CN112729248A - 一种基于无人机平台的遥感探测系统及方法 - Google Patents

一种基于无人机平台的遥感探测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及遥感探测系统技术领域。公开了一种基于无人机平台的遥感探测系统，包括主飞无人机和主机，还包括伴随无人机，主飞无人机上安装有用于控制飞行的第一飞行控制模块、用于对地面信息进行大范围采集的第一采集模块、用于对采集数据进行异常分析检测的异常检测模块、用于获取主飞无人机位置信息的第一定位模块、用于主飞无人机飞行路径规划的第一路径模块、用于对遥感区域进行划分的区域划分模块以及用于接收和发送信息的第一接发模块，伴随无人机上安装有第二飞行控制模块、第二采集模块、第二定位模块、第二路径模块以及第二接发模块。本发明有效提高了遥感探测系统的数据采集效率。

Description

一种基于无人机平台的遥感探测系统及方法
技术领域
本发明涉及遥感探测系统技术领域，更具体而言，涉及一种基于无人机平台的遥感探测系统及方法。
背景技术
遥感是指非接触、远距离的探测技术，一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测。遥感技术在很多领域得到广泛应用，如森林资源规划、农作物估产、环境监测等。传统的遥感探测通常是由轨道卫星或大型遥感飞机来完成，而现在随着无人机技术的普及，使用无人机平台来搭载遥感探测系统则可以进行更多小尺度特征遥感探测，并且无人机平台的高机动性和灵活性也使其在遥感探测领域具有极大的发展前景。
而目前使用无人机平台的遥感探测系统在进行探测时，当发现异常点时需要进行多次往返飞行以及降低高度来进行精确数据采集，因此也就导致无人机平台的续航能力大大降低，严重影响作业效率。
发明内容
本发明申请的一种基于无人机平台的遥感探测系统及方法，用以解决上述提到的现有搭载无人机平台的遥感探测系统在发现异常点时，需要进行多次往返飞行以及降低高度来进行精确数据采集，导致无人机平台的续航能力大大降低，严重影响作业效率的问题。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种基于无人机平台的遥感探测系统，包括主飞无人机和主机，还包括伴随无人机，所述主飞无人机上安装有用于控制飞行的第一飞行控制模块、用于对地面信息进行大范围采集的第一采集模块、用于对采集数据进行异常分析检测的异常检测模块、用于获取所述主飞无人机的位置信息的第一定位模块、用于所述主飞无人机的飞行路径规划的第一路径模块、用于对遥感区域进行划分的区域划分模块以及用于接收和发送信息的第一接发模块，所述伴随无人机上安装有用于控制飞行的第二飞行控制模块、用于对地面信息进行小范围采集的第二采集模块、用于获取所述伴随无人机的位置信息的第二定位模块、用于所述伴随无人机的飞行路径规划的第二路径模块以及用于接收和发送信息的第二接发模块。
作为本发明的一种优选方案，还包括备用无人机，所述备用无人机上安装有用于控制飞行的第三飞行控制模块、用于对地面信息进行小范围采集的第三采集模块、用于获取所述备用无人机的位置信息的第三定位模块、用于所述备用无人机的飞行路径规划的第三路径模块以及用于接收和发送信息的第三接发模块。
作为上述优选方案的改进，所述备用无人机的数量至少为1台。
作为本发明的另一种优选方案，所述主机包括主机接发模块、主机处理器、主机储存模块以及显示器。
作为上述另一种优选方案的改进，所述第一采集模块采用多光谱扫描仪，所述第二采集模块和所述第三采集模块均采用高清照相机。
本发明另一方面提供了一种基于无人机平台的遥感探测方法，包括以下步骤：
步骤一，启动所述主飞无人机，并通过所述主机向所述主飞无人机发送遥感区域范围位置信息；
步骤二，所述第一接发模块接收所述遥感区域范围位置信息，并由所述区域划分模块对遥感区域范围进行划分，根据划分的区域确定飞行路径，控制所述主飞无人机根据所述飞行路径飞行，并通过所述第一采集模块进行数据采集；
步骤三，由所述异常检测模块对采集的数据进行检测，当发现异常数据时，将异常数据点位置信息发送至所述伴随无人机；
步骤四，所述伴随无人机根据接收的所述异常数据点位置信息以及自身位置进行飞行路径规划并依路径飞行，同时通过所述第二采集模块对异常数据点进行图像采集。
作为本发明的一种改进方案，所述由所述区域划分模块对遥感区域范围进行划分的具体流程为：所述区域划分模块根据所述第一采集模块的采集范围将所述遥感区域范围进行划分，使划分后的每个小区域的范围均小于所述第一采集模块的采集范围。
作为本发明的进一步改进方案，所述根据划分的区域确定飞行路径的具体流程为：将所述划分后的每个小区域的最大内接圆的圆心设置为飞行路径经过点，然后根据所有所述飞行路径经过点生成所述飞行路径。
作为本发明的另一种改进方案，在所述伴随无人机的飞行路径上未采集异常数据点的数量大于设定值时，所述伴随无人机会将后续接收的所述异常数据点位置信息转发至所述备用无人机，由所述备用无人机进行相应的图像采集。
作为上述改进方案的进一步改进，在所述备用无人机的飞行路径上未采集异常数据点的数量大于设定值时，所述备用无人机会将后续接收的所述异常数据点位置信息转发至第二台备用无人机，由所述第二台备用无人机进行相应的图像采集。
与现有技术相比，本发明的有效效果在于：
本发明可以通过主飞无人机来进行大范围的数据采集，然后依靠伴随无人机和备用无人机完成小范围的数据采集，这样主飞无人机即可无需多次往返和升降飞行，有效提高了主飞无人机的续航能力，同时伴随无人机和备用无人机可以对主飞无人机采集过的范围内的异常数据点进行精确数据采集，而且是可以同时进行，有效提高了遥感探测系统的数据采集效率。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的系统结构示意图；
图2是本发明的另一种实施例的系统结构示意图；
图3是本发明的一种方法流程图；
图4是本发明的另一种方法流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一：
本发明提供的一种基于无人机平台的遥感探测系统，如图1所示，包括主飞无人机和主机，还包括伴随无人机。其中，主机包括主机接发模块301、主机处理器302、主机储存模块303以及显示器304。主飞无人机上安装有用于控制飞行的第一飞行控制模块106、用于对地面信息进行大范围采集的多光谱扫描仪105、用于对采集数据进行异常分析检测的异常检测模块107、用于获取主飞无人机位置信息的第一定位模块103、用于主飞无人机飞行路径规划的第一路径模块104、用于对遥感区域进行划分的区域划分模块102以及用于接收和发送信息的第一接发模块101，伴随无人机上安装有用于控制飞行的第二飞行控制模块205、用于对地面信息进行小范围采集的高清照相机、用于获取伴随无人机位置信息的第二定位模块202、用于伴随无人机飞行路径规划的第二路径模块203以及用于接收和发送信息的第二接发模块201。
在本实施例中，主飞无人机和伴随无人机可以采用旋翼式无人机，可以执行定点起落、悬停等功能。主机接发模块301和第一接发模块101、第二接发模块201进行数据传输交换，从而实现向主飞无人机、伴随无人机发送指令信息以及接受采集信息等功能。第一定位模块103和第二定位模块202可以是GPS定位模块，也可以是北斗卫星定位模块。
在本实施例中，通过主机向主飞无人机发送遥感区域范围位置信息，主飞无人机的第一接发模块101接收信息后，会由区域划分模块102对遥感区域进行划分将其分为多个小区域，同时第一定位模块103会定位主飞无人机的实时位置，第一路径模块104则会根据划分的多个小区域的位置以及主飞无人机的位置进行最优路径优化，之后主飞无人机则会在第一飞行控制模块106控制下依照最优路径进行飞行，在飞行过程中会通过多光谱扫描仪105对飞行路径下方的每个小区域进行扫描成像，然后异常检测模块107会对多光谱扫描仪105的成像进行检测，在发现异常时，会通过第一接发模块101将异常数据点的位置信息发送给第二接发模块201，第二接发模块201接收位置信息后，伴随无人机的第二路径模块203会根据异常数据点的位置以及伴随无人机的第二定位模块202定位的实时位置进行最优路径规划，并在第二飞行控制模块205的控制下依照最优路径飞行至异常数据点处，然后由高清照相机204拍摄照片并通过第二接发模块201回传给主机，并储存在主机的主机储存模块303中。
需要说明的是，多光谱扫描仪105的扫描成像可以根据设定通过第一接发模块101实时传输会主机储存在主机储存模块303中，也可以根据设定只回传异常图像。在回传到主机中的图像中会对异常数据点处进行标记，并和高清照相机204拍摄的高清图片进行匹配，这样，通过主机的显示器304即可显示出异常数据点处的扫面成像以及高清图片，方便工作人员进行分析。
实施例二：
本实施和实施例一的区别在于，增加了备用无人机，备用无人机的用途和伴随无人机相同，用途在于对伴随无人机进行作业补充，以进一步提高效率。
本发明提供的另一种基于无人机平台的遥感探测系统，如图2所示，还包括备用无人机，备用无人机上安装有用于控制飞行的第三飞行控制模块405、用于对地面信息进行小范围采集的备用高清照相机、用于获取备用无人机位置信息的第三定位模块402、用于备用无人机飞行路径规划的第三路径模块403以及用于接收和发送信息的第三接发模块401。
在本实施例中，备用无人机的数量至少有一台，同时也可以是多台，在使用中，作业人员可以根据自己的需要进行数量配备。
在本实施例中，第三接发模块401和主机接发模块301、第二接发模块201进行数据传输，在伴随无人机的飞行路径上未采集异常数据点的数量大于设定值时，比如大于10个时，此时的伴随无人机的第二路径模块203不再接收新传输来的异常数据点位置信息，因此飞行路径不会变化，而是将新传输来的异常数据点位置信息通过第二接发模块201发送给备用无人机的第三接发模块401，由备用无人机根据自己的实时位置以及异常数据点位置信息来进行路径规划，并进行飞行采集高清照片。需要说明的是，如果备用无人机的飞行路径上未采集异常数据点的数量大于设定值时，同样会将其发送给第二台备用无人机。
实施例三：
本发明提供的一种基于无人机平台的遥感探测方法，如图3所示，包括：
步骤501、启动主飞无人机，并通过主机向主飞无人机发送遥感区域范围位置信息；
区域位置信息包括遥感区域的边界点位置坐标，并且必须包括遥感区域的顶点处位置坐标。
步骤502、第一接发模块101接收遥感区域范围位置信息，并由区域划分模块102对遥感区域范围进行划分，根据划分的区域确定飞行路径，控制主飞无人机根据飞行路径飞行，并通过第一采集模块进行数据采集；
需要说明的是，在确定飞行路径时，以飞行终点具飞行起点的距离越近越为优选路径。
步骤503、由异常检测模块107对采集的数据进行检测，当发现异常数据时，将异常数据点位置信息发送至伴随无人机；
步骤504、伴随无人机根据接收的异常数据点位置信息以及自身位置进行飞行路径规划并依路径飞行，同时通过第二采集模块对异常数据点进行图像采集。
需要说明的是，在本实施例中，第一采集模块采集的数据以及第二采集模块采集的数据均传输并储存在主机的主机储存模块303中，并且第二采集模块采集的数据会和第一采集模块采集的数据中的异常数据点位置进行匹配，这样，作业人员在调取异常数据点信息时，即可在显示器304上同时显示出第一采集模块的采集数据以及第二采集模块的采集数据，如：在显示器304上同时显示出异常数据点处的扫描成像以及高清照片，便于作业人员进行对比分析。
实施例四：
本实施和实施例三的区别在于，在伴随无人机的飞行路径上未采集异常数据点的数量过多时，会由备用无人机来进行后续的异常数据点的数据采集，这样就可同时由两个或者更多的无人机来进行异常数据采集，从而使遥感探测的效率更高。
本发明提供的另一种基于无人机平台的遥感探测方法，如图4所示，包括：
步骤601、启动无人机，并通过主机向主飞无人机发送遥感区范围位置信息；
步骤602、第一接发模块101接收遥感区域范围位置信息，并由区域划分模块102对遥感区域范围进行划分，使划分后的每个小区域的范围均小于第一采集模块的采集范围；
步骤603、将划分后的每个小区域的最大内接圆的圆心设置为飞行路径经过点，然后根据所有飞行路径经过点生成飞行路径；
步骤604、控制主飞无人机根据飞行路径飞行，并通过第一采集模块进行数据采集；
步骤605、由异常检测模块对采集的数据进行检测，当发现异常数据时，将异常数据点位置信息发送至伴随无人机；
步骤606、伴随无人机根据接收的异常数据点位置信息以及自身位置信息进行飞行路径规划并依路径飞行，同时通过第二采集模块对异常数据点进行图像采集；
步骤607、在伴随无人机的飞行路径上未采集异常数据点的数量大于设定值时，将后续接收的异常数据点位置信息转发至备用无人机，由备用无人机进行相应的图像采集；
步骤608、在备用无人机的飞行路径上未采集异常数据点的数量大于设定值时，将后续接收的异常数据点位置信息转发至第二台备用无人机，由第二台备用无人机进行图像采集。
在本实施例中，备用无人机的数量可以根据实际情况增减。
在本发明中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
在本发明中，术语“上部”、“下部”、“左”、“右”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对的限制。

Claims (10)

1.一种基于无人机平台的遥感探测系统，包括主飞无人机和主机，其特征在于，还包括伴随无人机，所述主飞无人机上安装有用于控制飞行的第一飞行控制模块、用于对地面信息进行大范围采集的第一采集模块、用于对采集数据进行异常分析检测的异常检测模块、用于获取所述主飞无人机的位置信息的第一定位模块、用于所述主飞无人机的飞行路径规划的第一路径模块、用于对遥感区域进行划分的区域划分模块以及用于接收和发送信息的第一接发模块，所述伴随无人机上安装有用于控制飞行的第二飞行控制模块、用于对地面信息进行小范围采集的第二采集模块、用于获取所述伴随无人机的位置信息的第二定位模块、用于所述伴随无人机的飞行路径规划的第二路径模块以及用于接收和发送信息的第二接发模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台的遥感探测系统，其特征在于，还包括备用无人机，所述备用无人机上安装有用于控制飞行的第三飞行控制模块、用于对地面信息进行小范围采集的第三采集模块、用于获取所述备用无人机的位置信息的第三定位模块、用于所述备用无人机的飞行路径规划的第三路径模块以及用于接收和发送信息的第三接发模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机平台的遥感探测系统，其特征在于，所述备用无人机的数量至少为1台。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台的遥感探测系统，其特征在于，所述主机包括主机接发模块、主机处理器、主机储存模块以及显示器。
5.根据权利要求2或3所述的一种基于无人机平台的遥感探测系统，其特征在于，所述第一采集模块采用多光谱扫描仪，所述第二采集模块和所述第三采集模块均采用高清照相机。
6.一种基于无人机平台的遥感探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
启动所述主飞无人机，并通过所述主机向所述主飞无人机发送遥感区域范围位置信息；
所述第一接发模块接收所述遥感区域范围位置信息，并由所述区域划分模块对遥感区域范围进行划分，根据划分的区域确定飞行路径，控制所述主飞无人机根据所述飞行路径飞行，并通过所述第一采集模块进行数据采集；
由所述异常检测模块对采集的数据进行检测，当发现异常数据时，将异常数据点位置信息发送至所述伴随无人机；
所述伴随无人机根据接收的所述异常数据点位置信息以及自身位置进行飞行路径规划并依路径飞行，同时通过所述第二采集模块对异常数据点进行图像采集。
7.根据权利要求6所述一种基于无人机平台的遥感探测方法，其特征在于，所述由所述区域划分模块对遥感区域范围进行划分的具体流程为：所述区域划分模块根据所述第一采集模块的采集范围将所述遥感区域范围进行划分，使划分后的每个小区域的范围均小于所述第一采集模块的采集范围。
8.根据权利要求7所述一种基于无人机平台的遥感探测方法，其特征在于，所述根据划分的区域确定飞行路径的具体流程为：将所述划分后的每个小区域的最大内接圆的圆心设置为飞行路径经过点，然后根据所有所述飞行路径经过点生成所述飞行路径。
9.根据权利要求6-8中任一项所述一种基于无人机平台的遥感探测方法，其特征在于，在所述伴随无人机的飞行路径上未采集异常数据点的数量大于设定值时，所述伴随无人机会将后续接收的所述异常数据点位置信息转发至所述备用无人机，由所述备用无人机进行相应的图像采集。
10.根据权利要求9所述一种基于无人机平台的遥感探测方法，其特征在于，在所述备用无人机的飞行路径上未采集异常数据点的数量大于设定值时，所述备用无人机会将后续接收的所述异常数据点位置信息转发至第二台备用无人机，由所述第二台备用无人机进行相应的图像采集。
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