CN111561914B - 一种基于rtk的用于基坑检测的无人机及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于RTK的用于基坑检测的无人机，属于电力输电技术领域。无人机包括用于拍摄基坑监测点的摄像头、用于在拍摄的图像中定位出基坑监测点的图像处理器、基于RTK技术用于得出基坑监测点坐标的RTK系统、用于存储基坑监测点坐标的坐标存储器、用于与远程控制终端无线连接的无线传输终端、用于确定无人机飞行轨迹的基坑监测点轨迹处理器以及中央处理器，另外，本发明还公开了一种基于RTK的用于基坑检测的检测方法，本发明的优点在于，采用这种结构，使得工作人员检测监测点时更加方便，本发明用于基坑检测。

Description

一种基于RTK的用于基坑检测的无人机及检测方法

【技术领域】

本发明涉及一种基于RTK的用于基坑检测的无人机及检测方法，属于电力输电技术领域。

【背景技术】

通常，工程变形监测由建设单位委托第三方有资质的单位进行，但在工程施工过程中总承包也需要对工程实施必要的监测，以便于对工程的安全性做出提前预判，防止事故发生。在施工准备阶段及过程中，即需要提前设置好监测点位，为监测工作做好统筹准备，同时，为了实时监测工程中的基坑形变，需要对监测点的位置进行实时检测，通过分析比较监测点位置的变化得出基坑是否形变以及形变时形变的大小。

目前，检测监测点的方法是采用人工的方式，工作人员通过检测仪对监测点的位置进行检测，可以的处监测点的坐标信息，但是，这种方法费时费力，不便于工作人员对监测点进行检测。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于RTK的用于基坑检测的无人机，使得工作人员检测监测点时更加方便。

为解决上述技术问题，本发明一种基于RTK的用于基坑检测的无人机包括用于拍摄基坑监测点的摄像头、用于在拍摄的图像中定位出基坑监测点的图像处理器、基于RTK技术用于得出基坑监测点坐标的RTK系统、用于存储基坑监测点坐标的坐标存储器、用于与远程控制终端无线连接的无线传输终端、用于确定无人机飞行轨迹的基坑监测点轨迹处理器以及中央处理器，所述中央处理器与所述摄像头、图像处理器、RTK系统、坐标存储器、无线传输终端和基坑监测点轨迹处理器之间均为电连接。

采用上述结构后，首先，无人机包括用于拍摄基坑监测点的摄像头，使得无人机可以对基坑进行拍摄，用于在拍摄的图像中定位出基坑监测点的图像处理器，使得无人机可以在拍摄的图像中定位出监测点的位置，基于RTK技术用于得出基坑监测点坐标的RTK系统，使得使用者可以利用RTK测量技术检测出监测点的坐标值，所述坐标值包括经度、纬度和高度，用于存储基坑监测点坐标的坐标存储器、使得无人机测量出的监测点的坐标值的数据可以存储，用于与远程控制终端无线连接的无线传输终端，使得无人机测量出的监测点的坐标值的数据可以远程传输到远程控制终端上，所述远程控制终端可以为计算机、移动终端等，用于确定无人机飞行轨迹的基坑监测点轨迹处理器以及中央处理器，所述中央处理器与所述摄像头、图像处理器、RTK系统、坐标存储器、无线传输终端和基坑监测点轨迹处理器之间均为电连接，使得无人机可以通过中央处理器进行统一控制。

其次，现有技术中，工作人员通过检测仪对监测点的位置进行检测，费时费力，基于上述结构，工作人员可以远程控制无人机对基坑监测点进行检测，使得工作人员不需要采用检测仪对监测点进行单独检测，从而使得工作人员检测监测点时更加方便。

基于上述结构，摄像头、图像处理器和RTK系统配合检测监测点的坐标，可以快速且精确地定位和检测监测点，当监测点较多时，可以不需要耗费过多的时间即可检测出全部的监测点。

基于上述结构，摄像头、图像处理器、RTK系统和基坑监测点轨迹处理器配合使用可以使无人机按照预定的飞行轨迹对监测点进行检测，优化检测线路，缩短检测的时间，使得无人机检测时更加快速且检测的数值更加准确。

作为优选，所述基坑监测点上设有发光元件，所述图像处理器包括感光传感器，所述摄像头将所述发光元件发出的光透射到所述感光传感器上。

作为优选，所述基坑监测点上设有发热元件，所述图像处理器包括红外温度传感器，所述红外温度传感器通过所述摄像头探测发热元件的位置。

作为优选，所述图像处理器还包括用于处理基坑监测点上发光元件或发热元件的位置信息的微处理器。

作为优选，所述基坑监测点轨迹处理器包括用于将基坑监测点投射到水平面的平面坐标投影处理器和用于将基坑监测点投影后的点拟合为线的投影点拟合处理器。

作为优选，所述基坑监测点轨迹处理器包括用于将标准基坑监测点坐标值输入到基坑监测点轨迹处理器内的输入装置、存储标准基坑监测点坐标值的轨迹存储器和用于将标准基坑监测点拟合为线的标准点拟合处理器。

作为优选，所述无人机还包括自动巡航系统，所述自动巡航系统包括用于获取无人机的位置信息的RTK定位系统和用于控制无人机按照预定轨迹运行的自动巡航处理器，所述自动巡航处理器与基坑监测点轨迹处理器之间为电连接。

作为优选，所述远程控制终端包括用于比较无人机每次测量的基坑监测点坐标信息的比较器。

本发明还公开了一种基于RTK的用于基坑检测的检测方法，其特征在于，包括：

步骤1：控制如上述方案中任一项所述的无人机沿基坑上方飞行并控制所述摄像头对基坑监测点进行拍摄，生成拍摄图像；

步骤2：所述图像处理器在步骤1生成的拍摄图像中确定出基坑监测点的位置；

步骤3：所述RTK系统利用RTK测量技术测量出基坑监测点的坐标值；

步骤4：所述中央处理器将步骤3中的测量出的基坑监测点的坐标值通过坐标存储器存储，通过无线传输终端传输给远程控制终端。

作为优选，所述无人机在执行完步骤3之后，执行：

步骤5：所述中央处理器将步骤3中的测量出的基坑监测点的坐标值通过基坑监测点轨迹处理器拟合出所述无人机的飞行轨迹；

步骤6：所述无人机的自动巡航系统接收步骤5的飞行轨迹并按照飞行轨迹自动飞行；

步骤7：执行所述步骤4；

步骤8：所述远程控制终端通过比较器比较无人机每次测量的基坑监测点的坐标值，得出每次测量的基坑监测点的坐标值偏差。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明，其中：

图1为实施例一中央处理器与各部分相连的示意图；

图2为实施例一图像处理器的示意图；

图3为实施例一基坑监测点轨迹处理器的示意图；

图4为实施例一自动巡航系统的示意图；

图5为实施例二图像处理器的示意图；

图6为实施例三基坑监测点轨迹处理器的示意图；

图7为实施例四检测方法的示意图。

【具体实施方式】

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

如图1至图4所示，本实施例基于RTK的用于基坑检测的无人机的优选结构包括用于拍摄基坑监测点的摄像头1、用于在拍摄的图像中定位出基坑监测点的图像处理器2、基于RTK技术用于得出基坑监测点坐标的RTK系统3、用于存储基坑监测点坐标的坐标存储器4、用于与远程控制终端无线连接的无线传输终端5、用于确定无人机飞行轨迹的基坑监测点轨迹处理器7以及中央处理器6，所述中央处理器6与所述摄像头1、图像处理器2、RTK系统3、坐标存储器4、无线传输终端5和基坑监测点轨迹处理器7之间均为电连接。

采用上述结构后，首先，无人机包括用于拍摄基坑监测点的摄像头1，使得无人机可以对基坑进行拍摄，用于在拍摄的图像中定位出基坑监测点的图像处理器2，使得无人机可以在拍摄的图像中定位出监测点的位置，基于RTK技术用于得出基坑监测点坐标的RTK系统3，使得使用者可以利用RTK测量技术检测出监测点的坐标值，所述坐标值包括经度、纬度和高度，用于存储基坑监测点坐标的坐标存储器4、使得无人机测量出的监测点的坐标值的数据可以存储，用于与远程控制终端无线连接的无线传输终端5，使得无人机测量出的监测点的坐标值的数据可以远程传输到远程控制终端上，所述远程控制终端可以为计算机、移动终端等，用于确定无人机飞行轨迹的基坑监测点轨迹处理器7以及中央处理器6，所述中央处理器6与所述摄像头1、图像处理器2、RTK系统3、坐标存储器4、无线传输终端5和基坑监测点轨迹处理器7之间均为电连接，使得无人机可以通过中央处理器6进行统一控制。

其次，现有技术中，工作人员通过检测仪对监测点的位置进行检测，费时费力，基于上述结构，工作人员可以远程控制无人机对基坑监测点进行检测，使得工作人员不需要采用检测仪对监测点进行单独检测，从而使得工作人员检测监测点时更加方便。

基于上述结构，摄像头1、图像处理器2和RTK系统3配合检测监测点的坐标，可以快速且精确地定位和检测监测点，当监测点较多时，可以不需要耗费过多的时间即可检测出全部的监测点。

基于上述结构，摄像头1、图像处理器2、RTK系统3和基坑监测点轨迹处理器7配合使用可以使无人机按照预定的飞行轨迹对监测点进行检测，优化检测线路，缩短检测的时间，使得无人机检测时更加快速且检测的数值更加准确。

其中，RTK(Real-time kinematic，实时动态)，载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的卫星定位测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，极大地提高了作业效率。

为了使图像处理器2能够定位基坑监测点的位置，如图2所示，本实施例优选所述基坑监测点上设有发光元件，所述图像处理器2包括感光传感器10，所述摄像头1将所述发光元件发出的光透射到所述感光传感器10上，摄像头1对基坑监测点进行拍摄，所拍摄的图像为基坑监测点附近的整体图像，图像处理器2通过感光传感器10检测出带有发光元件的基坑监测点的位置，从而精确定位出图像中基坑监测点的位置，无人机再通过RTK系统3精确得出基坑监测点的坐标值，使得工作人员可以通过无人机对基坑监测点的坐标进行检测。

为了使图像处理器2能够处理感光传感器10所检测的信息，本实施例优选所述图像处理器2还包括用于处理基坑监测点上发光元件或发热元件的位置信息的微处理器11，感光传感器10检测出基坑监测点的位置后，将检测的数据传输给微处理器11，微处理器11整合基坑监测点的位置信息，并传输给中央处理器6，中央处理器6进而控制RTK系统3精确测量基坑监测点的坐标值。

为了使基坑监测点轨迹处理器7能够将RTK系统3测量出的基坑监测点拟合为无人机的飞行轨迹，如图3所示，本实施例优选所述基坑监测点轨迹处理器7包括用于将基坑监测点投影到水平面的平面坐标投影处理器12和用于将基坑监测点投射后的点拟合为线的投影点拟合处理器13，平面坐标投影处理器12可以将RTK系统3测量出的基坑监测点投影到同一水平面上，投影点拟合处理器13可以将投影点拟合为线，所拟合的线即为无人机的飞行轨迹，对于带有RTK系统3的无人机检测基坑监测点的坐标时，仅位于基坑监测点的正上方即可测量出基坑监测点的坐标值，使得无人机仅需要水平面飞行即可检测出基坑监测点的坐标，而当将基坑监测点拟合为空间曲线，并以该曲线作为无人机的飞行轨迹时，无人机不止需要沿水平方向飞行，亦需要沿竖直方向飞行，使得无人机检测基坑监测点的坐标时速度较慢，耗费的时间较长且在无人机飞行过程中碰撞障碍物的几率增大，而采用上述结构，无人机检测基坑监测点的坐标时快速精确且碰撞障碍物的几率较小。

为了使无人机可以自动飞行检测基坑的坐标，如图4所示，本实施例优选所述无人机还包括自动巡航系统14，所述自动巡航系统14包括用于获取无人机的位置信息的RTK定位系统和用于控制无人机按照预定轨迹运行的自动巡航处理器，所述自动巡航处理器与基坑监测点轨迹处理器7之间为电连接，RTK定位系统用于定位无人机的位置，所述自动巡航处理器接收到基坑监测点轨迹处理器7的轨迹信息后控制无人机按照该轨迹飞行，同时通过RTK定位系统实时检测无人机的位置信息并比较所检测的位置和所拟合的飞行轨迹是否有偏差来判断无人机与预定轨道是否发生偏移，从而能够实时调整无人机的位置，在使用无人机检测基坑监测点的坐标时，需要多次检测以判断监测点的位置是否发生偏移来判断基坑是否发生形变，在初次检测时，可以将检测的基坑监测点的水平投影点拟合为飞行轨迹，以后仅需要手动控制无人机或无人机自动飞行时按照初次拟合的轨迹飞行即可。

为了使无人机可以自动避障，本实施例优选所述无人机还包括智能避障系统8，所述智能避障系统8可以包括感光传感器10，通过感光传感器10检测障碍物的位置，从而控制无人机躲避障碍物，防止无人机撞到障碍物损坏。

为了使工作人员通过无人机可以观察到基坑监测点的信息，本实施例优选所述无人机还包括显示器9，所述显示器9可以显示基坑监测点的坐标，同时显示出各个监测点拟合后的飞行轨迹，使得工作人员通过无人机可以观察到基坑监测点的信息。

为了使远程控制终端能够分析比较出基坑监测点的坐标是否改变，本实施例优选所述远程控制终端包括用于比较无人机每次测量的监测点坐标信息的比较器，无人机多次测量基坑监测点以判定基坑是否会发生形变，比较器可以比较每次测量的监测点的坐标偏差，远程控制终端可以为计算机、移动终端等，其可以包括处理器，处理器将每次检测的坐标值和比较器比较后的信息录入表格中，使得使用者可以更加直观地观察基坑监测点的坐标变化以确定基坑是否形变及形变后的大小。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于，如图5所示，本实施例中，所述基坑监测点上设有发热元件，所述图像处理器2包括红外温度传感器，所述红外温度传感器通过所述摄像头1探测发热元件的位置，采用这种结构，无人机可以通过红外温度传感器定位到图像中基坑监测点的位置，这种实施例，同样也能实现实施例一的技术效果。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别在于，如图6所示，本实施例中，所述基坑监测点轨迹处理器7包括用于将标准基坑监测点坐标值输入到基坑监测点轨迹处理器7内的输入装置、存储标准基坑监测点坐标值的轨迹存储器和用于将标准基坑监测点拟合为线的标准点拟合处理器，采用这种结构，可以由工作人员手动输入标准的基坑监测点的坐标信息并拟合为飞行轨迹，使得无人机可以按照预定的轨迹飞行，这种实施例，同样也能实现实施例一的技术效果。

实施例四：

本实施例公布了一种基于RTK的用于基坑检测的检测方法，如图7所示，本实施例主要包括：

步骤1S1：控制如实施例一或实施例二或实施例三或与其相等同的实施方式所述的无人机沿基坑上方飞行并控制所述摄像头对基坑监测点进行拍摄，生成拍摄图像；

步骤2S2：所述图像处理器在步骤1S1生成的拍摄图像中确定出基坑监测点的位置；

步骤3S3：所述RTK系统利用RTK测量技术测量出基坑监测点的坐标值；

步骤4S4：所述中央处理器将步骤3S3中的测量出的基坑监测点的坐标值通过坐标存储器存储，通过无线传输终端传输给远程控制终端，其中，步骤4S4执行完之后，可以执行步骤8S8，亦可以不执行步骤8S8。

为了使无人机可以自动飞行，本实施例优选所述无人机在执行完步骤3之后，执行：

步骤5S5：所述中央处理器将步骤3S3中的测量出的基坑监测点的坐标值通过基坑监测点轨迹处理器拟合出所述无人机的飞行轨迹；

步骤6S6：所述无人机的自动巡航系统接收步骤5S5的飞行轨迹并按照飞行轨迹自动飞行；

步骤7S7：执行所述步骤4S4；

步骤8S8：所述远程控制终端通过比较器比较无人机每次测量的基坑监测点的坐标值，得出每次测量的基坑监测点的坐标值偏差。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (7)

1.一种基于RTK的用于基坑检测的无人机，其特征在于：包括用于拍摄基坑监测点的摄像头、用于在拍摄的图像中定位出基坑监测点的图像处理器、基于RTK技术用于得出基坑监测点坐标的RTK系统、用于存储基坑监测点坐标的坐标存储器、用于与远程控制终端无线连接的无线传输终端、用于确定无人机飞行轨迹的基坑监测点轨迹处理器以及中央处理器，所述中央处理器与所述摄像头、图像处理器、RTK系统、坐标存储器、无线传输终端和基坑监测点轨迹处理器之间均为电连接；

所述基坑监测点轨迹处理器包括用于将基坑监测点投影到水平面的平面坐标投影处理器和用于将基坑监测点投射后的点拟合为线的投影点拟合处理器；

所述基坑监测点轨迹处理器包括用于将标准基坑监测点坐标值输入到基坑监测点轨迹处理器内的输入装置、存储标准基坑监测点坐标值的轨迹存储器和用于将标准基坑监测点拟合为线的标准点拟合处理器；

所述无人机还包括自动巡航系统，所述自动巡航系统包括用于获取无人机的位置信息的RTK定位系统和用于控制无人机按照预定轨迹运行的自动巡航处理器，所述自动巡航处理器与基坑监测点轨迹处理器之间为电连接。

2.按照权利要求1所述的一种基于RTK的用于基坑检测的无人机，其特征在于：所述基坑监测点上设有发光元件，所述图像处理器包括感光传感器，所述摄像头将所述发光元件发出的光透射到所述感光传感器上。

3.按照权利要求1所述的一种基于RTK的用于基坑检测的无人机，其特征在于：所述基坑监测点上设有发热元件，所述图像处理器包括红外温度传感器，所述红外温度传感器通过所述摄像头探测发热元件的位置。

4.按照权利要求2或3所述的一种基于RTK的用于基坑检测的无人机，其特征在于：所述图像处理器还包括用于处理基坑监测点上发光元件或发热元件的位置信息的微处理器。

5.按照权利要求1所述的一种基于RTK的用于基坑检测的无人机，其特征在于：所述远程控制终端包括用于比较无人机每次测量的基坑监测点坐标信息的比较器。

6.一种基于RTK的用于基坑检测的检测方法，其特征在于，包括：

步骤1：控制如权利要求1至5中任一项所述的无人机沿基坑上方飞行并控制所述摄像头对基坑监测点进行拍摄，生成拍摄图像；

步骤2：所述图像处理器在步骤1生成的拍摄图像中确定出基坑监测点的位置；

步骤3：所述RTK系统利用RTK测量技术测量出基坑监测点的坐标值；

步骤4：所述中央处理器将步骤3中的测量出的基坑监测点的坐标值通过坐标存储器存储，通过无线传输终端传输给远程控制终端。

7.按照权利要求6所述的一种基于RTK的用于基坑检测的检测方法，其特征在于：所述无人机在执行完步骤3之后，执行：

步骤5：所述中央处理器将步骤3中的测量出的基坑监测点的坐标值通过基坑监测点轨迹处理器拟合出所述无人机的飞行轨迹；

步骤6：所述无人机的自动巡航系统接收步骤5的基坑监测点轨迹处理器拟合出的飞行轨迹并按照飞行轨迹自动飞行；

步骤7：执行所述步骤4；

步骤8：所述远程控制终端通过比较器比较无人机每次测量的基坑监测点的坐标值，得出每次测量的基坑监测点的坐标值偏差。