CN111175845A - 采用定位系统的自然灾害探测方法 - Google Patents

采用定位系统的自然灾害探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了采用定位系统的自然灾害探测方法，包括任务系统、定位系统、探测系统和预警系统；所述任务系统用于确定探测区域和探测任务，并将探测任务发送给探测系统，所述定位系统用于获取探测装置的定位，并将定位发送给探测系统，所述探测系统根据探测任务，利用探测器对探测装置位置处的自然灾害进行探测，所述探测器包括振动探测器、倾斜探测器和气象探测器，所述预警系统根据探测情况发出自然灾害预警。本发明的有益效果为：通过对探测装置定位，采用多种探测器对自然灾害进行探测，实现了自然灾害的准确探测和预警。

Description

采用定位系统的自然灾害探测方法
技术领域
本发明涉及自然灾害技术领域，具体涉及采用定位系统的自然灾害探测方法。
背景技术
中国是世界上自然灾害发生频繁、灾害种类繁多、生命和财产损失严重的国家之一，每年都会造成大量的人员伤亡，如何对自然灾害进行准确探测，成为摆在人们面前的难题。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种探测准确的自然灾害探测装置。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：提供了一种探测准确的自然灾害探测装置，包括任务系统、定位系统、探测系统和预警系统；所述任务系统用于确定探测区域和探测任务，并将探测任务发送给探测系统，所述定位系统用于获取探测装置的定位，并将定位发送给探测系统，所述探测系统根据探测任务，利用探测器对探测装置位置处的自然灾害进行探测，所述探测器包括振动探测器、倾斜探测器和气象探测器，所述预警系统根据探测情况发出自然灾害预警。
本发明的有益效果为：通过对探测装置定位，采用多种探测器对自然灾害进行探测，实现了自然灾害的准确探测和预警。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的结构示意图；
附图标记：
任务系统1、定位系统2、探测系统3、预警系统4。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例的一种探测准确的自然灾害探测装置，包括任务系统1、定位系统2、探测系统3和预警系统4；所述任务系统1用于确定探测区域和探测任务，并将探测任务发送给探测系统3，所述定位系统2用于获取探测装置的定位，并将定位发送给探测系统3，所述探测系统3根据探测任务，利用探测器对探测装置位置处的自然灾害进行探测，所述探测器包括振动探测器、倾斜探测器和气象探测器，所述预警系统4根据探测情况发出自然灾害预警。
本实施例通过对探测装置定位，采用多种探测器对自然灾害进行探测，实现了自然灾害的准确探测和预警。
优选的，所述定位系统2包括第一定位单元、第二定位单元、综合定位单元和评价单元，所述第一定位单元基于全球定位系统获取探测装置的第一位置，所述第二定位单元基于激光测距仪获取探测装置的第二位置，所述综合定位单元用于根据第一位置和第二位置确定探测装置的定位，所述评价单元用于对定位精度进行评价。
本优选实施例定位系统通过第一位置和第二位置对探测装置进行定位，提高了探测装置的定位精度。
优选的，所述第二定位单元包括一次数据获取单元、二次数据处理单元、三次特征提取单元和四次地图匹配单元，所述一次数据获取单元用于激光测距仪获取周围环境的激光扫描数据，所述二次数据处理单元用于剔除错误的激光扫描数据，所述三次特征提取单元用于根据处理后的激光扫描数据提取周围环境的线段特征信息，所述四次地图匹配单元用于将线段特征信息和地图进行匹配，获取探测装置第二位置信息。
本优选实施例第二定位单元通过激光扫描数据提取周围环境线段特征信息，并且和地图进行匹配，得到了准确的探测装置第二位置信息。
优选的，所述三次特征提取单元包括一次建模子单元和二次提取子单元，所述一次建模子单元用于建立环境模型，所述二次提取子单元用于根据环境模型提取线段特征信息；
所述一次建模子单元用于建立环境模型：将环境中的平面在地图中用线段表示，地图中线段P1P2对应环境中的一个平面，从坐标原点O向P1P2作垂线，交于点P，假定A(x,y)为线段P1P2上的一点，则线段P1P2在全局坐标系中表示为：xcosβ+ysinβ-ρ＝0，在式子里，β表示OP和全局坐标系X轴正方向的夹角，ρ表示向量
Figure BDA0002371133860000021
在单位向量
Figure BDA0002371133860000022
的投影；探测装置的局部坐标系和激光测距仪的局部坐标系重合，设某个激光扫描数据为(ρi,αi)，ρi表示测量的距离，αi表示激光束相对于探测装置局部坐标系x轴正方向的角度，则该扫描数据在探测装置局部坐标系中的坐标(xi,yi)为：
Figure BDA0002371133860000023
所述二次提取子单元用于根据环境模型提取线段特征信息：将探测装置在k时刻的位置用向量X(k)＝[x(k),y(k),θ(k)]T表示，激光测距仪在该时刻对探测装置周围环境进行一次扫描,获得n个离散的激光扫描数据，这些数据以极坐标形式表述，在探测装置局部坐标系中以(xL(i),yL(i))(1≤i≤n)表示，在全局坐标系中对应的坐标为(xG(i),yG(i))(1≤i≤n)。
所述四次地图匹配单元用于将线段特征信息和地图进行匹配：对于环境中的某个平面在地图中对应的线段P1P2，如果激光束打在该平面上并且返回数据用极坐标表示为(ρi,αi)，则全局坐标为(xG(i),yG(i))；采用下式计算匹配因子：RU＝2+|xG(i)cosβ+yG(i)sinβ-ρ|2，若满足RU≤MH，MH∈[150mm,250mm]，则点(xG(i),yG(i))与线段P1P2匹配；从n个激光数据中找到与线段P1P2匹配的数据，完成线段特征信息和地图匹配。
本优选实施例实现了环境建模和环境线段特征的提取，由于激光测距仪的测量误差，采用匹配因子对线段特征信息和地图进行匹配，提升了匹配性能。
优选的，所述综合定位单元用于根据第一位置和第二位置确定探测装置的定位：RX＝q1RX1+q2RX2，在式子里，RX表示探测装置的定位，RX1表示探测装置的第一位置，RX2表示探测装置的第二位置，q1、q2表示权重系数，q1+q2＝1.
所述评价单元包括第一精度评价子单元、第二精度评价子单元和综合精度评价子单元，所述第一精度评价子单元用于获取探测装置定位精度的第一评价值，所述第二精度评价子单元用于获取探测装置定位精度的第二评价值，所述综合精度评价子单元根据第一评价值和第二评价值对定位精度进行评价。
所述第一精度评价子单元用于获取探测装置定位精度的第一评价值，采用下式进行：
Figure BDA0002371133860000031
在式子里，DT1表示第一评价值,n表示探测装置定位次数，FNi表示第i次定位中探测装置的真实位置，RXi表示第i次定位中探测装置的定位；
所述第二精度评价子单元用于获取探测装置定位精度的第一评价值，采用下式进行：
Figure BDA0002371133860000032
在式子里，DT2表示第二评价值,m表示探测装置的个数，FNj表示第j个探测装置的真实位置，RXj表示第j个探测装置的定位；
所述综合精度评价子单元根据第一评价值和第二评价值对定位精度进行评价：计算定位精度的综合评价值：
Figure BDA0002371133860000033
在式子里，DT表示综合评价值；综合评价值越小，表示定位精度越高。
本优选实施例综合定位单元基于卫星定位和激光测距仪获取探测装置定位，定位结果更加准确；评价单元保证了定位精度，为后续探测装置完成任务奠定了基础，具体的，第一评价值通过对探测装置进行多次定位获得，第二评价值通过对多个探测装置进行定位获得，综合评价值通过第一评价值和第二评价值计算得到，实现了定位精度准确评价。
采用本发明探测准确的自然灾害探测装置进行自然灾害探测，选取5个探测区域进行模拟实验，分别为探测区域1、探测区域2、探测区域3、探测区域4、探测区域5，对探测效率和探测准确性进行统计，同现有探测装置相比，产生的有益效果如下表所示：
探测效率提高 探测准确性提高
探测区域1 29％ 27％
探测区域2 27％ 26％
探测区域3 26％ 26％
探测区域4 25％ 24％
探测区域5 24％ 22％
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种探测准确的自然灾害探测方法，其特征在于，采用的自然灾害探测装置包括任务系统、定位系统、探测系统和预警系统；所述任务系统用于确定探测区域和探测任务，并将探测任务发送给探测系统，所述定位系统用于获取探测装置的定位，并将定位发送给探测系统，所述探测系统根据探测任务，利用探测器对探测装置位置处的自然灾害进行探测，所述探测器包括振动探测器、倾斜探测器和气象探测器，所述预警系统根据探测情况发出自然灾害预警；
所述定位系统包括第一定位单元、第二定位单元、综合定位单元和评价单元，所述第一定位单元基于全球定位系统获取探测装置的第一位置，所述第二定位单元基于激光测距仪获取探测装置的第二位置，所述综合定位单元用于根据第一位置和第二位置确定探测装置的定位，所述评价单元用于对定位精度进行评价；所述第二定位单元包括一次数据获取单元、二次数据处理单元、三次特征提取单元和四次地图匹配单元，所述一次数据获取单元用于激光测距仪获取周围环境的激光扫描数据，所述二次数据处理单元用于剔除错误的激光扫描数据，所述三次特征提取单元用于根据处理后的激光扫描数据提取周围环境的线段特征信息，所述四次地图匹配单元用于将线段特征信息和地图进行匹配，获取探测装置第二位置信息；
所述三次特征提取单元包括一次建模子单元和二次提取子单元，所述一次建模子单元用于建立环境模型，所述二次提取子单元用于根据环境模型提取线段特征信息；
所述的方法，包括：所述一次建模子单元用于建立环境模型：将环境中的平面在地图中用线段表示，地图中线段P1P2对应环境中的一个平面，从坐标原点O向P1P2作垂线，交于点P，假定A(x,y)为线段P1P2上的一点，则线段P1P2在全局坐标系中表示为：xcosβ+ysinβ-ρ＝0，在式子里，β表示OP和全局坐标系X轴正方向的夹角，ρ表示向量
Figure FDA0002371133850000011
在单位向量
Figure FDA0002371133850000012
的投影；探测装置的局部坐标系和激光测距仪的局部坐标系重合，设某个激光扫描数据为(ρi,αi)，ρi表示测量的距离，αi表示激光束相对于探测装置局部坐标系x轴正方向的角度，则该扫描数据在探测装置局部坐标系中的坐标(xi,yi)为：
Figure FDA0002371133850000013
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二次提取子单元用于根据环境模型提取线段特征信息：将探测装置在k时刻的位置用向量X(k)＝
[x(k),y(k),θ(k)]T表示，激光测距仪在该时刻对探测装置周围环境进行一次扫描,获得n个离散的激光扫描数据，这些数据以极坐标形式表述，在探测装置局部坐标系中以(xL(i),yL(i))(1≤i≤n)表示，在全局坐标系中对应的坐标为(xG(i),yG(i))(1≤i≤n)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述四次地图匹配单元用于将线段特征信息和地图进行匹配：对于环境中的某个平面在地图中对应的线段P1P2，如果激光束打在该平面上并且返回数据用极坐标表示为(ρi,αi)，则全局坐标为(xG(i),yG(i))；采用下式计算匹配因子：RU＝2+|xG(i)cosβ+yG(i)sinβ-ρ|2，若满足RU≤MH，MH∈[150mm,250mm]，则点(xG(i),yG(i))与线段P1P2匹配；从n个激光数据中找到与线段P1P2匹配的数据，完成线段特征信息和地图匹配。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述综合定位单元用于根据第一位置和第二位置确定探测装置的定位：RX＝q1RX1+q2RX2，在式子里，RX表示探测装置的定位，RX1表示探测装置的第一位置，RX2表示探测装置的第二位置，q1、q2表示权重系数，q1+q2＝1；
所述评价单元包括第一精度评价子单元、第二精度评价子单元和综合精度评价子单元，所述第一精度评价子单元用于获取探测装置定位精度的第一评价值，所述第二精度评价子单元用于获取探测装置定位精度的第二评价值，所述综合精度评价子单元根据第一评价值和第二评价值对定位精度进行评价。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一精度评价子单元用于获取探测装置定位精度的第一评价值，采用下式进行：
Figure FDA0002371133850000021
在式子里，DT1表示第一评价值,表示探测装置定位次数，FNi表示第i次定位中探测装置的真实位置，RXi表示第i次定位中探测装置的定位；
所述第二精度评价子单元用于获取探测装置定位精度的第一评价值，采用下式进行：
Figure FDA0002371133850000022
在式子里，DT2表示第二评价值,m表示探测装置的个数，FNj表示第j个探测装置的真实位置，RXj表示第j个探测装置的定位；
所述综合精度评价子单元根据第一评价值和第二评价值对定位精度进行评价：计算定位精度的综合评价值：
Figure FDA0002371133850000023
在式子里，DT表示综合评价值；综合评价值越小，表示定位精度越高。
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