CN112461197A - 一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统 - Google Patents

一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统 Download PDF

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    • G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry

Abstract

本发明公开一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统，包括断面坐标转换子系统、断面测点飞行子系统、断面点高程采集子系统和断面测点数据管理子系统，所述断面测点飞行子系统包括有PTK天线装置，所述PTK天线装置用于无人机的厘米级差分定位，所述断面点高程采集子系统包括实时图传系统、激光测距仪、云台调节系统和高程换算模块，本发明通过设置RTK天线装置能实现断面测量机器人的高精度定位，使其能够按照预定的断面航线飞行，并结合带有实时图传系统的断面点高程采集子系统，实现对跨越复杂地形地物的断面的高效测量，提高了公路、铁路、水利等建设施工中断面测量的效率。

Description

一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统
技术领域
本发明涉及断面测量领域，尤其涉及一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统。
背景技术
近年来，无人机技术迅速发展，无人机的相关应用也日趋广泛。我国作为基建大国，公路、铁路、水利等建设的工作量都非常巨大，传统公路、铁路、水利等在前期设计、线路初勘、土方测算等环节都涉及到断面测量。传统的断面测量作业方式是技术人员使用全站仪、RTK GPS，皮尺等到达测量现场，按照预先设计定下来的横纵坐标(或者现场确定的坐标)，对外业现场的断面进行逐点高程的厘米级测量。但是在实际作业过程中，存在现场植被茂盛难于通行、沟壑阻路无法到达、房屋建筑阻隔绕行困难等技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统，本发明中无人机云台能实现厘米级差分定位，使无人机云台上的断面测量机器人系统能够替代人工实现对外业现场的断面进行逐点高程测量
为了达到上述目的，本发明采用以下方案：一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统，包括断面坐标转换子系统、断面测点飞行子系统、断面点高程采集子系统和断面测点数据管理子系统，其中：
所述断面坐标转换子系统用于将用户上传的断面点坐标数据按转换参数转换为WGS84坐标数据，并将转换后的WGS84坐标数据传送到所述断面测点飞行子系统；
所述断面测点飞行子系统用于接收所述断面坐标转换子系统提供的断面坐标数据，并控制无人机按断面坐标数据有序进行飞行和悬停，所述断面测点飞行子系统包括有RTK天线装置，所述RTK天线装置用于无人机的厘米级差分定位；
所述断面点高程采集子系统用于无人机悬停时对所处的断面坐标点的高程进行测量，所述断面点高程采集子系统包括实时图传系统、激光测距仪、云台调节系统和高程换算模块，所述实时图传系统用于给用户实时反映断面坐标点的测量条件，所述激光测距仪用于激光测距，所述云台调节系统用于调节云台的倾斜角度，所述高程换算模块用于根据云台的倾斜角度将所述激光测距仪所测数据换算为垂直的高程数据；
断面测点数据管理子系统，用于将所述断面点高程采集子系统的高程数据整合为按照断面序号分段管理的数据并传输到无人机测量中心。
作为本发明进一步地方案，所述断面坐标转换子系统包括数据管理模块，所述数据管理模块用于完成所述断面坐标转换子系统中坐标系统的转换以及测线数据上传与下载。
作为本发明进一步地方案，所述断面测点飞行子系统包括无人机定位模块，所述无人机定位模块设置于所述RTK天线装置上，用于获取无人机中心RTK厘米级坐标。
作为本发明进一步地方案，所述断面点高程采集子系统包括数传模块，所述数传模块用于向所述实时图传系统、所述云台调节系统发送控制信号。
作为本发明进一步地方案，所述数传模块也用于向所述断面测点飞行子系统发送无人机飞行和悬停的控制信号。
综上所述，本发明相对于现有技术其有益效果是：通过设置RTK天线装置能实现断面测量机器人的高精度定位，使其能够按照预定的断面航线飞行，并结合带有实时图传系统的断面点高程采集子系统，实现对跨越复杂地形地物的断面的高效测量，提高了公路、铁路、水利等建设施工中断面测量的效率。
附图说明
图1为本发明实施例的架构示意图。
具体实施方式
以下具体实施内容提供用于实施本发明的多种不同实施例或实例。当然，这些仅为实施例或实例且不希望具限制性。另外，在不同实施例中可能使用重复标号标示，如重复的数字及/或字母。这些重复是为了简单清楚的描述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
此外，其中可能用到与空间相关的用词，像是“在…下方”、“下侧”、“由内而外”、“上方”、“上侧”及类似的用词，这些关系词为了便于描述附图中一个些元件或特征与另一个些元件或特征之间的关系，这些空间关系词包括使用中或操作中的装置之不同方位，以及附图中所描述的方位。装置可能被转向不同方位旋转90度或其他方位，则其中使用的空间相关形容词也可相同地照着解释，因此不能理解为对本发明的限制，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步描述：如图1所示的一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统的一种实施例的架构示意图，包括断面坐标转换子系统11、断面测点飞行子系统12、断面点高程采集子系统13和断面测点数据管理子系统14，其中：
所述断面坐标转换子系统11用于将用户上传的断面点坐标数据按转换参数转换为WGS84坐标数据，并将WGS84坐标数据传送到所述断面测点飞行子系统，WGS84是一种为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统，所述转换参数由作业人员根据作业现场已知点计算得出。
所述断面测点飞行子系统12用于接收所述断面坐标转换子系统11提供的 WGS84断面坐标数据，并控制无人机按WGS84断面坐标数据有序进行飞行和悬停，在所述断面测点飞行子系统中设置有RTK天线装置121，所述RTK天线装置121能够实时检测无人机的定位坐标，由于RTK厘米级的定位精度，使断面测量机器人能够按照预定的断面航线精确飞行，从而使本发明的断面测量机器人能替代人工作业的方式进行断面测量，不仅减少了人力强度和测量费用，而且大大提高工作效率。
所述断面点高程采集子系统13用于无人机悬停时对所处的断面坐标点的高程进行测量，所述断面点高程采集子系统13包括实时图传系统131、激光测距仪132、云台调节系统133和高程换算模块134，所述实时图传系统131用于给用户实时反映断面坐标点的测量条件，所述激光测距仪132用于激光测距，所述云台调节系统133用于调节云台的倾斜角度，所述高程换算模块134用于根据云台的倾斜角度将所述激光测距仪132所测数据换算为垂直的高程数据，所述无人机云台为三轴增稳云台，所述云台调节系统使作业员能够手动调节三轴增稳云台，实现地面遮挡物的替代测量，通过三轴增稳云台得以实现无人机上激光测距仪斜距到垂距的计算。
断面测点数据管理子系统14，用于将所述断面点高程采集子系统13的高程数据整合为按照断面序号分段管理的数据并传输到无人机测量中心。
在断面坐标转换子系统11、断面测点飞行子系统12、断面点高程采集子系统13和断面测点数据管理子系统14中包含有数据管理模块、无人机定位模块和数传模块，主要地，所述断面坐标转换子系统11包括所述数据管理模块，所述数据管理模块用于完成所述断面坐标转换子系统11中坐标系统的转换以及测线数据上传与下载；所述断面测点飞行子系统12包括所述无人机定位模块，所述无人机定位模块设置于所述RTK天线装置121上，用于获取无人机中心RTK厘米级坐标；所述断面点高程采集子系统13和所述断面测点飞行子系统14均包括数传模块，所述数传模块在所述断面点高程采集子系统13中用于向所述实时图传系统、所述云台调节系统发送控制信号，所述数传模块在所述断面测点飞行子系统14中用于向无人机发送飞行和悬停的控制信号。
本发明的测量方法如下：
1、作业人员根据作业现场已知点，计算WGS84与本地坐标系统间转换参数，简历项目工程；
2、依据设计方的测量要求，作业人员上传本地坐标系断面数据到断面坐标转换子系统，断面坐标转换子系统将本地坐标系断面数据转换为WGS84断面坐标数据，并将WGS84断面坐标数据发送给断面测点飞行子系统；
3、断面测点飞行子系统中的RTK天线装置121连接网络RTK差分基站，无人机得到厘米级差分定位信息。
4、根据WGS84断面坐标数据，断面测点飞行子系统控制无人机航飞到相应的断面测量点；
5、无人机悬停，断面点高程采集子系统工作，作业员通过实时图传系统判别现场情况，若下视90度垂直位置满足测量条件，则直接触发激光测距仪测量垂高，若地面条件不满足(有遮挡、植被，或者水面等)，则作业员手动调节三轴增稳云台，操控云台上的激光测距仪测量云台中心到地面的斜距，之后高程换算模块结合云台倾斜角度数据，计算出H测地值，结合H机云值，数据管理子系统将断面测量点的WGS84平面坐标和高程值存储，其中H测地值为云台中心到地面的垂距，H机云值为RTK天线装置121到云台中心的垂距。
6、完成该断面点坐标测量后，无人机云台自动调整到向下90度，飞行到下一断面点。
7、重复4-6步骤，完成整个测区的断面数据采集作业。
8、下载无人机WGS84数据到数据管理模块，通过坐标转换参数，将成果转换为本地坐标的成果，输出标准断面格式文件，导入到专业软件中生成断面。
本发明为一种基于三轴增稳云台的RTK GPS的无人机断面测量系统，能够通过RTK技术进行高精度定位，实现工程测量中断面坐标的准确定位。无人机按照输送到断面测点飞行子系统中的断面坐标数据形成的断面测线飞行，通过 RTK天线装置的厘米级精度到达断面位置上空后，结合实时图传系统，云台调节系统，实现激光测距仪到实体地面的直射或激光测距仪测量无人机云台中心到地表的斜距，结合高程换算模块计算出无人机定位中心到所测断面坐标点的垂距，后将断面点平面坐标、断面点地面高程坐标按照断面号有序记录存储到断面测点数据管理子系统的存储介质中，测区飞行完毕后，将数据下载导入到专业的测绘软件中生成断面图。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统，其特征在于，包括断面坐标转换子系统、断面测点飞行子系统、断面点高程采集子系统和断面测点数据管理子系统，其中：
所述断面坐标转换子系统用于将用户上传的断面点坐标数据按转换参数转换为WGS84坐标数据，并将WGS84坐标数据传送到所述断面测点飞行子系统；
所述断面测点飞行子系统用于接收所述断面坐标转换子系统提供的断面坐标数据，并控制无人机按断面坐标数据有序进行飞行和悬停，所述断面测点飞行子系统包括有PTK天线装置，所述PTK天线装置用于无人机的厘米级差分定位；
所述断面点高程采集子系统用于无人机悬停时对所处的断面坐标点的高程进行测量，所述断面点高程采集子系统包括实时图传系统、激光测距仪、云台调节系统和高程换算模块，所述实时图传系统用于给用户实时反映断面坐标点的测量条件，所述激光测距仪用于激光测距，所述云台调节系统用于调节云台的倾斜角度，所述高程换算模块用于根据云台的倾斜角度将所述激光测距仪所测数据换算为垂直的高程数据；
断面测点数据管理子系统，用于将所述断面点高程采集子系统的高程数据整合为按照断面序号分段管理的数据并传输到无人机测量中心。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统，其特征在于，所述断面坐标转换子系统包括数据管理模块，所述数据管理模块用于完成所述断面坐标转换子系统中坐标系统的转换以及测线数据上传与下载。
3.根据权利要求1所述的一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统，其特征在于，所述断面测点飞行子系统包括无人机定位模块，所述无人机定位模块设置于所述PTK天线装置上，用于获取无人机中心RTK厘米级坐标。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统，其特征在于，所述断面点高程采集子系统包括数传模块，所述数传模块用于向所述实时图传系统、所述云台调节系统发送控制信号。
5.根据权利要求4所述的一种基于无人机云台的激光断面测量机器人系统，其特征在于，所述数传模块也用于向所述断面测点飞行子系统发送无人机飞行和悬停的控制信号。
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