CN109164827B - 一种基于无人机的数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于无人机的数据采集系统，属于无人机测绘技术领域。缩短了通过进行测绘的周期。该基于无人机的数据采集系统，包括地面系统和具有相机的无人机,所述无人机包括：主控制器、振动传感器和风速传感器，用于检测无人机所在位置的风速，并将风速数据发送至主控制器；当主控制器根据振动数据判断无人机在预设时间一内的振动幅值超过预设的振动阈值的时间比例是否超过比例限值一，当振动幅度超过预设振动阈值时，无人机停止拍摄并悬停于预设高度，无人机悬停后主控制器判断在预设时间二内风速数据超过风速阈值的时间比例是否超过比例限值二，若是，则无人机降落至地面，若否，则无人机沿飞行路线到达目的地或返回出发地。
Description
技术领域
本发明涉及无人机测绘技术领域，尤其涉及一种基于无人机的数据采集系统。
背景技术
无人机飞行器航测遥感系统能够在各个行业中完美的实现自身价值，并且能够推动每个行业的向前发展，主要是因为他拥有较高的实用性，例如在测绘工作中的应用，解决了在测绘工作中很多技术和环境的难题。还有独特的创新性和优越的主干系统，无人机在新农村建设，数字化城市的建设等等这些方面起到了不可代替的作用。在多个领域都可以应用到低空无人机测绘测量遥感系统，例如一些大型的工程，新型城市的规划，应对各类突发状况，并且能够加快城乡建设。在一些环境条件较为苛刻的工作地点进行作业的时候，经常会遇到因为当地环境的原因不能用传统的航空摄影，例如有高山的阻碍，道路原因不能够实现正常的起降，或者云层过低等等的问题，在这个时候无人机就能够体现出他独特的航拍效果。在任何地形都能够轻松的起飞，进行航空拍摄作业，这样不仅可以提升测量效果，并且能够精确收集高空影像。作为一种有效的监测技术手段，无人机遥感系统可以动态监测，全面而准确的掌握国土资源数量、质量、分布和变化趋势，对相关工作人员进行引导并合理开发和利用土地资源。同时，国土资源监察可以利用该技术及时发现违规违法用地、滥占耕地、破坏生态环境等现象。
对于航拍设备来说风速是一件很大影响了因素，因为风速越大对航拍的效果不好，航拍设备录下来的图片清晰度比风速慢时候的模糊。当航拍设备在执行航拍任务时，可能由一段飞行路线风速过大导致该段路线的图片需要重新采集，这一问题往往是在该任务结束后检查图片时发现，然后需要重新再进行一次航拍任务、延缓了整个测绘的周期。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无人机的数据采集系统，具有提高航拍照片清晰度、缩短测绘周期的优点。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于无人机的数据采集系统，包括地面系统和具有相机的无人机,所述无人机包括：主控制器，载入飞行路线后可控制无人机在预设高度沿飞行路线完成所有航拍任务；振动传感器，用于检测无人机的振动幅度,并将振动数据发送至主控制器；风速传感器，用于检测无人机所在位置的风速，并将风速数据发送至主控制器；当主控制器根据振动数据判断无人机的振动幅值是否超过预设的振动阈值，当振动幅度超过预设振动阈值时，无人机停止拍摄并悬停于预设高度，无人机悬停后主控制器判断在预设时间内风速数据超过风速阈值的时间比例是否超过比例限值，若是，则无人机降落至地面，若否，则无人机沿飞行路线到达目的地或返回出发地。
进一步的，所述预设高度由所需的地面分辨率和相机镜头焦距确定，其关系式为：
，式中，H为预设高度，f为镜头焦距，a为成像元，GSD为地面分辨率。
进一步的，主控制器判断在预设时间内风速数据超过风速阈值的时间比例是否超过比例限值具体为：在5分钟内，判断风速数据超过风速阈值的时间是否超过2分30秒。
进一步的，所述无人机还包括定位装置，用于在所述无人机降落至地面时向地面系统发送其位置。
进一步的，所述无人机包括超声波传感器，用于在所述无人机在降落至地面之前与地面距离10m高度时，主控制器开启超声波传感器判断无人机下方的底面是否平整，若是，则无人机降落至其下方平整地面，若否，则主控制器控制飞行器水平移动直至通过超声波传感器判断其下方为平整地面时降落至平整地面。
进一步的，无人机还包括热释电传感器，用于在所述无人机在降落至地面时，检测其预设范围内是否有人或动物靠近，若有，则主控制器控制无人机起飞远离人或动物。
进一步的，无人机降落至地面后，持续进行风速检测，在1小时内，若风速数据超过风速阈值的时间低于12分钟，则主控制器控制无人机起飞，回到停止拍摄的位置开始，继续进行航拍任务。
进一步的，当主控制器根据振动数据判断无人机的振动幅值超过振动阈值且在预设时间内风速数据超过风速阈值的时间比例未超过比例限值时，所述无人机沿飞行路线到达目的地或返回出发地的方法为：主控制器计算无人机从当前位置沿飞行路线到出发地的距离一和从当前位置沿飞行路线到目的地的距离二，当距离一小于距离二时，无人机返回出发地，当距离二小于距离一时，无人机到达目的地。
综上所述，本发明具有以下有益效果：在航拍过程中风速多大导致无人机抖动、拍摄模糊时，无人机降落至地面，待风速减小时。
附图说明
图1是本发明实施例的系统结构框图。
附图标记：1、地面系统；2、无人机；21、主控制器；22、振动传感器；23、风速传感器；24、超声波传感器；25、热释电传感器；26、定位装置。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例的技术方案进行描述。
本发明揭露了一种基于无人机的数据采集系统，如图1所示，包括地面系统1和具有相机的无人机2，无人机2包括主控制器21、振动传感器22、风速传感器23、超声波传感器24、热释电传感器25和定位装置26。
其中，振动传感器22，用于检测无人机2的振动幅度,并将振动数据发送至主控制器21，在本发明的实施例中采用天宇恒创型号为CYT9200一体化振动变送器；风速传感器23，用于检测无人机2所在位置的风速，并将风速数据发送至主控制器21，在本发明的实施例中采用菲尔斯特型号为FST200-1000的风速传感器23；定位装置26，用于在无人机2降落至地面时向地面系统1发送其位置，在本发明的实施例中定位装置26为一般的GPS定位器；超声波传感器24，一方面可用于判断无人机2的高度，另一方面可用来检测地面的平整度，在本发明的实施例中采用墨迪Micro Detectors型号为UK1A/E7-0EUL的超声波传感器24。热释电传感器25，用于检测预设范围是否有人或动物，在本发明的实施例中采用NICERA型号为P923的热释电传感器25。
无人机2整个飞行拍摄控制方法如下：
步骤一：分析相机的参数，并根据地面分辨率，确定预设高度与地面分辨率之间的关系，具体为：
H=(f×GSD)/a
式中，H为预设高度，f为镜头焦距，a为成像元，GSD为地面分辨率。在本发明的实施例中，f为佳能S120数码相机的镜头焦距答，单位为毫米；a为佳能S120数码相机的像元尺寸，单位为毫米。GSD的单位为米。
步骤二：根据航测任务中需要的成像比例带入上式计算无人机2飞行高度，确定无人机2飞行路线。
步骤三：根据步骤二确定的飞行路线编程，烧录至主控制器21内。
步骤四：主控制器21控制无人机2在预设高度飞行，并控制相机光轴始终垂直于底面拍摄目标影像，按设定飞行路线完成所有的航拍任务。
在步骤四中，无人机2在飞行路线飞行的过程中，可能受到风速、破损等因素导致抖动，当抖动幅度达到一定程度时，相机将排出的照片将会变得模糊不可使用。而此时无人机2若直接到达目的地，不仅航测任务无法顺利完成，还需要再次进行一次航测任务，从而延缓了项目的进度。
本发明的基于无人机2的数据采系统通过如下方法解决上述问题。
当主控制器21根据振动数据判断无人机2在预设时间一内的振动幅值超过预设的振动阈值的时间比例是否超过比例限值一，当振动幅度超过预设振动阈值时，无人机2停止拍摄并悬停于预设高度，无人机2悬停后主控制器21判断在预设时间二内风速数据超过风速阈值的时间比例是否超过比例限值二，若是，则无人机2降落至地面，若否，则无人机2沿飞行路线到达目的地或返回出发地。
其中，振动阈值为根据试验测得的使相机拍摄模糊的最低振动幅度。当超过这个振动阈值后，相机拍摄的图像将无法使用。因而无人机2进入悬停状态，进行振动原因分析，分析的对象为振动的原因是否与风速有关。而无人机2需要悬停后才能进行风速检测，是因为无人机2的飞行速度会干扰对风速的检测。上述判断无人机2在预设时间一内的振动幅值超过预设的振动阈值的时间比例是否超过比例限值一，是为了排除偶发的振动幅值过大对触发振动原因分析的干扰，在本实施例中，将比例限值一设定为50%，具体判断方法为：在5分钟内，判断振动幅值超过预设振动阈值的时间是否超过2分30秒，其中，2分30秒的计时方法为超过预设振动阈值的时间之和。而判断在预设时间二内风速数据超过风速阈值的时间比例是否超过比例限值二，是为了排除偶发的风速多大对原因分析的干扰。在本实施例中，将比例限值二设定为50%，具体判断方法为：在5分钟内，判断风速数据超过风速阈值的时间是否超过2分30秒。其中，2分30秒的计时方法为超过风速阈值的时间之和。即超过风速阈值的时间不一定会是连续的。当风速数据超过风速阈值的时间超过2分30秒时，则判定为振动由风速导致，反之则是其他故障。一般情况下，当当风速达到6级时，相机拍摄的图像就会模糊，因此风速阈值设置为10m/s。
经过振动原因分析，判定振动原因不是风速引起时，就很可能是无人机2结构受损或动力系统控制出现故障导致，这时就需要命令无人机2沿飞行路线到达目的地或返回出发地。而是到达目的地还是返回出发地，则是由无人机2当前的位置与目的地和出发地之间的距离决定的，该方法具体为：主控制器21计算无人机2从当前位置沿飞行路线到出发地的距离一和从当前位置沿飞行路线到目的地的距离二，当距离一小于距离二时，无人机2返回出发地，当距离二小于距离一时，无人机2到达目的地。
经过振动原因分析，判定振动原因是风速引起时。由于风速在一天内是变化的，可能航拍过程中刚好那段时间风速较强，而其他时间风速都相对较小。这时可令无人机2先降落于安全位置，待风速变小后，再回到停止拍摄的位置继续完成剩余的航拍任务。
无人机2在降落过程中，由于是在航拍过程中降落，其降落的地点不一定会像是预设的出发地或目的地那样平整。因此，无人机2在降落至地面之前与地面距离10m高度时，主控制器21开启超声波传感器24判断无人机2下方的底面是否平整，若是，则无人机2降落至其下方平整地面，若否，则主控制器21控制飞行器水平移动直至通过超声波传感器24判断其下方为平整地面时降落至平整地面。地面平整度通过基于超声测距的物体形状识别技术实现。
在无人机2降落的地面为临时的将落地，在野外可能会被动物靠近并碰坏，也可能被他人捡走，在此时无人机2的热释电传感器25开启，检测其预设范围内是否有人或动物靠近，预设范围在5米内，若有，则主控制器21控制无人机2起飞远离人或动物。此功能可在无人机2降落至地面时自动开启，也可由地面系统1手动控制关闭，避免工作人员靠近时无人机2也自动远离。
无人机2降落至地面后，持续进行风速检测，在1小时内，若风速数据超过风速阈值的时间低于3分钟，则主控制器21控制无人机2起飞，回到停止拍摄的位置开始，继续进行航拍任务。即判断在一小时内有95%的时间，风速数据低于风速阈值，则无人机2可回到停止拍摄的位置恢复拍摄任务。
Claims (8)
1.一种基于无人机的数据采集系统，包括地面系统(1)和具有相机的无人机(2),其特征在于，所述无人机(2)包括：
主控制器(21)，载入飞行路线后可控制无人机(2)在预设高度沿飞行路线完成所有航拍任务；
振动传感器(22)，用于检测无人机(2)的振动幅度,并将振动数据发送至主控制器(21)；
风速传感器(23)，用于检测无人机(2)所在位置的风速，并将风速数据发送至主控制器(21)；
当主控制器(21)根据振动数据判断无人机(2)在预设时间一内的振动幅值超过预设的振动阈值的时间比例是否超过比例限值一，当振动幅度超过预设振动阈值时，无人机(2)停止拍摄并悬停于预设高度，无人机(2)悬停后主控制器(21)判断在预设时间二内风速数据超过风速阈值的时间比例是否超过比例限值二，若是，则无人机(2)降落至地面，若否，则无人机(2)沿飞行路线到达目的地或返回出发地；
无人机(2)还包括热释电传感器(25)，用于在所述无人机(2)在降落至地面时，检测其预设范围内是否有人或动物靠近，若有，则主控制器(21)控制无人机(2)起飞远离人或动物。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的数据采集系统，其特征在于，所述预设高度由所需的地面分辨率和相机镜头焦距确定，其关系式为：H=(f×GSD)/a，式中，H为预设高度，f为镜头焦距，a为成像元，GSD为地面分辨率。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的数据采集系统，其特征在于，主控制器(21)判断无人机(2)在预设时间一内的振动幅值超过预设的振动阈值的时间比例是否超过比例限值一具体为：在5分钟内，判断振动幅值超过预设振动阈值的时间是否超过2分30秒。
4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的数据采集系统，其特征在于，主控制器(21)判断在预设时间二内风速数据超过风速阈值的时间比例是否超过比例限值二具体为：在5分钟内，判断风速数据超过风速阈值的时间是否超过2分30秒。
5.根据权利要求4所述的一种基于无人机的数据采集系统，其特征在于，所述无人机(2)还包括定位装置(26)，用于在所述无人机(2)降落至地面时向地面系统(1)发送其位置。
6.根据权利要求5所述的一种基于无人机的数据采集系统，其特征在于，所述无人机(2)包括超声波传感器(24)，用于在所述无人机(2)在降落至地面之前与地面距离10m高度时，主控制器(21)开启超声波传感器(24)判断无人机(2)下方的底面是否平整，若是，则无人机(2)降落至其下方平整地面，若否，则主控制器(21)控制飞行器水平移动直至通过超声波传感器(24)判断其下方为平整地面时降落至平整地面。
7.根据权利要求6所述的一种基于无人机的数据采集系统，其特征在于，无人机(2)降落至地面后，持续进行风速检测，在1小时内，若风速数据超过风速阈值的时间低于3分钟，则主控制器(21)控制无人机(2)起飞，回到停止拍摄的位置开始，继续进行航拍任务。
8.根据权利要求7所述的一种基于无人机的数据采集系统，其特征在于，当主控制器(21)根据振动数据判断无人机(2)的振动幅值超过振动阈值且在预设时间内风速数据超过风速阈值的时间比例未超过比例限值时，所述无人机(2)沿飞行路线到达目的地或返回出发地的方法为：主控制器(21)计算无人机(2)从当前位置沿飞行路线到出发地的距离一和从当前位置沿飞行路线到目的地的距离二，当距离一小于距离二时，无人机(2)返回出发地，当距离二小于距离一时，无人机(2)到达目的地。
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