CN108801222A - 多旋翼无人飞艇配载激光雷达 - Google Patents

多旋翼无人飞艇配载激光雷达 Download PDF

Info

Publication number
CN108801222A
CN108801222A CN201810590193.9A CN201810590193A CN108801222A CN 108801222 A CN108801222 A CN 108801222A CN 201810590193 A CN201810590193 A CN 201810590193A CN 108801222 A CN108801222 A CN 108801222A
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
laser
prestowage
rotor unmanned
unmanned airship
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810590193.9A
Other languages
English (en)
Inventor
严伟民
严霁玥
王宏泽
蔡金橙
廖安健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Vocational College of Transportation
Original Assignee
Chongqing Vocational College of Transportation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Vocational College of Transportation filed Critical Chongqing Vocational College of Transportation
Priority to CN201810590193.9A priority Critical patent/CN108801222A/zh
Publication of CN108801222A publication Critical patent/CN108801222A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • G01C11/025—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures by scanning the object

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多旋翼无人飞艇配载激光雷达，包括：激光扫描仪、数码摄像机、定位系统以及惯性导航仪；所述激光扫描仪用于获取观测数据的三维坐标数据；所述数码摄像机用于采集并获取影像数据信息；所述定位系统用于确定空间位置；所述惯性导航仪用于获取IMU惯导测量仰俯角、侧滚角和航向角数据。本发明提供的多旋翼无人飞艇配载激光雷达，具有以下特点：(1)一种能够穿透植被叶冠的直接测量系统(主动式)，提供密集的点阵数据(点间距可以小于1米)，数据的绝对精度在0.10米以内，可同时测量地面和非地面层；(2)基本不需要地面控制点，24小时全天候工作，具有迅速获取数据的能力。

Description

多旋翼无人飞艇配载激光雷达
技术领域
本发明涉及热气飞艇领域，具体地说，特别涉及一种多旋翼无人飞艇配载激光雷达。
背景技术
采用多旋翼遥控飞行器，空中配置机载激光雷达系统、机载激光雷达系统智能电池组等，地面配套集成地面站数据接收与图像处理系统、智能电池组充电控制装置等。机载激光雷达系统主要依靠多旋翼遥控飞行器调整其飞行姿态来获取有效的扫描角度，由于飞行器所能搭载的载荷限制，现行多旋翼飞行器多采用机载激光雷达对飞行区域进行激光扫描，其对地面的激光扫描所采集的数据存储在飞行设备内。当机载激光扫描器的数据存储器存满数据即结束此次飞行任务返回地面，将机载所存储的数据传送到地面站，由地面站运用软件对数据进行处理，生成图像数据，并在地面站显示屏进行三维地形图形的显示。
由于多旋翼飞行器受到机载电池容量的限制，不能长时留空；受到机载飞控设备数据内存容量限制，不能实时显示机载激光雷达的激光扫描器所获取的目标数据的数字图形，且每次飞行受航路航迹的变化不同，数字图形后期的拼接连接及数字图形填补的软件修复难度及工作量大大增加，数字图像拼接质量及提高受到较大限制。加之受到机载电池容量的限制，激光扫描器的最大扫描线束为64线，这就限制了激光雷达的数字成像精度与图像分辨率的提高，且无法有效拓展扫描幅宽。
由于多旋翼飞行器飞行扫描区间所获取的数据不能实时处理并实现与地面站的同步传输，使激光扫描数据经软件处理所生成的可视化地形高程信息、三维模型及精度检校等建模数据及视频镶嵌图、影像镶嵌图等成像数据无法实时同步实现。
由于飞行器运行产生的振(抖)动，若对机载激光雷达采用数字稳像处理技术，势必会增加飞行器的载荷，对飞行器所携电源的能耗及飞行器留空时长产生较大影响。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种多旋翼无人飞艇配载激光雷达。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种多旋翼无人飞艇配载激光雷达，包括：激光扫描仪、数码摄像机、定位系统以及惯性导航仪；
所述激光扫描仪用于获取观测数据的三维坐标数据；
所述数码摄像机用于采集并获取影像数据信息；
所述定位系统用于确定空间位置；
所述惯性导航仪用于获取IMU惯导测量仰俯角、侧滚角和航向角数据。
进一步的，所述激光扫描仪由激光发射/接收装置、时间门限测定装置、控制/传动/处理装置、图像处理计算机和软件组成。
进一步的，所述激光扫描仪发射/接收激光扫描线漫反射所获取的地形地理环境状况三维激光点云数据，所述图像处理计算机依据空间物点与CCD面阵像素的对应关系计算物体的景深信息图像进行处理，得到物体表面的三维坐标数据，快速建立原型样件的三维模型，从而得到观测数据的三维坐标数据。
进一步的，由所述数码摄像机采集并获取的影像数据信息，经图像处理计算机对影像数据信息经过纠偏校正、数字彩色正射成图，获取纹理数据源，可对目标进行分类识别。
进一步的，所述定位系统为北斗定位系统或者GPS定位系统。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的多旋翼无人飞艇配载激光雷达，具有以下特点：(1)一种能够穿透植被叶冠的直接测量系统(主动式)，提供密集的点阵数据(点间距可以小于1米)，数据的绝对精度在0.10米以内，可同时测量地面和非地面层；(2)基本不需要地面控制点，24小时全天候工作，具有迅速获取数据的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种多多旋翼无人飞艇配载激光雷达的示意图；
图2是本发明实施例的利用飞艇激光雷达数据提取地形(貌)三维模型的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供了一种多旋翼无人飞艇配载激光雷达，参见图1，多旋翼无人飞艇配载激光雷达10包括：激光扫描仪100、数码摄像机200、定位系统300以及惯性导航仪400；
所述激光扫描仪用于获取观测数据的三维坐标数据；
所述数码摄像机用于采集并获取影像数据信息；
所述定位系统用于确定空间位置；
所述惯性导航仪用于获取IMU惯导测量仰俯角、侧滚角和航向角数据。
进一步的，所述激光扫描仪由激光发射/接收装置、时间门限测定装置、控制/传动/处理装置、图像处理计算机和软件组成。
进一步的，所述激光扫描仪发射/接收激光扫描线漫反射所获取的地形地理环境状况三维激光点云数据，所述图像处理计算机依据空间物点与CCD面阵像素的对应关系计算物体的景深信息图像进行处理，得到物体表面的三维坐标数据，快速建立原型样件的三维模型，从而得到观测数据的三维坐标数据。
具体地，参见图2，本实施例中，提供了利用飞艇激光雷达数据提取地形(貌)三维模型的流程图。
进一步的，由所述数码摄像机采集并获取的影像数据信息，经图像处理计算机对影像数据信息经过纠偏校正、数字彩色正射成图，获取纹理数据源，可对目标进行分类识别。
进一步的，所述定位系统为北斗定位系统或者GPS定位系统。
本实施例中，本发明以优化设计的多旋翼无人飞艇为长时留空的空间观测与监控平台，多旋翼无人飞艇在空中留空时可通过系留缆装置与地面的地面站连线连接。系留缆装置主要由：系留绳缆、系留数据传输电缆、系留供电电缆及遥控系留缆电子脱扣装置等组成，实现飞艇空间平台接受地面站的电能有效供给，并能将艇载激光雷达的激光扫描器扫描数据经艇载设备数据处理后由艇载系留的数据传输电缆，实时、高速、可靠地传输至地面站进行目标地形数据的图形显示。
多旋翼无人飞艇所能承接的有效载荷大，配置二次优化设计的数字稳像控制云台，配载二次优化设计的激光雷达，二次优化设计的大倍率大视场数码相机、红外热成像仪，优化设计的三光合一装置，组成无人飞艇的艇载观测与监控系统。配载二次优化设计的激光雷达的激光扫描器，扫描线束为128线/256线，且二线可调。
无人飞艇的艇载观测与监控系统实现：高时间/空间分辨率、高线谱/光谱分辨率、高辐射分辨率数据的多传感器、多角度的多源数据稳定获取。
多旋翼无人飞艇搭载优化设计的电源供给与智能充电装置，配置无人飞艇的艇载后备电源，通过地面站的系留供电电缆为艇载电源供给与智能充电装置供电，有效可靠保证无人飞艇的长时留空期间空间艇载设备所需的电能。
多旋翼无人飞艇配载二次优化设计的飞控设备进行硬件/软件优化设计，运用地面对飞艇的系留数据电缆，一方面，飞艇搭载设备所需的数据存储的容量不受运用限制；一方面，对激光雷达的激光扫描器扫描获取的数据，直接由艇载的二次优化设计的艇载数据处理服务器运行软件实时采集、分析与处理，并由数据处理与传输接口装置通过艇载系留数据传输电缆与地面站建立下行链路，对软件处理后所生成的三维图像数据，经有线/无线数据传输接口直接由飞艇的空间平台传输到地面站接收，地面站接收到飞艇的激光雷达所传输的数据，实时在地面站进行三维图形显示。
具体地，本实施例中，提供了多旋翼无人飞艇配载激光雷达的主要技术特点：
1.采用二次优化设计的PLC的多扫描线阵视场光学拼接图像采集的激光雷达系统，采用组合式激光扫描器，形成海量冗余的有较大覆盖宽度和高分辨率的数据点云，实现激光雷达观测目标地形地貌的数字地图。
(1)采用多片激光扫描器交错双列设计技术构成激光扫描器的扫描线阵，结合系统视场光学拼接成像软件设计构成一条近似直线的连续扫描线阵，获取宽视场覆盖成像；
(2)基于激光连续扫描线阵的扫描测量，运用二次优化设计的软件在获取海量冗余激光点云数据中提取单个目标及其特征信息，构建目标样本3D模型，对于目标结构重新建模，构建成由连贯目标结构体组成的高分辨率的全景目标。同时，通过建立目标样本库，用于更加精确地目标目标识别。
2.主要技术参数：
(1)艇载无人飞艇指标：
飞艇高度：200m；
飞艇运行速度：16Km/h。
(2)激光扫描器参数：
激光扫描器激光脉冲发射点频：采用多片激光扫描器的重叠，脉冲发射点频1.28x106点/秒、2.56x106点/秒，二级可调；
测量距离：有效测距800m；
数据点云重复精度：<2cm；
水平扫描视场角：360°；
垂直向下扫描视场角：76°；
扫描转速：15Hz～25Hz；
系统高程测量精度：<0.05m；
数据处理与传输板的数据传输速率：100Mbps。
(3)系统储存及重量：
防水防尘:IP67；
工作温度：+55°～-25°；
储存温度：+55°～-40°；
系统重量：4.93kg；
激光扫描仪及数据处理板重量：0.97kg；
飞艇配载电池(二组)及智能电池充电器重量：1.69kg。
3.软件：采用海量冗余数据点云预处理软件及三维建模后处理技术，实现自动降噪，自动拼接，自动修正拟合，数据点云成像编辑(包括：导入第三方软件的点云后处理模式、视场光学贴图、等高线提取)等。
4.多旋翼无人飞艇配载的二次优化设计的热红外成像仪，实现探测视场范围内温度能量的热辐射分布检测并获取数据，由二次优化设计的艇载数据处理服务器对数据处理，并由数据处理与传输接口装置通过艇载系留数据传输电缆与地面站建立下行链路并实现数据的传输连接。在地面站显示数字图像。主要参数：
红外焦平面阵列/波长范围：非制冷性/6.0～12.5μm；
像素尺寸：12μm；
热灵敏度/NETD：<0.030℃@+40℃；
红外图像分辨率：640×512像素；
镜头焦距：13/19/23/35mm可选；
测温范围：-40℃-+550℃；
测温精度：±2℃；
供电/功率：6VDC/＜2.1W；
尺寸/重量：60x 50x 60mm(W x H x L)/0.65kg。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的多旋翼无人飞艇配载激光雷达，具有以下特点：(1)一种能够穿透植被叶冠的直接测量系统(主动式)，提供密集的点阵数据(点间距可以小于1米)，数据的绝对精度在0.10米以内，可同时测量地面和非地面层；(2)基本不需要地面控制点，24小时全天候工作，具有迅速获取数据的能力。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多旋翼无人飞艇配载激光雷达，其特征在于，包括：激光扫描仪、数码摄像机、定位系统以及惯性导航仪；
所述激光扫描仪用于获取观测数据的三维坐标数据；
所述数码摄像机用于采集并获取影像数据信息；
所述定位系统用于确定空间位置；
所述惯性导航仪用于获取IMU惯导测量仰俯角、侧滚角和航向角数据。
2.如权利要求1所述多旋翼无人飞艇配载激光雷达，其特征在于，所述激光扫描仪由激光发射/接收装置、时间门限测定装置、控制/传动/处理装置、图像处理计算机和软件组成。
3.如权利要求2所述多旋翼无人飞艇配载激光雷达，其特征在于，所述激光扫描仪发射/接收激光扫描线漫反射所获取的地形地理环境状况三维激光点云数据，所述图像处理计算机依据空间物点与CCD面阵像素的对应关系计算物体的景深信息图像进行处理，得到物体表面的三维坐标数据，快速建立原型样件的三维模型，从而得到观测数据的三维坐标数据。
4.如权利要求3所述多旋翼无人飞艇配载激光雷达，其特征在于，由所述数码摄像机采集并获取的影像数据信息，经图像处理计算机对影像数据信息经过纠偏校正、数字彩色正射成图，获取纹理数据源，可对目标进行分类识别。
5.如权利要求4所述多旋翼无人飞艇配载激光雷达，其特征在于，所述定位系统为北斗定位系统或者GPS定位系统。
CN201810590193.9A 2018-06-08 2018-06-08 多旋翼无人飞艇配载激光雷达 Pending CN108801222A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810590193.9A CN108801222A (zh) 2018-06-08 2018-06-08 多旋翼无人飞艇配载激光雷达

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810590193.9A CN108801222A (zh) 2018-06-08 2018-06-08 多旋翼无人飞艇配载激光雷达

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108801222A true CN108801222A (zh) 2018-11-13

Family

ID=64088855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810590193.9A Pending CN108801222A (zh) 2018-06-08 2018-06-08 多旋翼无人飞艇配载激光雷达

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108801222A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109975792A (zh) * 2019-04-24 2019-07-05 福州大学 基于多传感器融合矫正多线激光雷达点云运动畸变的方法
CN114056555A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 西安应用光学研究所 一种无gps/北斗的系留式旋翼自动定点起降平台及控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102510011A (zh) * 2011-10-24 2012-06-20 华北电力大学 基于微型多旋翼无人直升机的电力杆塔智能巡检方法
CN204210726U (zh) * 2014-11-11 2015-03-18 张宏志 一种太阳能旋翼充气软体无人飞艇
CN207396737U (zh) * 2017-10-25 2018-05-22 深圳天眼激光科技有限公司 机载微型激光雷达三维测绘装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102510011A (zh) * 2011-10-24 2012-06-20 华北电力大学 基于微型多旋翼无人直升机的电力杆塔智能巡检方法
CN204210726U (zh) * 2014-11-11 2015-03-18 张宏志 一种太阳能旋翼充气软体无人飞艇
CN207396737U (zh) * 2017-10-25 2018-05-22 深圳天眼激光科技有限公司 机载微型激光雷达三维测绘装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109975792A (zh) * 2019-04-24 2019-07-05 福州大学 基于多传感器融合矫正多线激光雷达点云运动畸变的方法
CN109975792B (zh) * 2019-04-24 2021-02-05 福州大学 基于多传感器融合矫正多线激光雷达点云运动畸变的方法
CN114056555A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 西安应用光学研究所 一种无gps/北斗的系留式旋翼自动定点起降平台及控制方法
CN114056555B (zh) * 2021-11-16 2023-10-31 西安应用光学研究所 一种无gps/北斗的系留式旋翼自动定点起降平台及控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108306217B (zh) 一种架空高压线智能自主沿导线飞行巡检系统和方法
CN110779498B (zh) 基于无人机多视点摄影的浅水河流水深测绘方法及系统
WO2022170878A1 (zh) 一种无人机测量输电线路影像距离的系统及方法
CN107504957B (zh) 利用无人机多视角摄像快速进行三维地形模型构建的方法
EP2772814B1 (en) Tree metrology system
CN107479059B (zh) 一种基于无人机的架空线与植被距离测量装置及方法
CN111966129B (zh) 一种光伏巡检无人机及其仿地飞行方法
US9784836B2 (en) System for monitoring power lines
Nagai et al. UAV-borne 3-D mapping system by multisensor integration
CN104571140B (zh) 一种光伏组件巡检拍照控制系统
CN107664491B (zh) 基站天线下倾角测量方法、装置和系统
CN206224609U (zh) 用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统
KR101550780B1 (ko) 무인 항공기를 이용한 영상 데이터 수집 시스템 및 방법
CN105203084A (zh) 一种无人机3d全景视觉装置
CN107894780A (zh) 一种多旋翼无人机高度地理测绘系统
CN102914294A (zh) 一种基于图像的无人机电力巡线测量系统及方法
CN106990791A (zh) 一种输电线路杆塔的三维建模系统及方法
CN103353297A (zh) 输电线路与目标尺寸及间距的机载光电测量装置及其方法
CN208027170U (zh) 一种电力巡线无人机及系统
CN114743021A (zh) 一种输电线路图像与点云数据的融合方法及系统
CN111142548A (zh) 一种测绘无人机以及基于无人机的测绘方法
CN108801222A (zh) 多旋翼无人飞艇配载激光雷达
CN204258162U (zh) 直升机电力巡检系统
CN108053471A (zh) 基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模系统
CN115017454A (zh) 无人机和移动测量车空地协同组网遥感数据采集系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181113

RJ01 Rejection of invention patent application after publication