CN112591085A - 一种无人机及倾斜测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机及倾斜测量系统，属于无人机测绘领域，包括圆环骨架、无人机支架和螺旋桨，圆环骨架与无人机支架固定连接，螺旋桨安装在无人机支架上；圆环骨架内设置有中心柱，中心柱上端设置有防护孔，中心柱沿中心线周向分布滑行轨道架，滑行轨道架上设置有滑行件，滑行件在滑行轨道架内滑行，滑行件相对中心柱的一侧安装有第一弹簧，第一弹簧的一端与滑行件固定连接，第一弹簧的另一端与中心柱固定连接，滑行件背对中心柱的一侧设置有开口件，防护孔内设置有降落伞，降落伞与防护孔内固定连接，开口件适于与圆环骨架活动连接；本发明采用在自由落体时，可以自动打开降落伞以及不同的信号收集方式，以提高数据采集测量精度。

Description

一种无人机及倾斜测量系统

技术领域

本发明属于无人机测绘领域,具体涉及一种无人机及倾斜测量系统。

背景技术

道路工程中路基横断面测量一直是道路测量工作量最大的任务，在路基施工之前，设计院提拱的测量控制点交给施工单位，施工单位首先进行控制点的加密与联测，再进行路基的横断面测量与路基土石方量的计算以复核图纸工程量。以前路基横断面测量采用水准仪与钢尺量距法，这种方法在高差大的地区需要转点，速度慢工作效率低。全站仪三角高程与坐标测量及RTK高程拟合方法提高了工作效率，但这种方法都是点测量方法，无法进行面测。这些方法的共同点是外业工作量太大。而航测技术大大减少了地形测量的外业工作量，可以进行面测量，但精度不高，高程精度比平面精度还低。

倾斜摄影测量由航空摄影测量发展而来。无人机同有人飞机相比，无人机具有体积小、重量轻、携带方便的优点。同时无人机可以低空飞行也不需要申请空域，使用成本低。可以进行1：500、1：1000、1：2000等大比例尺三维地形测量建模的数据采集工作。

随着数码相机及数字成图技术的发展产生了倾斜摄影测量，倾斜摄影测量在飞行器上同时安装多个摄像机同时对地面进行摄像，大大增加了相片数量与相片重叠度，提高了工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：利用地成信号发射器代替空中GPS卫星进行无人机姿态测量并确定无人机空中位置，相比GPS卫星大大提高了信号强度消除了卫星轨道误差影响，相机中心安装测距传感器，以提高数据高程测量精度。

为了解决上述技术问题，发明人经过实践和总结得出本发明的技术方案，本发明公开了一种无人机，包括圆环骨架、无人机支架和螺旋桨，所述圆环骨架与无人机支架固定连接，所述螺旋桨安装在无人机支架上；

所述圆环骨架内设置有中心柱，所述中心柱上端设置有防护孔，所述中心柱沿中心线周向分布滑行轨道架，所述滑行轨道架上设置有滑行件，所述滑行件在滑行轨道架内滑行，所述滑行件相对中心柱的一侧安装有第一弹簧，所述第一弹簧的一端与所述滑行件固定连接，所述第一弹簧的另一端与所述中心柱固定连接，所述滑行件背对中心柱的一侧设置有开口件，所述防护孔内设置有降落伞，所述降落伞与防护孔内固定连接，所述开口件适于与圆环骨架活动连接。

优选的，所述开口件包括按钮、第二弹簧和弯折板，所述圆环骨架上设置有安装孔，所述按钮设置在安装孔内，所述按钮的一端与滑行轨道架相连接，所述按钮的另一端与第二弹簧固定连接，所述圆环骨架内设置有安装槽，所述第二弹簧位于安装槽内，所述弯折板包括竖直部和水平部，所述竖直部与第二弹簧的一端固定连接，所述第二弹簧的另一端与按钮固定连接，所述竖直部的一端位于安装槽内，所述安装槽适于竖直部移动，所述水平部远离竖直部的一端设置有横板，所述横板与圆环骨架一体连接，所述横板适于阻挡弯折板。

优选的，所述滑行件的最大撞击力大于弯折板移动阻力。

优选的，所述防护孔内设置有竖直轨道，所述竖直轨道内设置有滑块，所述滑块在竖直轨道内移动，所述竖直轨道的顶端设置有挡块，所述挡块与竖直轨道一体连接，所述挡块适于限定滑块向上移动，所述滑块与降落伞固定连接。

优选的，所述圆环骨架的顶端外表面设置有橡胶层，所述橡胶层与圆环骨架固定连接。

优选的，所述圆环骨架底端设置有防护网，所述防护网与圆环骨架固定连接，所述防护网底端设置有观察环，所述观察环位于底部中心。

优选的，所述圆环骨架表面设置有连接孔，所述连接孔沿圆环骨架轴向分布，所述连接孔适于连接无人机支架；

所述防护网底端设置有减震架，所述减震架与防护网固定连接。

一种无人机的倾斜测量系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、确定无人机支架数量，检查无人机电量和防护孔内的降落伞位置，调试手机APP或平板等具有蓝牙功能的控制器，控制器的软件适于控制无人机位置与姿态；

步骤二、在无人机上安装相机组件和信号接收器，无人机CPU连接有外部存储模块、RAM存储、I/O接口以及GPRS模块，相机组件包括多组相机，多组相机中安装有高速测距传感器；

步骤三、收集测量控制点的位置与数量，计划测量行程，并与测量图纸对应；

步骤四、在各个控制点上安装三脚架，在三脚架上安装激光对中基座、位于激光对中基座上的具有微波的信号发射器及发射天线；

步骤五、根据实际测量要求，设定起点测量，测试无人机在起点测量处的测量结果，显示控制点上的信号发射器数量是否准确；

步骤六、校准完成后，确保无人机收到各个发射器信号后，利用对讲机与无人机操作者联系，调整并测量各个信号发射器与相应的激光对中基座和控制点距离并计算出相对高度，加上控制点高程得到信号发射器中心高程，无人机是利用事先各信号发射器设定不同发射波频率(信号发射器使用前调整各个控制点发射器的波频率不相同)，以利用信号接收器区分不同的发射器；

步骤七、根据测量设计流程，在控制器上输入各控制点坐标、高程、发射器波频率，设定飞行路线。

步骤八、无人机在地面遥控器控制下沿飞行路线飞行并拍照，同时利用地面信号发射器中的信号的多普勒频移，无人机计算远离或靠近信号发射器的速度，根据各个控制点之间相对坐标与位置关系计算飞行的即时坐标和空间方位，拍照内部至少包含四个信号发射器；

步骤九、利用无人机支架的不同坐标和不同方位计算无人机相机中心的姿态，在拍照的同时，相机组件中的各个相机中心的高速测距传感器测量至信号发射器的距离，利用无人机各相机的即时坐标和姿态角计算相片中心对应地面点的三维坐标，存贮于每个相片附属文件中；

无人机中心坐标和姿态角数据均存入相片附属文件中，以便于相片建模时使用。

与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：

本发明采用地面信号反射器进行反射至无人机，在无人机进行数据处理，并反馈至控制器端显示并控制，与现有技术的分段式测量具有高效性，与航空技术测量相比具有高精度，相比同样的无人机，具有不同的信号结构方式，更节约时间和更好的精度；具有降落伞结构，使得在自由落体时，可以自动保护无人机，橡胶层和减震架具有减震效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的无人机的结构图；

图2是本发明的无人机俯视图；

图3是本发明的图2的局部放大图A；

图4是本发明的圆环骨架的剖视图；

图5是本发明的无人机仰视图；

图6是本发明的无人机系统连接图；

图7是本发明的无人机相机组件图；

图8是本发明的三脚架结构图。

图中：1、圆环骨架；2、无人机支架；3、螺旋桨；4、中心柱；5、防护孔；6、滑行轨道架；7、滑行件；8、第一弹簧；9、降落伞；10、按钮；11、第二弹簧；12、弯折板；13、横板；14、竖直轨道；15、滑块；16、挡块；17、橡胶层；18、防护网；19、观察环；20、连接孔；21、减震架；22、高速测距传感器；23、相机组件；24、信号接收器；25、三脚架；26、激光对中基座；27、信号发射器；28、控制点。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

实施例1

如图1至图5所示：本发明的一种实施方式，一种无人机，包括圆环骨架1、无人机支架2和螺旋桨3，圆环骨架1与无人机支架2固定连接，螺旋桨3安装在无人机支架2上；

圆环骨架1内设置有中心柱4，中心柱4上端设置有防护孔5，中心柱4沿中心线周向分布滑行轨道架6，滑行轨道架6上设置有滑行件7，滑行件7在滑行轨道架6内滑行，滑行件7相对中心柱4的一侧安装有第一弹簧8，第一弹簧8的一端与滑行件7固定连接，第一弹簧8的另一端与中心柱4固定连接，滑行件7背对中心柱4的一侧设置有开口件，防护孔5内设置有降落伞9，降落伞9与防护孔5内固定连接，开口件适于与圆环骨架1活动连接。

开口件包括按钮10、第二弹簧11和弯折板12，圆环骨架1上设置有安装孔，按钮10设置在安装孔内，按钮10的一端与滑行轨道架6相连接，按钮10的另一端与第二弹簧11固定连接，圆环骨架1内设置有安装槽，第二弹簧11位于安装槽内，弯折板12包括竖直部和水平部，竖直部与第二弹簧11的一端固定连接，第二弹簧11的另一端与按钮10固定连接，竖直部的一端位于安装槽内，安装槽适于竖直部移动，水平部远离竖直部的一端设置有横板13，横板13与圆环骨架1一体连接，横板13适于阻挡弯折板12。

滑行件7的最大撞击力大于弯折板12移动阻力。

防护孔5内设置有竖直轨道14，竖直轨道14内设置有滑块15，滑块15在竖直轨道14内移动，竖直轨道14的顶端设置有挡块16，挡块16与竖直轨道14一体连接，挡块16适于限定滑块15向上移动，滑块15与降落伞9固定连接。

圆环骨架1的顶端外表面设置有橡胶层17，橡胶层17与圆环骨架1固定连接。

圆环骨架1底端设置有防护网18，防护网18与圆环骨架1固定连接，防护网18底端设置有观察环19，观察环19位于底部中心。

圆环骨架1表面设置有连接孔20，连接孔20沿圆环骨架1轴向分布，连接孔20适于连接无人机支架2；

防护网18底端设置有减震架21，减震架21与防护网18固定连接。

一种无人机的倾斜测量系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、确定无人机支架2数量，检查无人机电量和防护孔5内的降落伞9位置，调试手机APP或平板等具有蓝牙功能的控制器，控制器的软件适于控制无人机位置与姿态；

步骤二、在无人机上安装相机组件23和信号接收器24，无人机CPU连接有外部存储模块、RAM存储、I/O接口以及GPRS模块，相机组件23包括多组相机，多组相机中安装有高速测距传感器22；

步骤三、收集测量控制点28的位置与数量，计划测量行程，并与测量图纸对应；

步骤四、在各个控制点28上安装三脚架25，在三脚架25上安装激光对中基座26、具有激光的信号发射器27及发射天线；

步骤五、根据实际测量要求，设定起点测量，测试无人机在起点测量处的测量结果，显示在控制器是否准确；

步骤六、校准完成后，确保无人机收到各个发射器信号后，利用对讲机与无人机操作者联系，调整并测量各个信号发射器27与相应的激光对中基座26和控制点28距离并计算出相对高度，加上控制点高程得到信号发射器27中心高程，无人机是利用事先各信号发射器设定不同发射波频率(信号发射器使用前调整各个控制点28发射器的波频率不相同)，以利用信号接收器24区分不同的发射器；

步骤七、根据测量设计流程，在控制器上输入各控制点28坐标、高程、发射器波频率，设定飞行路线。

步骤八、无人机在地面遥控器控制下沿飞行路线飞行并拍照，同时利用地面信号发射器27中的信号的多普勒频移，无人机计算远离或靠近信号发射器27的速度，根据各个控制点28之间相对坐标与位置关系计算飞行的即时坐标和空间方位，拍照内部至少包含四个信号发射器27；

步骤九、利用无人机支架2的不同坐标和不同方位计算无人机相机中心的姿态，在拍照的同时，相机组件23中的各个相机中心的高速测距传感器22测量至信号发射器27的距离，利用无人机各相机的即时坐标和姿态角计算相片中心对应地面点的三维坐标，存贮于每个相片附属文件中；

无人机中心坐标和姿态角数据均存入相片附属文件中，以便于相片建模时使用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种无人机，其特征在于：包括圆环骨架(1)、无人机支架(2)和螺旋桨(3)，所述圆环骨架(1)与无人机支架(2)固定连接，所述螺旋桨(3)安装在无人机支架(2)上；

所述圆环骨架(1)内设置有中心柱(4)，所述中心柱(4)上端设置有防护孔(5)，所述中心柱(4)沿中心线周向分布滑行轨道架(6)，所述滑行轨道架(6)上设置有滑行件(7)，所述滑行件(7)在滑行轨道架(6)内滑行，所述滑行件(7)相对中心柱(4)的一侧安装有第一弹簧(8)，所述第一弹簧(8)的一端与所述滑行件(7)固定连接，所述第一弹簧(8)的另一端与所述中心柱(4)固定连接，所述滑行件(7)背对中心柱(4)的一侧设置有开口件，所述防护孔(5)内设置有降落伞(9)，所述降落伞(9)与防护孔(5)内固定连接，所述开口件适于与圆环骨架(1)活动连接。

2.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于：所述开口件包括按钮(10)、第二弹簧(11)和弯折板(12)，所述圆环骨架(1)上设置有安装孔，所述按钮(10)设置在安装孔内，所述按钮(10)的一端与滑行轨道架(6)相连接，所述按钮(10)的另一端与第二弹簧(11)固定连接，所述圆环骨架(1)内设置有安装槽，所述第二弹簧(11)位于安装槽内，所述弯折板(12)包括竖直部和水平部，所述竖直部与第二弹簧(11)的一端固定连接，所述第二弹簧(11)的另一端与按钮(10)固定连接，所述竖直部的一端位于安装槽内，所述安装槽适于竖直部移动，所述水平部远离竖直部的一端设置有横板(13)，所述横板(13)与圆环骨架(1)一体连接，所述横板(13)适于阻挡弯折板(12)。

3.根据权利要求2所述的一种无人机，其特征在于：所述滑行件(7)的最大撞击力大于弯折板(12)移动阻力。

4.根据权利要求3所述的一种无人机，其特征在于：所述防护孔(5)内设置有竖直轨道(14)，所述竖直轨道(14)内设置有滑块(15)，所述滑块(15)在竖直轨道(14)内移动，所述竖直轨道(14)的顶端设置有挡块(16)，所述挡块(16)与竖直轨道(14)一体连接，所述挡块(16)适于限定滑块(15)向上移动，所述滑块(15)与降落伞(9)固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种无人机，其特征在于：所述圆环骨架(1)的顶端外表面设置有橡胶层(17)，所述橡胶层(17)与圆环骨架(1)固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种无人机，其特征在于：所述圆环骨架(1)底端设置有防护网(18)，所述防护网(18)与圆环骨架(1)固定连接，所述防护网(18)底端设置有观察环(19)，所述观察环(19)位于底部中心。

7.根据权利要求6所述的一种无人机，其特征在于：所述圆环骨架(1)表面设置有连接孔(20)，所述连接孔(20)沿圆环骨架(1)轴向分布，所述连接孔(20)适于连接无人机支架(2)；

所述防护网(18)底端设置有减震架(21)，所述减震架(21)与防护网(18)固定连接。

8.一种无人机的倾斜测量系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、确定无人机支架(2)数量，检查无人机电量和防护孔(5)内的降落伞(9)位置，调试手机APP或平板等具有蓝牙功能的控制器，控制器的软件适于控制无人机位置与姿态；

步骤二、在无人机上安装相机组件(23)和信号接收器(24)，无人机CPU连接有外部存储模块、RAM存储、I/O接口以及GPRS模块，相机组件(23)包括多组相机，多组相机中安装有高速测距传感器(22)；

步骤三、收集测量控制点(28)的位置与数量，计划测量行程，并与测量图纸对应；

步骤四、在各个控制点(28)上安装三脚架(25)，在三脚架(25)上安装激光对中基座(26)、位于激光对中基座(26)上的具有微波的信号发射器(27)及发射天线；

步骤五、根据实际测量要求，设定起点测量，测试无人机在起点测量处的测量结果，显示控制点(28)上的信号发射器(27)数量是否准确；

步骤六、校准完成后，确保无人机收到各个发射器信号后，利用对讲机与无人机操作者联系，调整并测量各个信号发射器(27)与相应的激光对中基座(26)和控制点(28)距离并计算出相对高度，加上控制点高程得到信号发射器(27)中心高程，无人机是利用事先各信号发射器设定不同发射波频率(信号发射器使用前调整各个控制点(28)发射器的波频率不相同)，以利用信号接收器(24)区分不同的发射器；

步骤七、根据测量设计流程，在控制器上输入各控制点(28)坐标、高程、发射器波频率，设定飞行路线。

步骤八、无人机在地面遥控器控制下沿飞行路线飞行并拍照，同时利用地面信号发射器(27)中的信号的多普勒频移，无人机计算远离或靠近信号发射器(27)的速度，根据各个控制点(28)之间相对坐标与位置关系计算飞行的即时坐标和空间方位，拍照内部至少包含四个信号发射器(27)；

步骤九、利用无人机支架(2)的不同坐标和不同方位计算无人机相机中心的姿态，在拍照的同时，相机组件(23)中的各个相机中心的高速测距传感器(22)测量至信号发射器(27)的距离，利用无人机各相机的即时坐标和姿态角计算相片中心对应地面点的三维坐标，存贮于每个相片附属文件中；

无人机中心坐标和姿态角数据均存入相片附属文件中，以便于相片建模时使用。

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