CN111221053B

CN111221053B - 一种自动搜救定位系统、装置及定位方法

Info

Publication number: CN111221053B
Application number: CN202010120970.0A
Authority: CN
Inventors: 金哲; 崔荣; 熊榆
Original assignee: Chongqing Dayuanduan Technology Co ltd
Current assignee: Chongqing Dayuanduan Technology Co ltd
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: CN111221053A

Abstract

本发明提供了一种自动搜救定位系统、装置及方法，涉及搜索定位领域，系统包括无人机、探测装置和无人机定位装置；探测装置固定在无人机上；无人机上设有多个供无人机定位装置定位的定位点，系统中包含探测模块、输送模块、定位模块和计算模块。并在此基础上提出了搜救定位方法，本发明解决了复杂地形不能快速定位目标的问题。

Description

一种自动搜救定位系统、装置及定位方法

技术领域

本发明涉及搜索定位领域，尤其是涉及一种搜救定位系统、装置及定位方法。

背景技术

对于救援来说，发现生命与救出生命是最大的目标。红外、音频、视频、雷达、静电场、光学、气敏等一系列生命探测仪都较为常见。它们各有所长，适用于不同的救援条件。实际救援中往往几种仪器协同作战—先是红外探测仪确定幸存者的大致方位，之后雷达探测仪精准定位，最后利用光学探测仪观察幸存者周围环境以确定救援方案。

灾难现场幸存者搜救是跟时间赛跑，快速发现和准确定位幸存者是摆在搜救人员面前的第一个也是及其重要的任务。虽然很多高科技生命探测仪器的使用提高了发现和定位的速度和精确度，但目前大多数时候还是人为操作这些仪器，灾难现场面积大的时候需要大量的人员和仪器，定位速度跟不上。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种自动搜救定位系统，解决了现有技术中不能快速定位目标的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种自动搜救定位系统，包括无人机、探测装置和无人机定位装置；所述探测装置固定在无人机上；所述无人机上设有多个供无人机定位装置定位的定位点。

上述系统中涉及一种自动搜救定位装置，包括：

探测模块：探测目标在探测坐标系中的位置；

输送装置：输送探测装置在搜救区域内移动；

定位模块：定位探测装置上多个定位点在搜救坐标系中的位置；

计算模块：与探测模块和输送定位模块连接，根据定位点位置计算探测模块位置及空间角度，根据目标在探测模块中的坐标以及探测模块的位置及空间角度确定目标在输送定位模块中的位置坐标。

利用上述系统或者装置，还提出了一种自动搜救定位方法，包括以下步骤：

S1：设置激光跟踪仪，建立搜救坐标系；

S2：在无人机或探测装置上设置多个定位点；

S3：无人机携带探测装置进行区域探测，获取目标在探测装置内的坐标并实时获取无人机上各个定位点位置；

S4：根据各个定位点坐标计算确定探测装置的坐标和角度；

S5：根据目标在探测装置坐标中的位置以及探测装置在搜救坐标系中的坐标和角度计算出目标在搜救坐标系中的坐标；

S6：依次记录多个目标在搜救坐标系中的位置。

相较于现有技术，上述方案的有益效果为：本发明通过探测装置获取目标实际位置，并通过定位点的位置确定探测装置本身的位置以及三维角度，再根据探测装置中的目标定位以及探测装置本身的位置以及三维角度，计算出目标在搜救坐标系中的位置和角度，实现快速自动搜救定位。探测器的移动通过无人机来实现，可以不受地形限制，且输送平稳，波动小，适合灾难现场使用。在探测装置探测到目标位置后，在已知探测坐标位置和三维角度后，转换到搜救坐标系中的位置，进而得出整个搜救区域内的目标在搜救坐标系中的位置，方便制定救援方案，快速施救。

附图说明

图1为各个坐标系关系示意图；

图2为各模块连接示意图；

图3为整体流程示意图；

图4为无人机定位点其中一种选择示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：

如图1所示，其中，Xa、Ya、Za表示整体坐标系；Xb、Yb、Zb表示搜救坐标系，脚

标数字表示搜救坐标系序号，坐标原点可以大致对应各个激光跟踪仪；Xc、Yc、Zc表示探测装置的坐标系，坐标原点大致对应无人机位置；黑点表示目标位置。本发明提供了一种自动搜救定位系统，包括无人机、探测装置和无人机定位装置；所述探测装置固定在无人机上；所述无人机或者探测装置上设有多个供无人机定位装置定位的定位点。

如图2所示，上述系统中涉及了一种自动搜救定位装置，包括：

探测模块：探测目标在探测坐标系中的位置；探测模块功能可以通过常用的生命探测装置实现，对于没有自带坐标定位功能的探测装置，可以辅助其设置定位坐标系。气敏等范围宽泛且检测时间较长的方式，不适于本发明的应用场景。

输送模块：输送探测装置在搜救区域内移动；输送模块应采用较为平稳且可以跨越一定障碍的输送装置，例如上述的无人机，或者架设简易的输送架。无人机的飞行路径控制可以通过GPS定位控制或者预先设定飞行路径程序或人工操控，本身的飞行路线的精度要求并不高，视情况灵活选择。

定位模块：定位探测装置或者无人机上多个定位点在搜救坐标系中的位置；该定位需要采用精度较高实时反应较快的方式以确保能够准确反映探测模块坐标系位置和角度。

计算模块：与探测模块和输送定位模块连接，根据定位点位置计算探测模块位置及空间角度，根据目标在探测模块中的坐标以及探测模块的位置及空间角度确定目标在输送定位模块中的位置坐标。探测模块的空间坐标及空间角度由三个或者三个以上不位于同一直线的定位点确定。输送模块的移动一般通过设备自带的定轨迹输送功能或者手动控制输送轨迹实现，输送模块还可以与计算模块连接，在输送模块的显示位置和定位模块限制的位置相差较大时，检查矫正。

如图3所示(虚线表示择一连接)，还提出了一种涉及上述搜救系统和装置使用的一种自动搜救定位方法，包括以下步骤：

S1：设置激光跟踪仪，建立搜救坐标系；激光跟踪仪设置需要较稳且更宜设置在高处，没有合适的位置时，可自形搭建支架支撑。

S2：在无人机或探测装置上设置多个定位点；定位点选择间隔较大的点，以便在坐标系放大误差时，倍数较小。且最少要选择三点并且不能位于同一直线，保证坐标系的三维角度确定。

S4：根据各个定位点坐标计算确定探测装置在搜救坐标系中的坐标和角度；该过程通过坐标系中的点的位置计算得出坐标的位置和三维角度，也可以是计算出两个坐标之间的转换关系方阵，再计算目标在搜救坐标系中的坐标。

S6：依次记录多个目标在搜救坐标系中的位置。

探测装置采用穿墙雷达，穿墙雷达定位准确，穿透性好。目前，性能较好的穿墙雷达

探测深度可达地下25米，较小距离的穿透空气并不会对穿墙深度造成多少影响，因此无人机的飞行高度不会对穿透深度造成大的影响。灾难现场，一般道路均受到损毁，不宜用不稳定的车类运载。采用无人机运载，可保证输送过程的平稳性。目前，激光测量技术在零件检测等领域得到应用，通过在零件不同的位置设置定位点，能够找出零件上极小的尺寸误差，同时也能够测量大型部件是否足够直或者线条是否准确，其精度很高。在无人机或者探测装置上的不同位置设置定位点后，能够通过不同定位点的位置得到无人机的位置及三维角度。一般来说，探测装置本身设计精度较高，因此可以预定探测装置本身具有的点位为定位点，如果将定位点设置在无人机上，则需要先确定探测装置定位目标的坐标系后，再选择定位点。探测装置固定在无人机上，因而能够得到探测装置的位置及三维角度。当穿墙雷达探测到目标的具体位置后，会给予目标一个在自身坐标系中的坐标，再根据雷达本身在搜救坐标系中的位置和角度，通过转换方阵换算得到目标在搜救坐标系中的具体位置。

在上述定位过程中，由于雷达坐标系本身角度的变动会给目标位置带来较大的影响，因此，作为雷达角度和位置定位的无人机定位装置，必须要足够的精确；激光跟踪仪的定位精度很高，达到微米级，通过坐标放大反应到具体目标上也在分米范围内，不会影响到救援。但是精确与定位距离往往存在一定的矛盾，激光跟踪仪的距离受限制，在百米内，因此，在搜救区域内设置多个激光跟踪仪交替跟踪定位可以将精准定位扩大至整个搜救区域。跟踪仪之间的距离设置应适当小于两个跟踪仪最大使用范围的二倍，跟踪范围要有部分重叠，保证能够持续跟踪，不会断档。设置多个激光跟踪仪时，可以在整个搜救区域建立整体坐标系，将每个激光跟踪仪的搜救坐标系内的目标转换至整体坐标系中，便于了解整体情况做针对性安排。整体坐标系和激光跟踪仪之间的定位无需采用精度多高的定位方式，对结果的影响不大。

如图4所示(黑点为其中一种定位点位置设置方法)，在设置定位点时，可以在无人机上设置增加定位点之间距离的结构，例如向上延伸的定位杆，但是不能过长而影响无人机飞行的平稳性。如图所示，每个定位点的误差是一定的，目标和无人机的距离也是一定的，两个定位点之间的距离越大，到目标处误差的放大倍数就越小，定位就越精确。

在目标位置确定后可以通过无人机定向指引，例如悬停至目标上方，通过光束指引。或者在根据地形进一步处理的情况下，选择挖掘路径最短的位置用光束指引。

如上述方案所述，本发明通过无人机配合探测装置，能够迅速获取目标位置，并通过对无人机的位置和三维角度的精确判断，得出两个坐标系的相对位置和角度，将探测到的目标位置实施转换至搜救坐标系。整体的定位精度由探测装置的精度和坐标转换精度确定，坐标转换精度由激光检测仪的精度乘以距离放大倍数确定，考虑离地面距离、定位点之间的距离，误差放大倍数为目标到无人机的距离除以定位点之间的距离，可以控制转换精度在厘米、分米以内，不会对救援产生较大的影响，期间可以多个无人机各自划分区域，分别进行，依次记录测量精度。本发明具有不受地形限制，快速定位多个目标的优点。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种自动搜救定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建整体坐标系，在整体坐标系中不同的位置设置多个激光跟踪仪，建立相应的搜救坐标系；

S2：在无人机或探测装置上设置多个定位点；

S4：根据各个定位点坐标计算确定探测装置的坐标和角度；

S6：依次记录多个目标在搜救坐标系中的位置，并将目标在搜救坐标系中的位置转换至整体坐标系中。

2.如权利要求1所述的一种自动搜救定位方法，其特征在于，所述探测装置为穿墙雷达。

3.如权利要求1-2任一项所述的一种自动搜救定位方法，其特征在于，在定位目标在搜救坐标系中的位置后通过无人机进行定向指引。

4.一种自动搜救定位系统，其特征在于，该系统基于权利要求1所述的定位方法进行设计，包括无人机、探测装置和无人机定位装置；所述探测装置固定在无人机上；所述无人机或者探测装置上设有多个供无人机定位装置定位的定位点。

5.如权利要求 4 所述的一种自动搜救定位系统，其特征在于，所述无人机定位装置为激光跟踪仪。

6.如权利要求 4 所述的一种自动搜救定位系统，其特征在于，所述探测装置为穿墙雷达。

7.如权利要求 5 或 6所述的一种自动搜救定位系统，其特征在于，搜救区域设有多个相互间隔的激光跟踪仪。