监测区域视图，形成具格栅的监视区域视图；

提供无人机于所述监测区域移动，所述无人机包括定位模块、大气数据检测模块及数据发射模块，所述定位模块获取所述无人机的地理位置信息，所述大气数据检测模块监测当前所述无人机所在地理位置信息的大气数据分布信息，获得具地理位置信息的大气数据分布信息，所述数据发射模块发射所述具地理位置信息的大气数据分布信息；

提供地面站，所述地面站包括数据接收模块、数据分析模块及显示器，所述数据接收模块接收来自所述数据发射模块的大气数据分布信息，所述数据分析模块对接收到的大气数据分布信息进行分析，所述显示器以格栅为单位实时显示经所述数据分析模块分析后的大气数据分布信息。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法，其特征在于，所述监视区域视图分割后形成多个均匀连续分布的格栅，每一格栅对应一地理位置范围。

3.根据权利要求2所述的基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法，其特征在于，所述地理位置信息是长宽为设定值的矩形平面区域。

4.根据权利要求3所述的基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法，其特征在于，所述地理位置信息是长宽均为10米的正方形区域。

5.根据权利要求2所述的基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法，其特征在于，沿所述无人机移动方向，所述大气数据检测模块依次监测对应格栅区域的大气数据分布信息，依次获得所经过格栅区域的大气数据分布信息，且所述大气数据分布信息与所述格栅的地理位置区域相对应。

6.根据权利要求5所述的基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法，其特征在于，所述地面站包括存储器，所述存储器预存各类大气数据分布信息标准区间，所述存储器接收来自所述数据接收模块的实际大气数据分布信息，并与预存的各类大气数据分布信息区间值相比较，同时把比较结果反馈至所述数据分析模块。

7.根据权利要求6所述的基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法，其特征在于，设定所述各类大气数据分布信息标准区间值对应可见光的不同色相值，所述格栅的实际大气数据分布信息对应设定的色相值，进而获得二维彩色大气数据分布图。

8.根据权利要求1所述的基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示方法，其特征在于，所述大气数据检测模块是电化学传感器。

9.一种基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统，包括：无人机及地面站，其特征在于：

所述无人机包括定位模块、大气数据检测模块及数据发射模块，所述无人机在选定的监测区域内移动，所述定位模块记录所述无人机的地理位置信息，所述大气数据检测模块实时监测所述无人机当前地理位置所在区域的实际大气数据分布信息，并传送至所述数据发射模块；

所述地面站包括数据接收模块、数据分析模块和显示器，所述数据接收模块接收所述无人机的地理位置信息和对应的实际大气数据分布信息，所述数据分析模块对所述具有地理位置信息的大气数据分布信息分析，并在所述显示器上以格栅为单位显示大气数据分布二维可视化示意图。

10.根据权利要求9所述的基于无人机的大气数据分布二维可视化动态展示系统，其特征在于，所述地面站包括近地面站和远地面站，所述近地面站与所述无人机通过近程通信相互通信，所述远地面站与所述近地面站通过网际网络互为通信，所述近地面站还包括储存器，所述储存器预存各类大气数据分布信息标准区间值，每一标准区间值对应不同的可见光色相值，所述数据分析模块对应将接收的大气数据分布信息对应转换为色相值，获得二维大气数据分布色相图。