CN110618696B - 一种陆空一体化测绘无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陆空一体化测绘无人机，包含机体、信号接收器、信号发射器、控制盒、GPS定位模块、无线电高度表、测控信道、飞行控制模块、空速高度表、任务相机。本发明通过优化无人机的结构和测绘方法，实现了陆空测绘影像的统一，减少了测绘测量误差，增强了测绘数据的直观性，大大的提高了测绘工作的效率。
Description
技术领域
本发明涉及无人机测绘技术领域，尤其涉及一种陆空一体化测绘无人机。
背景技术
无人机是一种能够携带多种设备且可以重复使用的无人驾驶航空器。而航空摄影测量技术能够快速的获取地理信息，是测绘和更新地形图的重要手段。将无人机和航空摄影测量技术相结合，就形成了无人机航测系统。近年来随着低空摄影测量及其辅助设备的发展，数码相机的快速推广以及数字摄影测量等技术的不断成熟使得无人机得到了进一步的完善。在各种技术不断成熟的情况下，使得通过地面无线电通信网络，实现起飞、到达指定的空域，进行航测以及返回地面等操作的无人机低空遥感技术越来越成熟，为获取地面任意角度清晰图像提供了一种重要的方法。目前，无人机航测技术已经成为国内外应用的热点问题。相比传统大飞机航摄而言，无人机航摄对于起降场地的要求、空域的审批等方面都有较大的优势，各方面都更为方便快捷。所获取的数据也具有影像质量好，地面分辨率高等优点。但是，从另一方面来说，无人机航摄平台自身具有飞行姿态稳定性较低，容易受到风向影响；且所获取的影像有较大的畸变差、影像的像幅较小等一系列问题，给后期影像处理也带来了一定的困难。这些问题的存在都对无人机影像处理造成了较大的影响，也成为制约无人机航测技术不断发展的瓶颈问题。如何快速获得足够的像控点坐标，以保证无人机影像的解算精度成为一个亟待解决的问题。由于无人机航摄影像覆盖范围小，飞行姿态不稳定等因素的原因，因此为了保证影像处理的精度就需要更多的像控点，这样就增加了内业刺点以及外业测绘像控点的工作量。陆空一体化测绘的提出就是为了解决无人机航测像控点的相关问题，如果能够实现陆空一体化测绘，就能降低外业作业的专业性要求，减少外业工作量，提高内业影像处理的自动化程度。如果此设计目标能够达成，将大大降低测绘项目的生产成本，产生良好的经济效益。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供了一种陆空一体化测绘无人机，包含机体、信号接收器、信号发射器、控制盒、GPS定位模块、无线电高度表、测控信道、飞行控制模块、空速高度表、任务相机；所述信号接收器通过无线网络与无人机控制器连接，信号接收器的信号输出端连接所述控制盒；所述GPS定位模块连接所述控制盒，机体上设有机载电源，所述机载电源连接控制盒为各模块供电，所述控制盒还分别与所述无线电高度表、测控信道、飞行控制模块和空速高度表数据交互或电性连接，所述飞行控制模块还通过无线信道连通所述测控信道，通过无人机飞行高度自动调整无人机的飞行高度，实现无人机的精确低空飞行，所述无线电高度表实时测量无人机的飞行高度并将高度数据传输给所述控制盒，通过控制盒进一步输入测控信道对飞行进行指令调控，所述无线电高度表还连接所述信号发射器并通过信号发射器将无人机飞行高度数据输送给数据分析基站和地面的无人机控制器，所述控制器也通过所述信号发射器将测绘数据传输给数据分析基站；所述任务相机连接所述控制盒，用于测绘图像采集，所述机体上还装配有IMU惯性导航传感器、气压传感器，所述IMU惯性导航传感器与所述GPS定位模块交互连接，测绘时获取图片曝光瞬间的六个方位要素。
进一步地，所述任务相机、IMU惯性导航传感器与所述GPS定位模块共同获取地面上的物体信息，包括信息获取位置、地形轮廓、物体轮廓以及测绘点周边的矢量信息，并将这些物体信息传输给所述控制盒，控制盒自动基于采集的物体信息与无人机空中拍摄的影像生成三维模型测绘地形图，并建立该测绘点的模型库数据进行存储，校检无明显错误后发送；无人机空中拍摄依据事先设定的航道进行，在航道路线上测绘位置获取空中影像和POS数据，然后根据空中影像和POS数据建立航道与影像的拓扑关系网，形成拓扑关系过程中自动剔除多余或明显错误的数据，最终生成DOM结构与低空采集的物体信息结合。
进一步地，所述IMU惯性导航传感器包含控制器模块、加速度计、陀螺仪和运动传感器，所述控制器模块内设有测绘数据精度控制程序；所述加速度计用于负责测量无人机机体飞行过程中的旋转、上升或下降、水平方向加速度的情况，并根据这些数据通过控制器模块对无人机的速度、姿态进行评估，用于测绘影像数据处理过程中相应的加权或优化处理；所述陀螺仪和运动传感器用于修正测量所得的所述无人机机体飞行过程中的旋转、上升或下降、水平方向加速度数据的误差，对数据进行权级过滤。
进一步地，所述信号接收器连接有遥控信号解码器，所述遥控信号解码器用于捕捉PWM控制信号并通过USART共享给信号接收器，通过遥控信号解码器处理控制信号，以调节无人机高空或低空飞行模式，降低信号接收器的工作强度。
进一步地，所述测绘影像数据处理过程为：
1)选取测绘影像的灰度直方图中灰度集中区较大的区域均匀覆盖整个灰度范围，并重新影像像素和调节透明度使得各处像素值相同，再将空中测绘影像和低空飞行的测绘影像进行直方图匹配，减少两类图像的亮度色调差异；
2)依据GPS数据实现空中测绘影像和低空飞行的测绘影像的坐标系统转换和像素内插；
3)对各像素进行特征提取，将同属于一个特征影像的特征进行归类，在同一类特征影像内将特征对应的图像作为共轭实体，该图像对应的特征作为匹配单元，通过计算各匹配单元的相似度进行影像的匹配；
4)匹配后的图像对应特征值导入几何变换模型，转换到基准影像坐标中，形成陆空影像的匹配和统一。
从以上技术方案可以看出，本发明的优点是：本发明通过优化无人机的结构和测绘方法，实现了陆空测绘影像的统一，减少了测绘测量误差，增强了测绘数据的直观性，大大的提高了测绘工作的效率。
具体实施方式
下面结合实施例进行详细的说明：
实施例
一种陆空一体化测绘无人机，包含机体、信号接收器、信号发射器、控制盒、GPS定位模块、无线电高度表、测控信道、飞行控制模块、空速高度表、任务相机；所述信号接收器通过无线网络与无人机控制器连接，信号接收器的信号输出端连接所述控制盒；所述GPS定位模块连接所述控制盒，机体上设有机载电源，所述机载电源连接控制盒为各模块供电，所述控制盒还分别与所述无线电高度表、测控信道、飞行控制模块和空速高度表数据交互或电性连接，所述飞行控制模块还通过无线信道连通所述测控信道，通过无人机飞行高度自动调整无人机的飞行高度，实现无人机的精确低空飞行，所述无线电高度表实时测量无人机的飞行高度并将高度数据传输给所述控制盒，通过控制盒进一步输入测控信道对飞行进行指令调控，所述无线电高度表还连接所述信号发射器并通过信号发射器将无人机飞行高度数据输送给数据分析基站和地面的无人机控制器，所述控制器也通过所述信号发射器将测绘数据传输给数据分析基站；所述任务相机连接所述控制盒，用于测绘图像采集，所述机体上还装配有IMU惯性导航传感器、气压传感器，所述IMU惯性导航传感器与所述GPS定位模块交互连接，测绘时获取图片曝光瞬间的六个方位要素。所述任务相机、IMU惯性导航传感器与所述GPS定位模块共同获取地面上的物体信息，包括信息获取位置、地形轮廓、物体轮廓以及测绘点周边的矢量信息，并将这些物体信息传输给所述控制盒，控制盒自动基于采集的物体信息与无人机空中拍摄的影像生成三维模型测绘地形图，并建立该测绘点的模型库数据进行存储，校检无明显错误后发送；无人机空中拍摄依据事先设定的航道进行，在航道路线上测绘位置获取空中影像和POS数据，然后根据空中影像和POS数据建立航道与影像的拓扑关系网，形成拓扑关系过程中自动剔除多余或明显错误的数据，最终生成DOM结构与低空采集的物体信息结合。所述IMU惯性导航传感器包含控制器模块、加速度计、陀螺仪和运动传感器，所述控制器模块内设有测绘数据精度控制程序；所述加速度计用于负责测量无人机机体飞行过程中的旋转、上升或下降、水平方向加速度的情况，并根据这些数据通过控制器模块对无人机的速度、姿态进行评估，用于测绘影像数据处理过程中相应的加权或优化处理。测绘影像数据处理过程为：1)选取测绘影像的灰度直方图中灰度集中区较大的区域均匀覆盖整个灰度范围，并重新影像像素和调节透明度使得各处像素值相同，再将空中测绘影像和低空飞行的测绘影像进行直方图匹配，减少两类图像的亮度色调差异；2)依据GPS数据实现空中测绘影像和低空飞行的测绘影像的坐标系统转换和像素内插；3)对各像素进行特征提取，将同属于一个特征影像的特征进行归类，在同一类特征影像内将特征对应的图像作为共轭实体，该图像对应的特征作为匹配单元，通过计算各匹配单元的相似度进行影像的匹配；4)匹配后的图像对应特征值导入几何变换模型，转换到基准影像坐标中，形成陆空影像的匹配和统一。所述陀螺仪和运动传感器用于修正测量所得的所述无人机机体飞行过程中的旋转、上升或下降、水平方向加速度数据的误差，对数据进行权级过滤。所述信号接收器连接有遥控信号解码器，所述遥控信号解码器用于捕捉PWM控制信号并通过USART共享给信号接收器，通过遥控信号解码器处理控制信号，以调节无人机高空或低空飞行模式，降低信号接收器的工作强度。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种陆空一体化测绘无人机，其特征在于，包含机体、信号接收器、信号发射器、控制盒、GPS定位模块、无线电高度表、测控信道、飞行控制模块、空速高度表、任务相机；所述信号接收器通过无线网络与无人机控制器连接，信号接收器的信号输出端连接所述控制盒；所述GPS定位模块连接所述控制盒，机体上设有机载电源，所述机载电源连接控制盒为各模块供电，所述控制盒还分别与所述无线电高度表、测控信道、飞行控制模块和空速高度表数据交互或电性连接，所述飞行控制模块还通过无线信道连通所述测控信道，通过无人机飞行高度自动调整无人机的飞行高度，实现无人机的精确低空飞行，所述无线电高度表实时测量无人机的飞行高度并将高度数据传输给所述控制盒，通过控制盒进一步输入测控信道对飞行进行指令调控，所述无线电高度表还连接所述信号发射器并通过信号发射器将无人机飞行高度数据输送给数据分析基站和地面的无人机控制器，所述控制器也通过所述信号发射器将测绘数据传输给数据分析基站；所述任务相机连接所述控制盒，用于测绘图像采集，所述机体上还装配有IMU惯性导航传感器、气压传感器，所述IMU惯性导航传感器与所述GPS定位模块交互连接，测绘时获取图片曝光瞬间的六个方位要素；所述任务相机、IMU惯性导航传感器与所述GPS定位模块共同获取地面上的物体信息，包括信息获取位置、地形轮廓、物体轮廓以及测绘点周边的矢量信息，并将这些物体信息传输给所述控制盒，控制盒自动基于采集的物体信息与无人机空中拍摄的影像生成三维模型测绘地形图，并建立该测绘点的模型库数据进行存储，校检无明显错误后发送；无人机空中拍摄依据事先设定的航道进行，在航道路线上测绘位置获取空中影像和POS数据，然后根据空中影像和POS数据建立航道与影像的拓扑关系网，形成拓扑关系过程中自动剔除多余或明显错误的数据，最终生成DOM结构与低空采集的物体信息结合；所述IMU惯性导航传感器包含控制器模块、加速度计、陀螺仪和运动传感器，所述控制器模块内设有测绘数据精度控制程序；所述加速度计用于负责测量无人机机体飞行过程中的旋转、上升或下降、水平方向加速度的情况，并根据这些数据通过控制器模块对无人机的速度、姿态进行评估，用于测绘影像数据处理过程中相应的加权或优化处理；所述陀螺仪和运动传感器用于修正测量所得的所述无人机机体飞行过程中的旋转、上升或下降、水平方向加速度数据的误差，对数据进行权级过滤；所述信号接收器连接有遥控信号解码器，所述遥控信号解码器用于捕捉PWM控制信号并通过USART共享给信号接收器，通过遥控信号解码器处理控制信号，以调节无人机高空或低空飞行模式，降低信号接收器的工作强度。
2.如权利要求1所述的一种陆空一体化测绘无人机，其特征在于，所述测绘影像数据处理过程为：
1) 选取测绘影像的灰度直方图中灰度集中区较大的区域均匀覆盖整个灰度范围，并重新影像像素和调节透明度使得各处像素值相同，再将空中测绘影像和低空飞行的测绘影像进行直方图匹配，减少两类图像的亮度色调差异；
2) 依据GPS数据实现空中测绘影像和低空飞行的测绘影像的坐标系统转换和像素内插；
3) 对各像素进行特征提取，将同属于一个特征影像的特征进行归类，在同一类特征影像内将特征对应的图像作为共轭实体，该图像对应的特征作为匹配单元，通过计算各匹配单元的相似度进行影像的匹配；
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