CN107478204A - 无人机航迹检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种航迹检测装置及方法。该装置包括：设置于地面上的支撑架；设置在支撑架上的相机，其用以实时获取无人机飞行过程中的实时图像，其周向并列设置有标定杆，所述标定杆用以对所述相机进行标定。本发明设置的相机通过获取图像还原无人机飞行过程中的航迹，相对于GPS定位而言，不仅不会影响无人机的飞行，而且标定杆对其进行标定可对无人机定量化测量，以便还原无人机空中三维坐标位置，进而对其进行比较分析精确确定无人机飞行航迹的精度，从而提高了检测无人机飞行航迹的精度；同时，可以此精确地检测无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
Description
技术领域
本发明涉及无人机航迹技术领域，具体而言，涉及一种无人机航迹检测装置及方法。
背景技术
近年来，无人机技术和应用水平得到了长足的发展和进步，尤其是小型无人机得到了快速普及应用，在社会经济建设各个领域如国土测绘、智能交通监控等得到了大规模的应用，无人机巡检方式也逐渐成为新的研究热点。尤其是，小型无人机飞行器有着灵活性高、应急响应速度块、费用低廉等优点，并且可以全方位多角度的覆盖巡检区域，拍摄输电线路和设备的影像，此外，无人机巡检方式也不受地形限制，在高山地、多河流区域也可巡检作业，杆塔巡查效率得以大大提高。
输电线路巡检需要对杆塔上特定部件定点拍照，对无人机的定位精度要求极高。另外输电线路附近存在电磁场变化，对无人机的飞行航迹控制能力有特殊要求。DL/T1578-2016《架空输电线路无人直升机巡检系统》对无人机飞行航迹和检测方法做了详细规定，其试验航迹检测方法也可拓展到相关无人机应用行业。
目前各无人机生产厂家普遍缺乏检测设备，不具备无人机集成的检测资质和质量检测手段。另外随着无人机应用的不断增长，行业亟需大量的无人机操作人员。然而当前无人机飞手操作培训尚无客观定量的标准化检测设备，仅靠飞手操控无人机飞行时由裁判现场评价，其考核过程无法重现，且评价效果受裁判员主观判断影响。
中国公开号为：CN101750061A的专利，公开了无人机航迹精度检测装置包括：GPS定位模块和数据处理模块，数据处理模块包括GPS差分单元和与GPS差分单元相连的精度获取单元；其中，GPS定位模块用于获取无人机GPS定位信息，将无人机GPS定位信息传输至数据处理模块；GPS差分单元用于对无人机的GPS定位信息进行差分处理，得到无人机的测量三维航迹数据；精度获取单元用于根据测量三维航迹数据和无人机的预设三维航迹数据，得到无人机的三维航迹精度评估参数。
上述技术方案中的无人机航迹精度检测装置通过GPS定位模块获取无人机的航迹，GPS定位模块发射的载波信号影响无人机的飞行，进而降低了无人机飞行的航迹精度，从而使得其检测精度低，同时，其结构复杂，难于实施。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种无人机航迹检测装置及其测量方法，旨在解决现有检测装置检测精度低的问题。
一个方面，本发明提出了一种无人机航迹检测装置，该装置包括：设置于地面上的支撑架；设置在支撑架上的相机，其用以实时获取无人机飞行过程中的实时图像，所述相机的每个侧壁均设置有标定杆，所述标定杆用以对所述相机进行标定。
进一步地，上述无人机航迹检测装置，各所述标定杆上均设置有若干个用以对所述相机进行标定的标志结构。
进一步地，上述无人机航迹检测装置，所述标志结构为若干个沿所述标定杆的长度方向呈线型排列的圆形标志孔。
进一步地，上述无人机航迹检测装置，所述相机通过连接杆可与任一个所述圆形标志孔可拆卸地相连接。
进一步地，上述无人机航迹检测装置，所述相机的底端设置有平衡台，其通过连接件与所述支撑架可拆卸地相连接。
进一步地，上述无人机航迹检测装置，所述连接件的底端插设且固定于所述支撑架内；所述连接件的顶端设置有外螺纹，其与所述相机底端设置的螺纹孔相螺接。
进一步地，上述无人机航迹检测装置，该装置还包括：通过电源线与所述相机电连接的供电器；通过光纤电缆与所述相机电连接的图像处理器，其用以确定所述无人机飞行的航迹精度。
进一步地，上述无人机航迹检测装置，图像处理器通过下式确定像主点的三维坐标值X0，Y0，Z0：
其中，
(x，y)为像点坐标；
(X，Y，Z)为无人机的三维坐标值；
f为相机的主距；
λ为比例系数；
b1＝cosωsinκ；
b2＝cosωcosκ；
b3＝-sinω；
ω、κ分别为光线束在物方坐标系中的角元素。
进一步地，上述无人机航迹检测装置，所述支撑架的外围设置有防护栏，其用以防止所述支撑架受外力撞击。
进一步地，上述无人机航迹检测装置，所述支撑架为水泥墩；所述水泥墩上部的横截面面积小于其下部的横截面面积。
本发明提供的航迹检测装置通过设置的支撑架保证相机的稳定性，使其固定至一定高度处以便方便调节其俯仰角；通过设置的相机在无人机飞行时对其实时图像进行实时获取，以便还原无人机飞行过程中的航迹；通过设置的标定杆对相机进行标定，以便精确获取无人机的实时图像。
尤其是，本发明设置的相机通过获取图像还原无人机飞行过程中的航迹，一方面，相机拍摄获取图像相对于现有技术中设置于无人机上的雷达通过GPS定位而言，相机拍摄不会影响无人机的飞行，同时，由于相机固定于设置于地面的支撑架上，受外部因素(例如风力、无人机飞行速度)的影响较小，进一步提高无人机的空间位置测量的准确率；另一方面，通过标定杆对相机进行标定可对无人机定量化测量，以便还原无人机空中三维坐标位置，进而对其进行分析确定无人机飞行航迹的精度，从而提高了检测无人机飞行航迹的精度，以便以此精确地评估无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
另一方面，本发明提出了一种航迹检测方法，该方法包括：标定步骤，通过所述标定杆对所述相机进行标定；获取步骤，通过所述标定步骤标定后的所述相机实时获取无人机飞行过程中的实时图像；分析步骤，通过对所述获取步骤获取的实时图像进行分析和计算，确定无人机飞行的航迹质量
进一步地，上述无人机航迹检测方法，标记坐标确定子步骤，在标定场内选取六个辅助测量标记点并通过全站仪和所述标定杆观测其坐标值；方位元素确定子步骤，通过所述相机获取所述标定场内的图像并确定所述相机的内方位元素和外方位元素；摄影中心确定子步骤，通过所述外方位元素和所述六个辅助测量标记点的坐标值确定所述相机的摄影中心和摄影方向与所述六个辅助测量标记点之间的相对位置。
进一步地，上述无人机航迹检测方法，图像筛选子步骤，根据所述相机获取的实时图像筛选所述无人机的相对位置；坐标确定子步骤，根据所述无人机的相对位置确定其航迹；分析确定子步骤，将所述无人机的航迹与其预设航迹进行比较确定其飞行的航迹质量。
进一步地，上述无人机航迹检测方法，所述标记坐标确定子步骤中所述全站仪通过下式计算六个辅助测量标记点的坐标：
Xi＝X0+Dicosαi
Yi＝Y0+Disinαi
Zi＝Z0+Dicosβi
其中，
(X0，Y0，Z0)为像主点坐标；
(Xi，Yi，Zi)为第i个辅助测量标记点的坐标，i＝1、2、3、4、5、6；
Di为第i个辅助测量标记点与像主点之间的距离；
αi为第i个辅助测量标记点和像主点之间连线的水夹角；
βi为第i个辅助测量标记点和像主点之间连线的水夹角。
进一步地，上述无人机航迹检测方法，所述像主点的三维坐标值X0，Y0，Z0由下式确定：
其中，
(x，y)为像点坐标；
(X，Y，Z)为无人机的三维坐标值；
f为相机的主距；
λ为比例系数；
b1＝cosωsinκ；
b2＝cosωcosκ；
b3＝-sinω；
ω、κ分别为光线束在物方坐标系中的角元素。
本发明提供的测量方法通过标定步骤对相机进行标定，以便保证相机获取图像的准确度；通过获取步骤获取无人机飞行过程的实时图像，以便还原无人机空中飞行的航迹；通过分析步骤确定无人机飞行的航迹精度，以此检测评价无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
尤其是，本发明相机通过获取图像还原无人机飞行过程中的航迹，一方面，相机拍摄获取图像相对于现有技术中设置于无人机上的雷达通过GPS定位而言，相机拍摄不会影响无人机的飞行，同时，由于相机固定于设置于地面的支撑架上，受外部因素(例如风力、无人机飞行速度)的影响较小，进一步提高无人机的空间位置测量的准确率；另一方面，通过标定杆对相机进行标定可对无人机定量化测量，以便还原无人机空中三维坐标位置，进而对其进行分析确定无人机飞行航迹的精度，从而提高了检测无人机飞行航迹的精度，以便以此精确地评估无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的无人机航迹检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的无人机航迹检测装置，相机的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的无人机航迹检测方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的无人机航迹检测方法，标定步骤的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的无人机航迹检测方法，分析步骤的流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
装置实施例：
参见图1，航迹检测装置包括：支撑架1、相机2、供电器(图中未示出)和图像处理器(图中未示出)，其中，支撑架1设置在地面上，用以支撑相机2；相机2放置于支撑架1的上方，用以实时获取无人机飞行过程中的实时图像，以便对无人机飞行的航迹进行检测。
具体而言，供电器通过电源线与相机2电连接，其用以对相机2供电，以便相机2的长时间运行；图像处理器(图中未示出)通过光纤电缆与相机电连接，以便将相机获取的无人机飞行过程中的实时图像传输至图像处理器；图像处理器将实时图像进行处理后与无人机预设飞行航迹进行比较分析确定无人机飞行的航迹精度；当然，相机2内可放置有储电电池，以便对其进行供电，同时其也可采用无线传输的方式将实时图像传输至图像处理器。电源线和光纤电缆可绑设为一体组成测量线路3，为防止车辆对其损坏，测量线路3外套设有保护套管；当然，也可以仅在铺设在道路上的线路段套设保护套管；水泥墩内可开设有穿设孔，测量线路3中800mm长度的段落埋设于地面内，通过穿设于穿设孔后经相机尾部进入与相机电连接；为便于相机的调节，测量线路3可预留0.5m作为调节活动段；为防止光纤电缆的断裂，光纤电缆在铺设过程中需要转弯时，其转弯半径需大于或等于光纤电缆直径的30倍，也就是说，光缆直径为10mm时，其转弯半径大于或等于300mm。
继续参见图1，支撑架1可以为水泥墩，其中一部分埋设于地面内，以便保证水泥墩的稳定性，进而保证相机2的稳定性；支撑架1上部的横截面面积小于其下部的横截面面积，以便操作人员便于相机2的俯仰角；为防止外物撞击支撑架1进而撞倒相机2，支撑架1的外围可设置有防护栏4，其用以防止支撑架1受外力撞击，以便对支撑架1和相机2进行保护。
具体而言，支撑架1包括：埋设墩体11、支撑墩体12和调节墩体13，其中，埋设墩体11为1500mm×1500mm×1000mm的长方体，其埋设于地面内，为确保其稳定性，埋设墩体11埋深为900mm，以便确保各个墩体和相机2的稳定性；支撑墩体12为高1200mm的圆柱体，其直径为400mm，支撑墩体12设置于埋设墩体11上，以便确保其稳定性；调节墩体13为高100mm直径为200mm的圆柱体，其设置于支撑墩体12上，以便将相机2放置于一定高度，同时，调节墩体13的设计便于相机2的俯仰角的调节；埋设墩体11埋设前需通过防沉降操作以便确保达到沉降不超过1/20000米的标准，进而确保了支撑墩体12和调节墩体13的稳定性，从而确保了相机2的稳定性。
参见图2，相机2可以选用工业相机，其最大连拍速度可达到14帧/秒，以便精确地确定无人机飞行的航迹，相机获取无人机飞行过程中的实时图像时，调节相机的等效焦距35m、视场角约60度及仰角20度的状态。
具体而言，为保证该航迹检测装置在户外使用时相机2的正常运行，相机上方罩设有遮挡板21，为进一步保证遮挡板21针对外物侵入的防护，遮挡板21的防护等级达到IP65标准；为对相机2进行精确标定，相机2的四个侧壁上均设置有标定杆21；四个标定杆21竖直设置可分别设置于相机2的四个边角处；四个标定杆22可与相机可转动地相连接，以便不使用时可转动至水平状态，从而减小其所占区域。
显然可以理解的是，本实施例提供的航迹检测装置通过设置的支撑架1保证相机2的稳定性，使其固定至一定高度处以便方便调节其俯仰角；通过设置的相机2在无人机飞行时对其实时图像进行实时获取，以便还原无人机飞行过程中的航迹；通过设置的标定杆21对相机进行标定，以便精确获取无人机的实时图像。
尤其是，本实施例设置的相机2通过获取图像还原无人机飞行过程中的航迹，一方面，相机2拍摄获取图像相对于现有技术中设置于无人机上的雷达通过GPS定位而言，相机拍摄不会影响无人机的飞行，同时，由于相机2固定于设置于地面的支撑架1上，受外部因素(例如风力、无人机飞行速度)的影响较小，进一步提高无人机的空间位置测量的准确率；另一方面，通过标定杆21对相机2进行标定可对无人机定量化测量，以便还原无人机空中三维坐标位置，进而对其进行分析确定无人机飞行航迹的精度，从而提高了检测无人机飞行航迹的精度，以便以此精确地评估无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
在上述实施例中，图像处理器确定像主点的三维坐标值X0，Y0，Z0的计算公式为：
其中，
(x，y)为像点坐标；
(X，Y，Z)为无人机的三维坐标值；
f为相机的主距；
λ为比例系数；
b1＝cosωsinκ；
b2＝cosωcosκ；
b3＝-sinω；
ω、κ分别为光线束在物方坐标系中的角元素。
显然可以理解的是，本实施例通过图像处理器将相机获取的实时图像进行处理，其中，图像处理器通过像点坐标、像主点的三维坐标以及相机的内外方位元素确定无人机的三维坐标，以便确定无人机的飞行航迹并将其与无人机预设飞行航迹进行比较分析确定无人机飞行的航迹精度，进而以此精确地评估无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
继续参见图2，各标定杆21上均设置有用以对相机2进行标定的标志结构。
具体而言，标志结构为若干个圆形标志孔，其沿标定杆21的长度方向呈线型排列，对相机进行标定时，可通过各个圆形标志孔与相机2的相对位置及其已知坐标对相机2进行标定；对相机2进行标定时，通过标定杆21上的圆形标志孔的已知坐标结合多个辅助测量标记点，组合多个标记点的成像数据，进而获取像素坐标以便对相机进行标定。
显然可以理解的是，本实施例中通过标定杆21上的标志结构确定相机2的内外参数，以便实现对相机2的标定。
上述实施例的一种实施方式，相机通过连接杆可与任一个圆形标志孔可拆卸地相连接。
具体而言，相机2的四个边角处均固定有连接杆，连接杆可与任一个圆形标志孔可拆卸地相连接以便调整连接杆与标定杆21的相对位置；调节相机2的俯仰角时或确定其摄影方向时，更换连接杆连接的圆形标志孔以便调整连接杆与标定杆21之间的相对位置通过标定杆21置于相机2下面的长度或圆形标志孔的个数以确定相机2的俯仰角。
上述实施例的另一种实施方式，标定杆21可通过连接件与相机2可滑动地相连接；优选地，标定杆21为四个且均设置有滑动槽，相机2的四个边角处均固定有连接杆，连接杆可沿滑动槽滑动以便调整连接杆与标定杆21的相对位置；调节相机2的俯仰角时或确定其摄影方向时，调整连接杆与标定杆21之间的相对位置通过标定杆21置于相机2下面的长度或圆形标志孔的个数以确定相机2的俯仰角。
继续参见图2，为确保相机2的稳定性，相机2的底端设置有平衡台23，平衡台23通过连接件24与支撑架1可拆卸地相连接。
具体而言，平衡台23可以为圆盘，其内部开设有多个并列的穿设孔，连接件24可以为直杆件，连接件24穿设于平衡盘23；相机2底端可设置有转动台，转动台与底座相铰接，以便调节其俯仰角，进而对无人机进行精确拍摄；相机2的底座上可以设置有多个螺纹孔，连接件24顶端设置有外螺纹以便与相机2的螺纹孔相螺接；连接件24顶端设置有外螺纹的螺纹杆段长度至少为12mm；连接件24的底端插设且固定于支撑架1的顶部；为进一步便于调整相机2的俯仰角，连接件24为至少三个伸缩杆，其并列设置于支撑架1和相机之间。
显然可以得到的是，本实施例中提供的相机2，通过底端设置的平衡台可确保相机2底端的水平度和稳定度，以便保证相机2使用状态的稳定性。
需要说明的是，本实施例中提供的航迹检测装置还可用于组网测量，一般其基线长25m，观测距离20-60m。
综上，本实施例提供的航迹检测装置通过设置的支撑架1保证相机2的稳定性，使其固定至一定高度处以便方便调节其俯仰角；通过设置的相机2在无人机飞行时对其实时图像进行实时获取，以便还原无人机飞行过程中的航迹；通过设置的标定杆21对相机进行标定，以便精确获取无人机的实时图像。
尤其是，本实施例设置的相机2通过获取图像还原无人机飞行过程中的航迹，一方面，相机2拍摄获取图像相对于现有技术中设置于无人机上的雷达通过GPS定位而言，相机拍摄不会影响无人机的飞行，同时，由于相机2固定于设置于地面的支撑架1上，受外部因素例如风力或无人机飞行速度的影响较小，进一步提高无人机的空间位置测量的准确率；另一方面，通过标定杆21对相机2进行标定可对无人机定量化测量，以便还原无人机空中三维坐标位置，进而对其进行分析确定无人机飞行航迹的精度，从而提高了检测无人机飞行航迹的精度，以便以此精确地评估无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
方法实施例：
参见图3，其为本发明实施例提供的航迹检测装置的测量方法的流程示意图，测量方法包括：
标定步骤S1，通过标定杆对相机进行标定。
具体而言，根据标定杆21对相机进行解算，确定相机2的摄影中心、摄影方向相对于已知坐标点的相对位置关系，以便对相机2进行标定。
获取步骤S2，通过标定步骤S1标定后的相机实时获取无人机飞行过程中的实时图像。
具体而言，首先，调整标定步骤S1标定后的相机2的位置和俯仰角；然后，通过相机2实施获取飞行过程中无人机的实时图像，并对获取的实时图像进行存储和记录。
分析步骤S3，通过对获取步骤S2获取的无人机飞行过程中的实时图像进行分析和计算，确定无人机飞行的航迹质量。
具体而言，首先，获取步骤S2中相机2获取的无人机飞行过程中的实时图像；然后，通过对获取的实时图像进行分析计算，确定无人机飞行的航迹精度，以便确定无人机飞行航迹质量，以此检测评价无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
显然可以理解的是，本实施例提供的航迹检测装置通过设置的支撑架保证相机的稳定性，使其固定至一定高度处以便方便调节其俯仰角；通过设置的相机在无人机飞行时对其实时图像进行实时获取，以便还原无人机飞行过程中的航迹；通过设置的标定杆对相机进行标定，以便精确获取无人机的实时图像。
尤其是，本实施例设置的相机通过获取图像还原无人机飞行过程中的航迹，一方面，相机拍摄获取图像相对于现有技术中设置于无人机上的雷达通过GPS定位而言，相机拍摄不会影响无人机的飞行，同时，由于相机固定于设置于地面的支撑架上，受外部因素(例如风力、无人机飞行速度)的影响较小，进一步提高无人机的空间位置测量的准确率；另一方面，通过标定杆对相机进行标定可对无人机定量化测量，以便还原无人机空中三维坐标位置，进而对其进行分析确定无人机飞行航迹的精度，从而提高了检测无人机飞行航迹的精度，以便以此精确地评估无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
参见图4，其为本发明实施例提供的航迹检测装置的测量方法中标记步骤的流程示意图，标记步骤S1包括如下子步骤：
标记坐标确定子步骤S11，在标定场内选取六个辅助测量标记点并通过全站仪和标定杆观测其坐标值。
具体而言，首先，在相机获取图像的标定场内选择六个不同的辅助测量点；然后，通过全站仪结合标定杆21观测六个辅助测量点的三维坐标值。
方位元素确定子步骤S12，通过相机获取标定场内的图像并确定相机的内方位元素和外方位元素。
具体而言，首先，通过相机获取标定场内的图像；然后，对获取的图像进行分析计算，可通过三角测量的方法解算相机的内方位元素和外方位元素；最后，将计算得到的内方位元素和外方位元素进行保存，并将其导入以便后续计算使用。
摄影中心确定子步骤S13，通过六个辅助测量标记点的坐标值和外方位元素确定相机的摄影中心和摄影方向与六个辅助测量标记点之间的相对位置。
具体而言，根据方位元素确定子步骤S12确定的外方位元素以及标记坐标确定子步骤S11确定的六个辅助测量标记点的坐标值解算，确定相机2的摄影中心和摄影方向与六个辅助测量标记点之间的相对位置。
显然可以理解的是，本实施例中通过标记点对相机进行标定，标定方式简单方便易于实施，同时，通过辅助测量标记点可快速确定相机的摄影中心和摄影方向。
参见图4，其为本发明实施例提供的航迹检测装置的测量方法中分析步骤的流程示意图，分析步骤S3包括如下子步骤：
图像筛选子步骤S31，根据相机获取的实时图像筛选无人机的相对位置。
具体而言，首先获取相机获取的实时图像，并对其进行筛选，可以使用帧间差分的方法，根据无人机的大小等信息自动识别无人机的平面位置。
坐标确定子步骤S32，根据无人机的相对位置确定其航迹。
具体而言，根据图像筛选子步骤S31确定的无人机的相对位置，还原无人机空中三维坐标位置，以便解算无人机的航迹以及无人机的各采样点的坐标值。
分析确定子步骤S33，将无人机的航迹与其预设航迹进行比较确定其飞行的航迹质量。
具体而言，根据坐标确定子步骤S32确定的无人机的各采样点的坐标值，将其与无人机预设航迹相对应的坐标值进行对比分析，通过比较分析确定航迹各采样点内的平均值、最大值和标准值，以此确定无人机飞行的航迹质量。
显然可以理解的是，本实施例中通过分析解算确定无人机飞行的航迹质量，计算精确，准确率高，以便精确检测无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
标记坐标确定子步骤S11中，全站仪通过下式计算六个辅助测量标记点的坐标：
Xi＝X0+Dicosαi
Yi＝Y0+Disinαi
Zi＝Z0+Dicosβi
其中，
(X0，Y0，Z0)为像主点坐标；
(Xi，Yi，Zi)为第i个辅助测量标记点的坐标，i＝1、2、3、4、5、6；
Di为第i个辅助测量标记点与像主点之间的距离；
αi为第i个辅助测量标记点和像主点之间连线的水夹角；
βi为第i个辅助测量标记点和像主点之间连线的水夹角。
像主点的三维坐标值X0，Y0，Z0由下式确定：
其中，
(x，y)为像点坐标；
(X，Y，Z)为无人机的三维坐标值；
f为相机的主距；
λ为比例系数；
b1＝cosωsinκ；
b2＝cosωcosκ；
b3＝-sinω；
ω、κ分别为光线束在物方坐标系中的角元素。
显然可以理解的是，本实施例通过图像处理器将相机获取的实时图像进行处理，其中，图像处理器通过像点坐标、像主点的三维坐标以及相机的内外方位元素确定无人机的三维坐标，以便确定无人机的飞行航迹并将其与无人机预设飞行航迹进行比较分析确定无人机飞行的航迹精度，进而以此精确地评估无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
综上，本实施例提供的航迹检测装置通过设置的支撑架保证相机的稳定性，使其固定至一定高度处以便方便调节其俯仰角；通过设置的相机在无人机飞行时对其实时图像进行实时获取，以便还原无人机飞行过程中的航迹；通过设置的标定杆对相机进行标定，以便精确获取无人机的实时图像。
尤其是，本实施例设置的相机通过获取图像还原无人机飞行过程中的航迹，一方面，相机拍摄获取图像相对于现有技术中设置于无人机上的雷达通过GPS定位而言，相机拍摄不会影响无人机的飞行，同时，由于相机固定于设置于地面的支撑架上，受外部因素(例如风力、无人机飞行速度)的影响较小，进一步提高无人机的空间位置测量的准确率；另一方面，通过标定杆对相机进行标定可对无人机定量化测量，以便还原无人机空中三维坐标位置，进而对其进行分析确定无人机飞行航迹的精度，从而提高了检测无人机飞行航迹的精度，以便以此精确地评估无人机的飞行能力或飞手的操作水平。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (15)
1.一种无人机航迹检测装置，其特征在于，包括：
设置于地面上的支撑架(1)；
设置在所述支撑架(1)上的相机(2)，其用以实时获取无人机飞行过程中的实时图像，所述相机(2)的每个侧壁均设置有标定杆(21)，所述标定杆(21)用以对所述相机(2)进行标定。
2.根据权利要求1所述的无人机航迹检测装置，其特征在于，
各所述标定杆(21)上均设置有用以对所述相机(2)进行标定的标志结构。
3.根据权利要求2所述的无人机航迹检测装置，其特征在于，
所述标志结构为若干个沿所述标定杆(21)的长度方向呈线型排列的圆形标志孔。
4.根据权利要求3所述的无人机航迹检测装置，其特征在于，
所述相机(1)通过连接杆可与任一个所述圆形标志孔可拆卸地相连接。
5.根据权利要求1所述的无人机航迹检测装置，其特征在于，
所述相机(2)的底端设置有平衡台(23)，其通过连接件(24)与所述支撑架(1)可拆卸地相连接。
6.根据权利要求5所述的无人机航迹检测装置，其特征在于，
所述连接件(24)的底端插设且固定于所述支撑架(1)内；
所述连接件(24)的顶端设置有外螺纹，其与所述相机(2)底端设置的螺纹孔相螺接。
7.根据权利要求1至6任一项所述的无人机航迹检测装置，其特征在于，所述装置还包括：
通过电源线与所述相机(2)电连接的供电器；
通过光纤电缆与所述相机(2)电连接的图像处理器，其用以确定所述无人机飞行的航迹精度。
8.根据权利要求7所述的无人机航迹检测装置，其特征在于，所述图像处理器通过下式确定像主点的三维坐标值X0，Y0，Z0：
其中，
(x，y)为像点坐标；
(X，Y，Z)为无人机的三维坐标值；
f为相机的主距；
λ为比例系数；
b1＝cosωsinκ；
b2＝cosωcosκ；
b3＝-sinω；
ω、κ分别为光线束在物方坐标系中的角元素。
9.根据权利要求1至6任一项所述的无人机航迹检测装置，其特征在于，
所述支撑架(1)的外围设置有防护栏(4)。
10.根据权利要求1至6任一项所述的无人机航迹检测装置，其特征在于，
所述支撑架(1)为水泥墩；
所述水泥墩上部的横截面面积小于其下部的横截面面积。
11.一种利用如权利要求1至9任一项所述无人机航迹检测装置进行检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：
标定步骤，通过所述标定杆对所述相机进行标定；
获取步骤，通过所述标定步骤标定后的所述相机实时获取无人机飞行过程中的实时图像；
分析步骤，通过对所述获取步骤获取的实时图像进行分析和计算，确定无人机飞行的航迹质量。
12.根据权利要求11所述的无人机航迹检测方法，其特征在于，所述标定步骤包括：
标记坐标确定子步骤，在标定场内选取六个辅助测量标记点并通过全站仪和所述标定杆观测其坐标值；
方位元素确定子步骤，通过所述相机获取所述标定场内的图像并确定所述相机的内方位元素和外方位元素；
摄影中心确定子步骤，通过所述外方位元素和所述六个辅助测量标记点的坐标值确定所述相机的摄影中心和摄影方向与所述六个辅助测量标记点之间的相对位置。
13.根据权利要求11所述的无人机航迹检测方法，其特征在于，所述分析步骤包括：
图像筛选子步骤，根据所述相机获取的实时图像筛选所述无人机的相对位置；
坐标确定子步骤，根据所述无人机的相对位置确定其航迹；
分析确定子步骤，将所述无人机的航迹与其预设航迹进行比较确定其飞行的航迹质量。
14.根据权利要求12所述的无人机航迹检测方法，其特征在于，所述标记坐标确定子步骤中所述全站仪通过下式计算六个辅助测量标记点的坐标：
Xi＝X0+Dicosαi
Yi＝Y0+Disinαi
Zi＝Z0+Dicosβi
其中，
(X0，Y0，Z0)为像主点坐标；
(Xi，Yi，Zi)为第i个辅助测量标记点的坐标，i＝1、2、3、4、5、6；
Di为第i个辅助测量标记点与像主点之间的距离；
αi为第i个辅助测量标记点和像主点之间连线的水夹角；
βi为第i个辅助测量标记点和像主点之间连线的水夹角。
15.根据权利要求11所述的无人机航迹检测方法，其特征在于，所述分析步骤由下式确定像主点的三维坐标值X0，Y0，Z0：
其中，
(x，y)为像点坐标；
(X，Y，Z)为无人机的三维坐标值；
f为相机的主距；
λ为比例系数；
b1＝cosωsinκ；
b2＝cosωcosκ；
b3＝-sinω；
ω、κ分别为光线束在物方坐标系中的角元素。
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- 2017-08-31 CN CN201710771731.XA patent/CN107478204A/zh active Pending
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