CN113063401A - 一种无人机航测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机航测技术领域，具体地说，涉及一种无人机航测系统。其包括空中控制单元、地面控制单元、数据处理单元和数据共享单元；所述空中控制单元用于控制无人机自主飞行，获取飞行位置信息，记录影像；所述地面控制单元用于远程传输信号，控制无人机的航行路线；所述数据处理单元用于对航行的数据进行处理，建立航测模型；所述数据共享单元用于分享无人机航测的数据，本发明可以引导无人机沿指定航线安全、准时、准确的飞行，提供实时、清晰、直观、准确、可靠的影像信息，有效地提高资料时效性、针对性、准确性和科学性，有助于建立及时发现问题、准确判断、及时查处的快速反应机制，方便后续随时查看航测轨迹。
Description
技术领域
本发明涉及无人机航测技术领域，具体地说，涉及一种无人机航测系统。
背景技术
随着航空航天技术、通信技术、计算机及信息技术的快速发展，世界上已经有许多较成熟的地理空间信息快速获取技术，如卫星遥感、航空摄影测量及无人机低空遥感等，无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，通过机上搭载的高分辨率数码相机获取监测区域影像，提供实时、清晰、直观、准确、可靠的影像信息，有效地提高资料时效性、针对性、准确性和科学性，有助于建立及时发现问题、准确判断、及时查处的快速反应机制，从而形成基于无人机遥感技术的空间信息快速获取系统，但是无人机的航测对气象条件要求高(特别是对有雾或有风等天气)，硬件技术不够成熟，无人机的飞行平稳性、安全性及有关参数的准确性都有待提高，在对山区地形(高差大时)进行航测时，导致测图精度不高，鉴于此，我们提出一种无人机航测系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机航测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种无人机航测系统，包括空中控制单元、地面控制单元、数据处理单元和数据共享单元；
所述空中控制单元用于控制无人机自主飞行，获取飞行位置信息，记录影像；
所述地面控制单元用于远程传输信号，控制无人机的航行路线；
所述数据处理单元用于对航行的数据进行处理，建立航测模型；
所述数据共享单元用于分享无人机航测的数据；
所述地面控制单元在地面监视和控制飞行状态信号传输给所述空中控制单元，使所述空中控制单元接收控制信号使无人机按照路径飞行，所述空中控制单元将飞行记录的影像传输给所述数据处理单元进行处理，所述数据共享单元将处理后的数据进行数据共享。
作为本技术方案的进一步改进，所述空中控制单元包括飞行器模块、动力模块、无线传感器模块、电气模块和影像获取模块；
所述飞行器模块用于给航测提供载体；
所述动力模块用于给所述飞行器模块提供机械动力；
所述无线传感器模块用于给所述飞行器模块提供参考坐标的位置、速度、飞行姿态，从而可以引导无人机沿指定航线安全、准时、准确的飞行；
所述电气模块用于给所述飞行器模块提供电力；
所述影像获取模块用于获取地面的区域影像。
作为本技术方案的进一步改进，所述飞行器模块采用无人机，所述影像获取模块采用高分辨率数码相机，提供实时、清晰、直观、准确、可靠的影像信息，有效地提高资料时效性、针对性、准确性和科学性，有助于建立及时发现问题、准确判断、及时查处的快速反应机制。
作为本技术方案的进一步改进，所述影像获取模块的地面分辨率计算公式如下：
其中，GSD为地面分辨率，a为像元尺寸，h为飞行高度，f为镜头焦距，可以根据大比例尺航测测图的特点，结合摄区的地形条件、成图方法及所用仪器的性能诸因素综合考虑，在确保测图精度的前提下，调整飞行高度，确保影像获取的地面分辨率更高。
作为本技术方案的进一步改进，所述无线传感器模块包括GPS定位模块、飞控主控模块、惯性测量模块、速度测量模块和视觉定位模块；
所述GPS定位模块用于进行位置定位；
所述飞控主控模块用于实现无人机的控制和管理；
所述惯性测量模块用于测量物体三轴姿态角以及加速度；
所述速度测量模块用于测量飞行速度；
所述视觉定位模块用于通过光流传感器和超声波传感器感应障碍物；
无线传感器模块采用标准化的无线传感器网络应用开发接口，包括应用模块适配层、应用开发层、基础软件层和网络模块适配层，可以准确稳定的提供参考坐标的位置、速度、飞行姿态。
作为本技术方案的进一步改进，所述地面控制单元包括航迹规划模块、遥控模块和数据接收显示模块；
所述航迹规划模块用于对无人机的飞行高度、飞行速度、飞行时间、航线条数、航线长度和横向纵向重合率制作航线；
所述遥控模块用于控制无人机的起降、飞行、拍摄，所述遥控模块包括遥测组件、遥视组件、遥控组件、遥调组件和遥信组件，遥测组件用于控制无线传感器模块对无人机空中飞行状态的检测，遥视组件用于控制影像获取模块拍摄影像的角度；遥控组件用于在地面控制空中控制单元；遥调组件用于控制无人机飞行的路线；遥信组件用于远程通信，传输信号；
所述数据接收显示模块用于设置飞控参数，监视飞行状态，显示飞行数据；
地面控制单元工作流程为：
①、系统初始化；②、由航迹规划模块在地面开始规划任务运动路径；③、遥控模块控制无人机移动至指定起飞地点；④、空中无人机上传目标任务信息；⑤、数据接收显示模块接受显示目标信息并及时上传；⑥、遥控模块控制无人机下降，继续下一项布署任务。
作为本技术方案的进一步改进，所述数据处理单元包括影像处理模块和虚拟仿真模块；
所述影像处理模块用于将航测的影像数据进行处理，建立对象模型；
所述虚拟仿真模块用于建立虚拟仿真无人机航测模型。
作为本技术方案的进一步改进，所述影像处理模块包括以下步骤：
S1.1、利用初始平差结果和POS数据自动提取控制点子影像，建立航带内和航带间的拓扑关系网；
S1.2、根据建立的拓扑关系网和POS数据全自动提取连接点；
S1.3、通过大量平差点以及快速平差算法完全剔除粗差点；
S1.4、利用控制点作空中三角测量计算获取精确的外方位元素；
S1.5、通过控制点数据生成数字高程模型；
S1.6、利用数字高程模型数据生成全景影像图；将这些地理空间信息获取技术结合起来，建立稳定的多渠道地理空间信息获取机制，能够更好地满足我国经济发展与社会进步对地理空间信息的迫切需要，方便后续随时查看航测轨迹。
作为本技术方案的进一步改进，所述虚拟仿真模块包括以下步骤：
S2.1、将航测的照片和坐标在线AI软件实时处理；
S2.2、通过3Dmax模型编辑生成虚拟仿真模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
该无人机航测系统中，通过地面控制单元在地面监视和控制飞行状态信号传输给所述空中控制单元，使使无人机按照路径飞行，将飞行记录的影像传输给所述数据处理单元进行处理，可以引导无人机沿指定航线安全、准时、准确的飞行，提供实时、清晰、直观、准确、可靠的影像信息，有效地提高资料时效性、针对性、准确性和科学性，有助于建立及时发现问题、准确判断、及时查处的快速反应机制，方便后续随时查看航测轨迹，并且可以根据影像获取模块的地面分辨率，结合摄区的地形条件、成图方法及所用仪器的性能诸因素综合考虑，在确保测图精度的前提下，调整飞行高度，确保影像获取的地面分辨率更高。
附图说明
图1为实施例1的整体结构框图；
图2为实施例1的空中控制单元结构框图；
图3为实施例1的无线传感器模块结构框图；
图4为实施例1的地面控制单元结构框图；
图5为实施例1的数据处理单元结构框图；
图6为实施例1的影像处理模块流程框图；
图7为实施例1的虚拟仿真模块流程框图。
图中各个标号意义为：
100、空中控制单元；110、飞行器模块；120、动力模块；130、无线传感器模块；131、GPS定位模块；132、飞控主控模块；133、惯性测量模块；134、速度测量模块；135、视觉定位模块；140、电气模块；150、影像获取模块；
200、地面控制单元；210、航迹规划模块；220、遥控模块；230、数据接收显示模块；
300、数据处理单元；310、影像处理模块；320、虚拟仿真模块；
400、数据共享单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-图7所示，本实施例提供一种无人机航测系统，包括空中控制单元100、地面控制单元200、数据处理单元300和数据共享单元400；
空中控制单元100用于控制无人机自主飞行，获取飞行位置信息，记录影像；
地面控制单元200用于远程传输信号，控制无人机的航行路线；
数据处理单元300用于对航行的数据进行处理，建立航测模型；
数据共享单元400用于分享无人机航测的数据；
地面控制单元200在地面监视和控制飞行状态信号传输给空中控制单元100，使空中控制单元100接收控制信号使无人机按照路径飞行，空中控制单元100将飞行记录的影像传输给数据处理单元300进行处理，数据共享单元400将处理后的数据进行数据共享。
本实施例中的，空中控制单元100包括飞行器模块110、动力模块120、无线传感器模块130、电气模块140和影像获取模块150；
飞行器模块110用于给航测提供载体；
动力模块120用于给飞行器模块110提供机械动力；
无线传感器模块130用于给飞行器模块110提供参考坐标的位置、速度、飞行姿态，从而可以引导无人机沿指定航线安全、准时、准确的飞行；
电气模块140用于给飞行器模块110提供电力；
影像获取模块150用于获取地面的区域影像。
具体的，飞行器模块110采用无人机，影像获取模块150采用高分辨率数码相机，提供实时、清晰、直观、准确、可靠的影像信息，有效地提高资料时效性、针对性、准确性和科学性，有助于建立及时发现问题、准确判断、及时查处的快速反应机制。
值得说明的，影像获取模块150的地面分辨率计算公式如下：
其中，GSD为地面分辨率，a为像元尺寸，h为飞行高度，f为镜头焦距，可以根据大比例尺航测测图的特点，结合摄区的地形条件、成图方法及所用仪器的性能诸因素综合考虑，在确保测图精度的前提下，调整飞行高度，确保影像获取的地面分辨率更高。
具体的，无线传感器模块130包括GPS定位模块131、飞控主控模块132、惯性测量模块133、速度测量模块134和视觉定位模块135；
GPS定位模块131用于进行位置定位；
飞控主控模块132用于实现无人机的控制和管理；
惯性测量模块133用于测量物体三轴姿态角以及加速度；
速度测量模块134用于测量飞行速度；
视觉定位模块135用于通过光流传感器和超声波传感器感应障碍物；
无线传感器模块130采用标准化的无线传感器网络应用开发接口，包括应用模块适配层、应用开发层、基础软件层和网络模块适配层，可以准确稳定的提供参考坐标的位置、速度、飞行姿态。
更进一步的，地面控制单元200包括航迹规划模块210、遥控模块220和数据接收显示模块230；
航迹规划模块210用于对无人机的飞行高度、飞行速度、飞行时间、航线条数、航线长度和横向纵向重合率制作航线；
遥控模块220用于控制无人机的起降、飞行、拍摄，遥控模块220包括遥测组件、遥视组件、遥控组件、遥调组件和遥信组件，遥测组件用于控制无线传感器模块130对无人机空中飞行状态的检测，遥视组件用于控制影像获取模块150拍摄影像的角度；遥控组件用于在地面控制空中控制单元100；遥调组件用于控制无人机飞行的路线；遥信组件用于远程通信，传输信号；
数据接收显示模块230用于设置飞控参数，监视飞行状态，显示飞行数据；
地面控制单元200工作流程为：
①、系统初始化；②、由航迹规划模块210在地面开始规划任务运动路径；③、遥控模块220控制无人机移动至指定起飞地点；④、空中无人机上传目标任务信息；⑤、数据接收显示模块230接受显示目标信息并及时上传；⑥、遥控模块220控制无人机下降，继续下一项布署任务。
除此之外的，数据处理单元300包括影像处理模块310和虚拟仿真模块320；
影像处理模块310用于将航测的影像数据进行处理，建立对象模型；
虚拟仿真模块320用于建立虚拟仿真无人机航测模型。
其中，影像处理模块310包括以下步骤：
S1.1、利用初始平差结果和POS数据自动提取控制点子影像，建立航带内和航带间的拓扑关系网；
S1.2、根据建立的拓扑关系网和POS数据全自动提取连接点；
S1.3、通过大量平差点以及快速平差算法完全剔除粗差点；
S1.4、利用控制点作空中三角测量计算获取精确的外方位元素；
S1.5、通过控制点数据生成数字高程模型；
S1.6、利用数字高程模型数据生成全景影像图；将这些地理空间信息获取技术结合起来，建立稳定的多渠道地理空间信息获取机制，能够更好地满足我国经济发展与社会进步对地理空间信息的迫切需要，方便后续随时查看航测轨迹。
具体的，虚拟仿真模块320包括以下步骤：
S2.1、将航测的照片和坐标在线AI软件实时处理，AI软件包括AI系统，将大量数据与超强的运算处理能力和智能算法三者相结合起来，建立一个解决特定问题的模型，使程序能够自动地从数据中学习潜在的模式或特征，使用人工神经网络来模拟由非常简单的互相连接单元组成的网络，每一层的神经网络都会目标进行图像组合分析和特征检测，从而进行判断和组合，并将结果传递给下一层神经网络，从而准确的接收无人机航测的数据；
S2.2、通过3Dmax模型编辑生成虚拟仿真模型。
本实施例所涉及的提供了无人机航测数据链，包括核心框架服务接口IDL和逻辑软件总线，核心框架服务接口IDL和逻辑软件总线连接有板级支持包BSP，协议栈和串行接口服务、操作系统、CORBA ORB和服务中间件和核心框架服务CF，使数据更稳定的传送和接收。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。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仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，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 (9)
1.一种无人机航测系统，其特征在于：包括空中控制单元(100)、地面控制单元(200)、数据处理单元(300)和数据共享单元(400)；
所述空中控制单元(100)用于控制无人机自主飞行，获取飞行位置信息，记录影像；
所述地面控制单元(200)用于远程传输信号，控制无人机的航行路线；
所述数据处理单元(300)用于对航行的数据进行处理，建立航测模型；
所述数据共享单元(400)用于分享无人机航测的数据；
所述地面控制单元(200)在地面监视和控制飞行状态信号传输给所述空中控制单元(100)，使所述空中控制单元(100)接收控制信号使无人机按照路径飞行，所述空中控制单元(100)将飞行记录的影像传输给所述数据处理单元(300)进行处理，所述数据共享单元(400)将处理后的数据进行数据共享。
2.根据权利要求1所述的无人机航测系统，其特征在于：所述空中控制单元(100)包括飞行器模块(110)、动力模块(120)、无线传感器模块(130)、电气模块(140)和影像获取模块(150)；
所述飞行器模块(110)用于给航测提供载体；
所述动力模块(120)用于给所述飞行器模块(110)提供机械动力；
所述无线传感器模块(130)用于给所述飞行器模块(110)提供参考坐标的位置、速度、飞行姿态；
所述电气模块(140)用于给所述飞行器模块(110)提供电力；
所述影像获取模块(150)用于获取地面的区域影像。
3.根据权利要求2所述的无人机航测系统，其特征在于：所述飞行器模块(110)采用无人机，所述影像获取模块(150)采用高分辨率数码相机。
4.根据权利要求3所述的无人机航测系统，其特征在于：所述影像获取模块(150)的地面分辨率计算公式如下：
其中，GSD为地面分辨率，a为像元尺寸，h为飞行高度，f为镜头焦距。
5.根据权利要求2所述的无人机航测系统，其特征在于：所述无线传感器模块(130)包括GPS定位模块(131)、飞控主控模块(132)、惯性测量模块(133)、速度测量模块(134)和视觉定位模块(135)；
所述GPS定位模块(131)用于进行位置定位；
所述飞控主控模块(132)用于实现无人机的控制和管理；
所述惯性测量模块(133)用于测量物体三轴姿态角以及加速度；
所述速度测量模块(134)用于测量飞行速度；
所述视觉定位模块(135)用于通过光流传感器和超声波传感器感应障碍物。
6.根据权利要求1所述的无人机航测系统，其特征在于：所述地面控制单元(200)包括航迹规划模块(210)、遥控模块(220)和数据接收显示模块(230)；
所述航迹规划模块(210)用于对无人机的飞行高度、飞行速度、飞行时间、航线条数、航线长度和横向纵向重合率制作航线；
所述遥控模块(220)用于控制无人机的起降、飞行、拍摄；
所述数据接收显示模块(230)用于设置飞控参数，监视飞行状态，显示飞行数据。
7.根据权利要求1所述的无人机航测系统，其特征在于：所述数据处理单元(300)包括影像处理模块(310)和虚拟仿真模块(320)；
所述影像处理模块(310)用于将航测的影像数据进行处理，建立对象模型；
所述虚拟仿真模块(320)用于建立虚拟仿真无人机航测模型。
8.根据权利要求7所述的无人机航测系统，其特征在于：所述影像处理模块(310)包括以下步骤：
S1.1、利用初始平差结果和POS数据自动提取控制点子影像，建立航带内和航带间的拓扑关系网；
S1.2、根据建立的拓扑关系网和POS数据全自动提取连接点；
S1.3、通过大量平差点以及快速平差算法完全剔除粗差点；
S1.4、利用控制点作空中三角测量计算获取精确的外方位元素；
S1.5、通过控制点数据生成数字高程模型；
S1.6、利用数字高程模型数据生成全景影像图。
9.根据权利要求7所述的无人机航测系统，其特征在于：所述虚拟仿真模块(320)包括以下步骤：
S2.1、将航测的照片和坐标在线AI软件实时处理；
S2.2、通过3Dmax模型编辑生成虚拟仿真模型。
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2021
- 2021-03-26 CN CN202110324103.3A patent/CN113063401A/zh active Pending
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