CN109407132A - 一种无人机辐射监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人机辐射监测方法及系统，该方法由无人机检测辐射值，在首次发现异常辐射位置P后，以P为圆心做两次不同半径圆周飞行以确定下一步飞行路线，沿着该飞行路线，确定首个正常辐射点P1，基于P和P1确定辐射范围的基础圆，再在该基础圆的基础上逐步扩展，直至确定最后的辐射范围。该方法通过无人监测辐射，可安全快速地确定辐射范围。
Description
【技术领域】
本发明属于无人机应用领域，尤其涉及无人机环境监测领域，具体的，涉及一种无人机辐射监测方法及系统。
【背景技术】
随着核技术的迅速发展，随之而来的是其所带来的安全隐患，以日本福岛核电泄露和切尔诺贝利事件为例，不仅令民众恐慌并且对生态环境的破坏难以估量。除了人为的辐射外，也还有很多天然放射源的监测也需要受到关注，因此需要对环境辐射进行监测。
现有技术中，对放射性的监测多通过监测人员手持各类辐射监测仪器进行监测，但由于人员安全问题，不可避免地有很多限制，导致有些监测会受到阻碍。因此现有技术在某些困难环境下，使用机器人进行辐射监测，但是机器人有时也会受困于某些环境和地形因素。
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明提出了一种无人机辐射监测方法及系统。
本发明采用的技术方案如下：
一种无人机辐射监测方法，包括以下步骤：
(1)飞行控制系统控制无人机按照预定路线飞行，在飞行过程中接收无人机上的辐射检测装置实时检测的辐射值；
(2)当首次发现辐射值超过预定义的辐射阈值时，飞行控制系统记录无人机的当前位置P；
(3)飞行控制系统控制无人机在水平面上以P为圆心，以R1为半径作第一圆周飞行，飞行一圈并存储第一圆周上多个记录点的辐射值；
(4)飞行控制系统控制无人机在水平面上以P为圆心，以R2为半径作第二圆周飞行，飞行一圈并记录第二圆周上多个记录点的辐射值，其中R2≥2R1；
(5)设第一圆周上多个记录点中辐射值最大的点为M1，第二圆周上多个记录点中辐射值最大的点为M2，将∠M1PM2的角平分线作为下一步的飞行路线；
(6)飞行控制系统控制无人机从位置P开始，沿着所述角平分线飞行，直到检测到的辐射值小于上述辐射阈值，此时飞行控制系统记录无人机的当前位置P1；
(7)飞行控制系统根据位置P和位置P1，计算P和P1的中点A，在水平面上以A为圆心，R3为半径，得到一个辐射范围的基础圆；其中R3为P到A的距离的1.1倍；
(8)飞行控制系统控制无人机沿着所述基础圆飞行，检测所述基础圆上的辐射值，如果在基础圆上检测到的辐射值都小于辐射阈值，则方法结束，否则继续后续步骤；
(9)飞行控制系统计算扩展圆的飞行路线，具体地，该扩展圆是一个水平面上圆心为A的圆，其半径比无人机上一次圆周飞行的半径增加一个步长值；
(10)所述飞行控制系统控制无人机沿着该扩展圆飞行，检测该扩展圆上的辐射值，如果在该扩展圆上检测到的辐射值都小于辐射阈值，则方法结束，否则返回步骤9重新计算新的扩展圆。
进一步地，所述步长值是一个固定值。
进一步地，所述步长值通过以下方法确定：
设飞行控制系统在上一次圆周飞行时收到了n个辐射值，并且其中有m个辐射值大于辐射阈值，则当前扩展圆比上一次圆周飞行的半径所增加的步长值Step为：
其中，Smin是预定义的最小步长值，Smax是预定义的最大步长值。
进一步地，所述第一圆周上任意两个相邻记录点的距离都相同，所述第二圆周上任意两个相邻记录点的距离都相同且等于所述第一圆周上两个相邻记录点间的距离。
进一步地，飞行控制系统将所述基础圆和最终得到的扩展圆的数据发送给地面工作站。
进一步地，R1＝10米。
进一步地，R2＝2R1。
进一步地，在方法结束后，无人机在地面工作站的控制下重新设置飞行路线，返回步骤1重新执行所述方法。
本发明还提供了一种无人机辐射监测系统，其特征在于，包括无人机、辐射检测装置、地面工作站和飞行控制系统；所述辐射检测装置安装于无人机机身上，用于检测辐射值，并将辐射值传输给飞行控制系统；所述地面工作站与无人机远程连接，用于接收无人机远程传输的数据，以及远程控制所述无人机；所述飞行控制系统安装于无人机内，用于控制无人机的飞行，并且基于接收到的辐射值执行上述无人机辐射监测方法。
进一步地，所述无人机包括定位装置。
本发明的有益效果为：通过无人机安全快速地确定辐射范围。
【附图说明】
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明方法的基本流程图。
【具体实施方式】
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明使用无人机对地面辐射进行监测，以期发现可能的辐射源及辐射范围。本发明使用的无人机可以采用现有技术中已有的无人机，但是无人机的飞行控制系统可以执行本发明的辐射监测方法。
本发明的无人机辐射监测系统包括无人机、辐射检测装置、地面工作站和飞行控制系统。所述辐射检测装置安装于无人机机身上，其可以检测辐射值，并将辐射值传输给飞行控制系统。所述飞行控制系统安装于无人机内，用于控制无人机的飞行，并且基于接收到的辐射值执行本发明的辐射监测方法。所述地面工作站与无人机远程连接，可接收无人机远程传输的辐射数据和监控画面，地面工作人员也可通过地面工作站远程控制所述无人机。所述无人机还包括定位装置(例如GPS装置)，可以获取无人机的当前位置。
基于上述系统结构，下面详细说明本发明的无人机辐射监测方法，该方法由无人机的飞行控制系统执行，从而根据检测到的辐射值，自动控制无人机的飞行以确定辐射范围。参见附图1，具体方法步骤如下：
(1)飞行控制系统控制无人机按照预定路线飞行，在飞行过程中接收辐射检测装置实时检测的辐射值。
所述预定路线可以由工作人员事先设定，存储在飞行控制系统内；也可以由地面工作站远程发送给无人机，以随时修改该预定路线。所述预定路线包括预定的飞行高度以及多个有序飞行点，从而使得无人机在该预定高度上，按照顺序从一个飞行点飞行到下一个飞行点。所述飞行点是一个具体的经纬度坐标，飞行控制系统基于无人机上的定位装置控制无人机在飞行点之间飞行。此外，在后续的步骤中，所述无人机都在该预定高度上飞行。
在按照预定路线飞行的过程中，无人机上安装的辐射检测装置实时检测当前的辐射值，并将检测到的当前辐射值发送给飞行控制系统。飞行控制系统可以存储所述辐射值，也可以将其发送给地面工作站。
(2)在无人机飞行过程中，当首次发现辐射值超过预定义的辐射阈值时，飞行控制系统记录无人机的当前位置P。
所述辐射阈值由工作人员预先设置，其用于表明在当前飞行高度下异常辐射的最小值，即如果超过了该辐射阈值，则说明无人机发现了异常辐射。
无人机在起飞后，其最初的一段路线检测的辐射值应当是正常的，在飞行过程中，一旦无人机发现了异常辐射，则飞行控制系统记录下首次发现异常辐射的位置P，作为初始位置，并基于该位置进行进一步的监测。
(3)飞行控制系统控制无人机在水平面上以P为圆心，以R1为半径作第一圆周飞行，飞行一圈并存储第一圆周上多个记录点的辐射值。
所述半径R1由工作人员预先设置，优选的，R1＝10米。
所述多个记录点应当尽量均匀分布于该第一圆周上，相邻的两个记录点之间的距离相等，优选的，可以在圆周上每飞行1米就存储一个记录点的辐射值。
(4)飞行控制系统控制无人机在水平面上以P为圆心，以R2为半径作第二圆周飞行，飞行一圈并记录第二圆周上多个记录点的辐射值，其中R2≥2R1。
所述半径R2也是由工作人员预先设置，在优选实施例中，R2＝2R1。当然工作人员也可以根据具体情况选择更大的R2。
第二圆周上的多个记录点也应当尽量均匀分布于该第一圆周上，并且为了更加精确地测量，第二圆周上的每两个邻近记录点之间的飞行距离应当与第一圆周上每两个记录点之间的飞行距离相等。
(5)设第一圆周上多个记录点中辐射值最大的点为M1，第二圆周上多个记录点中辐射值最大的点为M2，将∠M1PM2的角平分线作为下一步的飞行路线。
通常而言，无人机在P点首次检测到的异常辐射应当来源于一个地面辐射源，越靠近该辐射源辐射值越大，因此M1和M2的方向大致上指向了该辐射源，通过取角平分线，可以相对准确地确定辐射源的方向。
(6)飞行控制系统控制无人机从位置P开始，沿着所述角平分线飞行，直到检测到的辐射值小于上述辐射阈值，此时飞行控制系统记录无人机的当前位置P1。
在沿着所述角平分线飞行的过程中，辐射监测装置仍然在实时检测辐射值，由于角平分线指向了辐射源地区，因此正常情况下，检测到的辐射值从位置P开始首先会逐渐增加，然后逐渐减小(此时无人机在远离辐射源)，直到辐射值降低到所述辐射阈值以下，此时的位置P1表明了辐射区域的边缘。
(7)飞行控制系统根据位置P和位置P1，计算P和P1的中点A，在水平面上以A为圆心，R3为半径，得到一个辐射范围的基础圆；其中R3为P到A的距离的1.1倍。
所述基础圆覆盖了上述步骤中检测到的辐射范围，并且A点很可能就是辐射源的一个核心位置，该基础圆有助于后续对辐射范围的具体分析。飞行控制系统存储所述基础圆的数据，并且将所述基础圆的数据发送给地面工作站。
(8)所述飞行控制系统控制无人机沿着所述基础圆飞行，检测所述基础圆上的辐射值，如果在基础圆上检测到的辐射值都小于辐射阈值，则方法结束，否则继续后续步骤。
如果基础圆上的辐射值都小于阈值，说明该基础圆覆盖了当前发现的辐射源的范围，对这一辐射源的监测可以结束。
在方法结束后，无人机可以返航，也可以在地面工作站的控制下重新设置飞行路线，返回步骤1再次执行本方法，也可以执行进一步的监测活动，本发明对此不作限制。
(9)所述飞行控制系统计算扩展圆的飞行路线，具体地，该扩展圆是一个水平面上圆心为A的圆，其半径比无人机上一次圆周飞行的半径增加一个步长值。
所述步长值可以是一个预先设定的固定值，例如10米。也可以是一个动态计算的值，具体动态计算方法在后面说明。
(10)所述飞行控制系统控制无人机沿着该扩展圆飞行，检测该扩展圆上的辐射值，如果在该扩展圆上检测到的辐射值都小于辐射阈值，则方法结束，否则返回步骤9重新计算新的扩展圆。
通过步骤9-10，无人机在基础圆的基础上，逐步扩展圆周飞行，一直到检测不到异常辐射为止，此时的扩展圆就是最大可能的辐射范围，飞行控制系统存储所述扩展圆的数据，同时将该扩展圆的数据发送给地面工作站。
在上述扩展圆的计算过程中，每次扩展都需要在半径上增加一个步长值，该步长值可以是固定值，但是该固定值如果设置的过小，则可能导致无人机需要飞行很多个扩展圆，而如果该固定值设置的过大，则可能导致最后的辐射范围确定的不精确。为了解决这一问题，本发明进一步提出了一种动态计算步长值的方法，具体说明如下：
无人机在进行圆周飞行时，飞行控制系统会收到辐射检测装置实时检测得到的辐射值，正常情况下，辐射检测装置是定时向飞行控制系统发送当前检测得到的辐射值，这样飞行控制系统在圆周飞行时可以收到多个辐射值。假设飞行控制系统在上一次圆周飞行(基础圆或上一个扩展圆)时收到了n个辐射值，并且其中有m个辐射值大于辐射阈值，则当前扩展圆比上一次圆周飞行的半径所增加的步长值Step为：
其中，Smin是预定义的最小步长值，Smax是预定义的最大步长值。
通过动态计算的步长值，当检测到的异常辐射较多时，说明还在辐射范围内部，步长值较大，当检测到的异常辐射较少时，说明接近辐射范围边缘，步长值较小；从而解决了上述固定步长值的问题。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (10)
1.一种无人机辐射监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)飞行控制系统控制无人机按照预定路线飞行，在飞行过程中接收无人机上的辐射检测装置实时检测的辐射值；
(2)当首次发现辐射值超过预定义的辐射阈值时，飞行控制系统记录无人机的当前位置P；
(3)飞行控制系统控制无人机在水平面上以P为圆心，以R1为半径作第一圆周飞行，飞行一圈并存储第一圆周上多个记录点的辐射值；
(4)飞行控制系统控制无人机在水平面上以P为圆心，以R2为半径作第二圆周飞行，飞行一圈并记录第二圆周上多个记录点的辐射值，其中R2≥2R1；
(5)设第一圆周上多个记录点中辐射值最大的点为M1，第二圆周上多个记录点中辐射值最大的点为M2，将∠M1PM2的角平分线作为下一步的飞行路线；
(6)飞行控制系统控制无人机从位置P开始，沿着所述角平分线飞行，直到检测到的辐射值小于上述辐射阈值，此时飞行控制系统记录无人机的当前位置P1；
(7)飞行控制系统根据位置P和位置P1，计算P和P1的中点A，在水平面上以A为圆心，R3为半径，得到一个辐射范围的基础圆；其中R3为P到A的距离的1.1倍；
(8)飞行控制系统控制无人机沿着所述基础圆飞行，检测所述基础圆上的辐射值，如果在基础圆上检测到的辐射值都小于辐射阈值，则方法结束，否则继续后续步骤；
(9)飞行控制系统计算扩展圆的飞行路线，具体地，该扩展圆是一个水平面上圆心为A的圆，其半径比无人机上一次圆周飞行的半径增加一个步长值；
(10)所述飞行控制系统控制无人机沿着该扩展圆飞行，检测该扩展圆上的辐射值，如果在该扩展圆上检测到的辐射值都小于辐射阈值，则方法结束，否则返回步骤9。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步长值是一个固定值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步长值通过以下方法确定：
设飞行控制系统在上一次圆周飞行时收到了n个辐射值，并且其中有m个辐射值大于辐射阈值，则当前扩展圆比上一次圆周飞行的半径所增加的步长值Step为：
其中，Smin是预定义的最小步长值，Smax是预定义的最大步长值。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一圆周上任意两个相邻记录点的距离都相同，所述第二圆周上任意两个相邻记录点的距离都相同且等于所述第一圆周上两个相邻记录点间的距离。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，飞行控制系统将所述基础圆和最终得到的扩展圆的数据发送给地面工作站。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，R1＝10米。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，R2＝2R1。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在方法结束后，无人机在地面工作站的控制下重新设置飞行路线，返回步骤1重新执行所述方法。
9.一种无人机辐射监测系统，其特征在于，包括无人机、辐射检测装置、地面工作站和飞行控制系统；所述辐射检测装置安装于无人机机身上，用于检测辐射值，并将辐射值传输给飞行控制系统；所述地面工作站与无人机远程连接，用于接收无人机远程传输的数据，以及远程控制所述无人机；所述飞行控制系统安装于无人机内，用于控制无人机的飞行，并且基于接收到的辐射值执行权利要求1-8任意一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述无人机包括定位装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: Unmanned aerial vehicle radiation monitoring method and system thereof Effective date of registration: 20200618 Granted publication date: 20200501 Pledgee: Hangzhou High-tech Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: HANGZHOU XIANGTING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020330000361 |
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Date of cancellation: 20210602 Granted publication date: 20200501 Pledgee: Hangzhou High-tech Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: HANGZHOU XIANGTING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020330000361 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A method and system of UAV radiation monitoring Effective date of registration: 20210603 Granted publication date: 20200501 Pledgee: Hangzhou High-tech Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: HANGZHOU XIANGTING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021330000505 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Date of cancellation: 20220616 Granted publication date: 20200501 Pledgee: Hangzhou High-tech Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: HANGZHOU XIANGTING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021330000505 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Method and system for radiation monitoring of unmanned aerial vehicle Effective date of registration: 20220815 Granted publication date: 20200501 Pledgee: Hangzhou High-tech Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: HANGZHOU XIANGTING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022330001752 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230713 Granted publication date: 20200501 Pledgee: Hangzhou High-tech Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: HANGZHOU XIANGTING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022330001752 |