CN113485444B - 一种基于多旋翼无人机的大气监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于多旋翼无人机的大气监测方法及系统，涉及大气监测技术领域。该方法包括：将范围信息转换为三维地图库导入无人机中。将监测区域按照预设规则划分出目标区域，在三维地图库中查找目标区域对应的三维地图。对障碍物位置进行坐标转换，得到三维地图库中的障碍物坐标。根据目标区域的数量分配无人机，并根据目标区域范围、障碍物坐标在对应三维地图中规划飞行监测路线。获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。避免了单架无人机作业能力受到续航时间、载荷重量、环境条件等因素的限制而造成无人机应用效率低，从而通过无人机完成大气监测任务，以全面了解大气环境动态状况。
Description
技术领域
本发明涉及大气监测技术领域，具体而言，涉及一种基于多旋翼无人机的大气监测方法及系统。
背景技术
近年来，我国工业发展迅速，工业发展产生的空气污染也愈发严重。燃料燃烧、工业生产和交通运输等产生的多种复杂的大气污染物，不仅影响了城市的空气环境，也对城市居民的身体健康带来极大的损害，甚至诱发重大身体疾病。因此，对空气污染监测也越来越重要。
大气污染物测量常用的方法有：气象观测铁塔、气球观测、激光雷达、载人固定翼飞机。大量方法均通过地面设置观测站实现大气观测，受观测站限制较大。因此现有技术提出了使用固定翼飞机进行大气观测，相比地面观测方法，虽然使用固定翼飞机观测有较大灵活性，但由于实际观测区域不同的实际环境，单架无人机作业能力受到续航时间、载荷重量、环境条件等因素的限制，应用效率低，难以完成日益复杂的任务，则难以及时全面的了解大气环境动态状况和发布污染预警信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多旋翼无人机的大气监测方法及系统，用以改善现有技术中由于实际观测区域不同的实际环境，单架无人机作业能力受到续航时间、载荷重量、环境条件等因素的限制，应用效率低，难以完成日益复杂的任务，则难以及时全面的了解大气环境动态状况和发布污染预警信息的问题。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种基于多旋翼无人机的大气监测方法，其包括如下步骤：获取监测区域的范围信息，并将范围信息转换为三维地图库导入无人机中。将监测区域按照预设规则划分出目标区域，在三维地图库中查找目标区域对应的三维地图。获取目标区域中的障碍物位置，并对障碍物位置进行坐标转换，得到三维地图库中的障碍物坐标。根据目标区域的数量分配无人机，并根据目标区域范围、障碍物坐标在对应三维地图中规划飞行监测路线。无人机按照飞行监测路线进行飞行，以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。
在本发明的一些实施例中，上述根据目标区域范围、障碍物坐标在对应三维地图中规划飞行监测路线的步骤包括：将三维地图中障碍物坐标抠除。以目标区域的任一边缘点为起飞位置，按照目标区域轮廓的轨迹绕行多次直至到达目标区域的中心，以规划飞行监测路线。
在本发明的一些实施例中，上述实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站的步骤之后，还包括：地面站对大气状态参数和遥感图像进行处理，并将处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像进行记录。
在本发明的一些实施例中，上述地面站对大气状态参数和遥感图像进行处理的步骤之后，还包括：根据处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像生成大气环境分析报告。
在本发明的一些实施例中，上述根据目标区域的数量分配无人机的步骤之后，还包括：实时监测无人机的飞行状态，飞行状态包括无人机的位置和飞行姿态信息。
在本发明的一些实施例中，上述将监测区域按照预设规则划分出目标区域的步骤之后，还包括：对目标区域进行编号。
在本发明的一些实施例中，上述无人机通过4G/5G/WiFi通信模块实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。
第二方面，本申请实施例提供一种基于多旋翼无人机的大气监测系统，其包括：三维地图库导入模块，用于获取监测区域的范围信息，并将范围信息转换为三维地图库导入无人机中。三维地图查找模块，用于将监测区域按照预设规则划分出目标区域，在三维地图库中查找目标区域对应的三维地图。障碍物坐标得到模块，用于获取目标区域中的障碍物位置，并对障碍物位置进行坐标转换，得到三维地图库中的障碍物坐标。飞行监测路线规划模块，用于根据目标区域的数量分配无人机，并根据目标区域范围、障碍物坐标在对应三维地图中规划飞行监测路线。数据传输模块，用于无人机按照飞行监测路线进行飞行，以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。
在本发明的一些实施例中，上述飞行监测路线规划模块包括：障碍物坐标抠除单元，用于将三维地图中障碍物坐标抠除。飞行监测路线规划单元，用于以目标区域的任一边缘点为起飞位置，按照目标区域轮廓的轨迹绕行多次直至到达目标区域的中心，以规划飞行监测路线。
在本发明的一些实施例中，上述基于多旋翼无人机的大气监测系统还包括：记录单元，用于地面站对大气状态参数和遥感图像进行处理，并将处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像进行记录。
在本发明的一些实施例中，上述基于多旋翼无人机的大气监测系统还包括：大气环境分析报告生成模块，用于根据处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像生成大气环境分析报告。
在本发明的一些实施例中，上述基于多旋翼无人机的大气监测系统还包括：飞行状态监测模块，用于实时监测无人机的飞行状态，飞行状态包括无人机的位置和飞行姿态信息。
在本发明的一些实施例中，上述基于多旋翼无人机的大气监测系统还包括：编号模块，用于对目标区域进行编号。
在本发明的一些实施例中，上述无人机通过4G/5G/WiFi通信模块实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，其包括存储器，用于存储一个或多个程序；处理器。当一个或多个程序被处理器执行时，实现如上述第一方面中任一项的方法。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项的方法。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本发明提供一种基于多旋翼无人机的大气监测方法及系统，其包括如下步骤：获取监测区域的范围信息，并将范围信息转换为三维地图库导入无人机中。将监测区域按照预设规则划分出目标区域，在三维地图库中查找目标区域对应的三维地图。获取目标区域中的障碍物位置，并对障碍物位置进行坐标转换，得到三维地图库中的障碍物坐标。根据目标区域的数量分配无人机，并根据目标区域范围、障碍物坐标在对应三维地图中规划飞行监测路线。无人机按照飞行监测路线进行飞行，以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。该方法及系统根据实际情况确定监测区域，进而根据监测区域获取监测区域的范围信息，并将监测区域转换为三维地图库的形式存储于多旋翼无人机中。多旋翼无人机可以弥补固定翼无人机无法悬停、操作难度高和价格昂贵的问题，且多旋翼无人机具有重量轻、便携、操作简单的特点。根据预设规则将监测区域划分出目标区域，并在三维地图库中查找目标区域对应的三维地图。根据实际环境的目标区域中障碍物位置确定该障碍物在三维地图库中的坐标，以完成障碍物位置的坐标转换，得到障碍物坐标。根据目标区域的数量分配无人机，使得无人机与目标区域一一匹配，以限制无人机只能在该目标区域进行飞行，避免无人机飞行到其余区域而造成数据混乱，也有效避免无人机电量无端浪费。无人机按照飞行监测路线进行飞行时，可以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。达到了同时对多个目标区域进行大气监测的效果。避免了单架无人机作业能力受到续航时间、载荷重量、环境条件等因素的限制而造成无人机应用效率低，从而通过无人机完成大气监测任务，以全面了解大气环境动态状况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于多旋翼无人机的大气监测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种气体传感器电路工作原理图；
图3为本发明实施例提供的一种地面站接收端原理图；
图4为本发明实施例提供的一种无人机发射端原理图；
图5为本发明实施例提供的一种多旋翼无人机的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种地面站采集软件的处理界面；
图7为本发明实施例提供的一种基于多旋翼无人机的大气监测系统的结构框图；
图8为本发明实施例提供的一种电子设备的示意性结构框图。
图标：100-基于多旋翼无人机的大气监测系统；110-三维地图库导入模块；120-三维地图查找模块；130-障碍物坐标得到模块；140-飞行监测路线规划模块；150-数据传输模块；1-外伸臂；2-电机；101-存储器；102-处理器；103-通信接口。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，若出现术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，若出现由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。
实施例
请参照图1，图1所示为本申请实施例提供的一种基于多旋翼无人机的大气监测方法的流程图。一种基于多旋翼无人机的大气监测方法，其包括如下步骤：
S110：获取监测区域的范围信息，并将范围信息转换为三维地图库导入无人机中；
具体的，根据实际情况确定监测区域，根据监测区域获取监测区域的范围信息，根据监测区域的范围信息，将监测区域转换为三维地图库的形式存储于无人机中。
示例性的，上述无人机可以是多旋翼无人机。相比固定翼无人机，多旋翼无人机可以弥补固定翼无人机无法悬停、操作难度高和价格昂贵的问题。而且多旋翼无人机具有重量轻、便携、操作简单的特点。
S120：将监测区域按照预设规则划分出目标区域，在三维地图库中查找目标区域对应的三维地图；
具体的，可以根据监测区域的面积大小划分目标区域，并在三维地图库中查找与目标区域对应的三维地图。
示例性的，上述预设规则可以是将监测区域划分为n×n的矩形，其中，n为矩形的边长，且上述矩形可以是包含了目标区域的最小矩形，从而减小了空白区域的面积。若检测区域为不规则几何图形，则用n×n矩形对监测区域划分时，在n×n矩形中包含目标区域和空白区域。
S130：获取目标区域中的障碍物位置，并对障碍物位置进行坐标转换，得到三维地图库中的障碍物坐标；
具体的，根据实际环境的目标区域中障碍物位置确定该障碍物在三维地图库中的坐标，以完成障碍物位置的坐标转换，得到障碍物坐标。
S140：根据目标区域的数量分配无人机，并根据目标区域范围、障碍物坐标在对应三维地图中规划飞行监测路线；
具体的，一个无人机可以采集一个目标区域的大气数据，用户根据目标区域匹配的无人机，将无人机的飞行范围设定为该目标区域对应的三维地图，进而限制无人机只能在该目标区域进行飞行，避免无人机飞行到其余区域而造成数据混乱，也有效避免无人机电量无端浪费。当任一无人机采集对应目标区域的大气数据时，可以以目标区域的任一边缘点为起飞位置，按照目标区域轮廓的轨迹飞行多次直到飞至目标区域的中心，以完成对应目标区域的大气监测，达到了同时对多个目标区域进行大气监测的效果。避免了单架无人机作业能力受到续航时间、载荷重量、环境条件等因素的限制而造成无人机应用效率低，从而通过无人机完成大气监测任务，以全面了解大气环境动态状况。
示例性的，若目标区域的数量为四个，则无人机数量也可以为四个，以使得目标区域和无人机可以一一匹配。
S150：无人机按照飞行监测路线进行飞行，以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。
具体的，上述大气状态参数可以是PM2.5、二氧化硫等大气污染物浓度。上述无人机可以搭载气体传感器和摄像机。气体传感器可以采集PM2.5和二氧化硫。摄像机可以对目标区域进行拍摄，以对污染浓度较大的可见性污染源如黑烟囱、秸秆焚烧等进行监控。无人机将目标区域拍摄的图像转换为遥感图像传输至地面站。
上述实现过程中，该方法根据实际情况确定监测区域，进而根据监测区域获取监测区域的范围信息，并将监测区域转换为三维地图库的形式存储于多旋翼无人机中。多旋翼无人机可以弥补固定翼无人机无法悬停、操作难度高和价格昂贵的问题，且多旋翼无人机具有重量轻、便携、操作简单的特点。根据预设规则将监测区域划分出目标区域，并在三维地图库中查找目标区域对应的三维地图。根据实际环境的目标区域中障碍物位置确定该障碍物在三维地图库中的坐标，以完成障碍物位置的坐标转换，得到障碍物坐标。根据目标区域的数量分配无人机，使得无人机与目标区域一一匹配，以限制无人机只能在该目标区域进行飞行，避免无人机飞行到其余区域而造成数据混乱，也有效避免无人机电量无端浪费。无人机按照飞行监测路线进行飞行时，可以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。达到了同时对多个目标区域进行大气监测的效果。避免了单架无人机作业能力受到续航时间、载荷重量、环境条件等因素的限制而造成无人机应用效率低，从而通过无人机完成大气监测任务，以全面了解大气环境动态状况。
请参照图5，图5所示为本申请实施例提供的一种多旋翼无人机的结构示意图。上述多旋翼无人机具有六个外伸臂1，且每一个外伸臂1都搭载了一个电机2，从而使得多旋翼无人机能够搭载更多设备，而且若其中一个电机2故障失效时，其余5个电机2仍然可以保证多旋翼无人机的相对稳定，以使多旋翼无人机安全着落。相邻两个外伸臂1之间间隔为120度，且相邻两个电机2的旋转方向不一致，以抵消产生的扭矩。
请参照图2，图2所示为本申请实施例提供的一种气体传感器电路工作原理图。传感器MQ-2的4脚输出随烟雾浓度变化的直流信号到比较器U1的2脚，电阻Rp构成比较器的门槛电压。当烟雾浓度较高，传感器MQ-2的输出电压高于门槛电压时，比较器U1输出低电平，此时LED闪烁，以达到报警的效果。当浓度降低，传感器MQ-2的输出电压低于门槛电压时，比较器U1输出高电平，此时LED熄灭。调节电阻Rp可以调节比较器U1的门槛电压，以调节报警输出的灵敏度。电阻R1串入传感器MQ-2的加热回路，以使加热丝免受冷上电时的冲击。传感器MQ-2对甲烷的探测范围是5000～20000ppm，即0.5％-2％。从与传感器MQ-2串联的电阻R2得到参考电压，并将参考电压经A/D转换为数字电压，以得到大气中甲烷的PPM值，即为监测大气的浓度。
在本实施例的一些实施方式中，上述根据目标区域范围、障碍物坐标在对应三维地图中规划飞行监测路线的步骤包括：将三维地图中障碍物坐标抠除。以目标区域的任一边缘点为起飞位置，按照目标区域轮廓的轨迹绕行多次直至到达目标区域的中心，以规划飞行监测路线。具体的，当任一无人机采集对应目标区域的大气数据时，可以以目标区域的任一边缘点为起飞位置，按照目标区域轮廓的轨迹飞行多次直到飞至目标区域的中心，以完成对应目标区域的大气监测，达到了同时对多个目标区域进行大气监测的效果。避免了单架无人机作业能力受到续航时间、载荷重量、环境条件等因素的限制而造成无人机应用效率低。
请参照图6，图6所示为本申请实施例提供的一种地面站采集软件的处理界面。实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站的步骤之后，还包括：地面站对大气状态参数和遥感图像进行处理，并将处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像进行记录。具体的，当大气状态参数和遥感图像传输至地面站时，地面站采集软件将对大气状态参数和遥感图像进行处理，并将得到的数据如串口工作状态、串口、波特率、数据位、检验位、停止位、当前CO浓度以及当前SO2浓度等进行显示。记录处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像，方便用户查看历史大气数据。
在本实施例的一些实施方式中，上述地面站对大气状态参数和遥感图像进行处理的步骤之后，还包括：根据处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像生成大气环境分析报告。具体的，大气环境分析报告可以使用户直观看到处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像。
在本实施例的一些实施方式中，上述根据目标区域的数量分配无人机的步骤之后，还包括：实时监测无人机的飞行状态，飞行状态包括无人机的位置和飞行姿态信息。具体的，用户可以通过地面站实时检测无人机的飞行状态，以获取无人机姿态信息。且用户可以通过地面站实时获取无人机的位置，从而判断无人机是否偏离航线。
上述实现过程中，若根据无人机姿态信息获知无人机未处于稳定的飞行姿态，则用户可以通过地面站及遥控器改变无人机的飞行模式，使无人机定高、定点或是自动返航至用户所在的位置。从而有效减少无人机的手动操作干扰。
在本实施例的一些实施方式中，上述将监测区域按照预设规则划分出目标区域的步骤之后，还包括：对目标区域进行编号。以使各个目标区域之间的区分度更高。
在本实施例的一些实施方式中，上述无人机通过4G/5G/WiFi通信模块实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。具体的，4G/5G/WiFi通信模块可以实现无人机与地面站的通信。
需要说明的是，在本实施例中，上述WiFi通信模块可以是2.4G频段和5.8G频段。2.4G频段穿透性好，且覆盖距离远，增长了无人机与地面站的通信距离。5.8G频段的传输速率高，从而保证了无人机与地面站的通信效率。
请参照图7，图7所示为本申请实施例提供一种基于多旋翼无人机的大气监测系统100的结构框图。一种基于多旋翼无人机的大气监测系统100，其包括：三维地图库导入模块110，用于获取监测区域的范围信息，并将范围信息转换为三维地图库导入无人机中。三维地图查找模块120，用于将监测区域按照预设规则划分出目标区域，在三维地图库中查找目标区域对应的三维地图。障碍物坐标得到模块130，用于获取目标区域中的障碍物位置，并对障碍物位置进行坐标转换，得到三维地图库中的障碍物坐标。飞行监测路线规划模块140，用于根据目标区域的数量分配无人机，并根据目标区域范围、障碍物坐标在对应三维地图中规划飞行监测路线。数据传输模块150，用于无人机按照飞行监测路线进行飞行，以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。具体的，该系统根据实际情况确定监测区域，进而根据监测区域获取监测区域的范围信息，并将监测区域转换为三维地图库的形式存储于多旋翼无人机中。多旋翼无人机可以弥补固定翼无人机无法悬停、操作难度高和价格昂贵的问题，且多旋翼无人机重量轻、便携、操作简单。根据预设规则将监测区域划分出目标区域，并在三维地图库中查找目标区域对应的三维地图。根据实际环境的目标区域中障碍物位置确定该障碍物在三维地图库中的坐标，以完成障碍物位置的坐标转换，得到障碍物坐标。根据目标区域的数量分配无人机，使得无人机与目标区域一一匹配，以限制无人机只能在该目标区域进行飞行，避免无人机飞行到其余区域而造成数据混乱，也有效避免无人机电量无端浪费。无人机按照飞行监测路线进行飞行时，可以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。达到了同时对多个目标区域进行大气监测的效果。避免了单架无人机作业能力受到续航时间、载荷重量、环境条件等因素的限制而造成无人机应用效率低，从而通过无人机完成大气监测任务，以全面了解大气环境动态状况。
需要说明的是，无人机将采集的大气数据回传至地面站进行记录的过程中。无人机的发射端电路原理图可以参照图4，地面站的接收端电路原理图可以参照图3。
在本实施例的一些实施方式中，上述飞行监测路线规划模块140包括：障碍物坐标抠除单元，用于将三维地图中障碍物坐标抠除。飞行监测路线规划单元，用于以目标区域的任一边缘点为起飞位置，按照目标区域轮廓的轨迹绕行多次直至到达目标区域的中心，以规划飞行监测路线。具体的，当任一无人机采集对应目标区域的大气数据时，可以以目标区域的任一边缘点为起飞位置，按照目标区域轮廓的轨迹飞行多次直到飞至目标区域的中心，以完成对应目标区域的大气监测，达到了同时对多个目标区域进行大气监测的效果。避免了单架无人机作业能力受到续航时间、载荷重量、环境条件等因素的限制而造成无人机应用效率低。
在本实施例的一些实施方式中，上述基于多旋翼无人机的大气监测系统100还包括：记录单元，用于地面站对大气状态参数和遥感图像进行处理，并将处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像进行记录。方便了用户查看历史大气数据。
在本实施例的一些实施方式中，上述基于多旋翼无人机的大气监测系统100还包括：大气环境分析报告生成模块，用于根据处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像生成大气环境分析报告。以使用户直观看到处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像。
在本实施例的一些实施方式中，上述基于多旋翼无人机的大气监测系统100还包括：飞行状态监测模块，用于实时监测无人机的飞行状态，飞行状态包括无人机的位置和飞行姿态信息。具体的，用户可以通过地面站实时检测无人机的飞行状态，以获取无人机姿态信息。且用户可以通过地面站实时获取无人机的位置，从而判断无人机是否偏离航线。
在本实施例的一些实施方式中，上述基于多旋翼无人机的大气监测系统100还包括：编号模块，用于对目标区域进行编号。以使各个目标区域之间的区分度更高。
在本实施例的一些实施方式中，上述无人机通过4G/5G/WiFi通信模块实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。
请参阅图8，图8为本申请实施例提供的电子设备的一种示意性结构框图。电子设备包括存储器101、处理器102和通信接口103，该存储器101、处理器102和通信接口103相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器101可用于存储软件程序及模块，如本申请实施例所提供的一种基于多旋翼无人机的大气监测系统100对应的程序指令/模块，处理器102通过执行存储在存储器101内的软件程序及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。该通信接口103可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。
其中，存储器101可以是但不限于，随机存取存储器101(Random Access Memory，RAM)，只读存储器101(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器101(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器101(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器101(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。
处理器102可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器102可以是通用处理器102，包括中央处理器102(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器102(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器102(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
可以理解，图8所示的结构仅为示意，电子设备还可包括比图8中所示更多或者更少的组件，或者具有与图5所示不同的配置。图8中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器101(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器101(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
综上所述，本申请实施例提供的一种基于多旋翼无人机的大气监测方法及系统，其包括如下步骤：获取监测区域的范围信息，并将范围信息转换为三维地图库导入无人机中。将监测区域按照预设规则划分出目标区域，在三维地图库中查找目标区域对应的三维地图。获取目标区域中的障碍物位置，并对障碍物位置进行坐标转换，得到三维地图库中的障碍物坐标。根据目标区域的数量分配无人机，并根据目标区域范围、障碍物坐标在对应三维地图中规划飞行监测路线。无人机按照飞行监测路线进行飞行，以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。该方法及系统根据实际情况确定监测区域，进而根据监测区域获取监测区域的范围信息，并将监测区域转换为三维地图库的形式存储于多旋翼无人机中。多旋翼无人机可以弥补固定翼无人机无法悬停、操作难度高和价格昂贵的问题，且多旋翼无人机重量轻、便携、操作简单。根据预设规则将监测区域划分出目标区域，并在三维地图库中查找目标区域对应的三维地图。根据实际环境的目标区域中障碍物位置确定该障碍物在三维地图库中的坐标，以完成障碍物位置的坐标转换，得到障碍物坐标。根据目标区域的数量分配无人机，使得无人机与目标区域一一匹配，以限制无人机只能在该目标区域进行飞行，避免无人机飞行到其余区域而造成数据混乱，也有效避免无人机电量无端浪费。无人机按照飞行监测路线进行飞行时，可以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。达到了同时对多个目标区域进行大气监测的效果。避免了单架无人机作业能力受到续航时间、载荷重量、环境条件等因素的限制而造成无人机应用效率低，从而通过无人机完成大气监测任务，以全面了解大气环境动态状况。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。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，本申请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申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种基于多旋翼无人机的大气监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取监测区域的范围信息，并将所述范围信息转换为三维地图库导入无人机中；
将所述监测区域按照预设规则划分出目标区域，在所述三维地图库中查找目标区域对应的三维地图；
将所述监测区域按照预设规则划分出目标区域的之后，还包括：
对所述目标区域进行编号；
获取目标区域中的障碍物位置，并对所述障碍物位置进行坐标转换，得到三维地图库中的障碍物坐标；
根据目标区域的数量分配无人机，并根据所述目标区域范围、障碍物坐标在对应三维地图中规划飞行监测路线，步骤包括：
将三维地图中障碍物坐标抠除；
以目标区域的任一边缘点为起飞位置，按照目标区域轮廓的轨迹绕行多次直至到达目标区域的中心，以规划飞行监测路线；
实时监测无人机的飞行状态，所述飞行状态包括无人机的位置和飞行姿态信息；
无人机按照飞行监测路线进行飞行，以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。
2.根据权利要求1所述的基于多旋翼无人机的大气监测方法，其特征在于，实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站的步骤之后，还包括：
所述地面站对所述大气状态参数和所述遥感图像进行处理，并将处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像进行记录。
3.根据权利要求2所述的基于多旋翼无人机的大气监测方法，其特征在于，所述地面站对所述大气状态参数和所述遥感图像进行处理的步骤之后，还包括：根据处理后的大气状态参数和处理后的遥感图像生成大气环境分析报告。
4.根据权利要求1所述的基于多旋翼无人机的大气监测方法，其特征在于，无人机通过4G/5G/WiFi通信模块实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。
5.一种基于多旋翼无人机的大气监测系统，应用于权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
三维地图库导入模块，用于获取监测区域的范围信息，并将所述范围信息转换为三维地图库导入无人机中；
三维地图查找模块，用于将所述监测区域按照预设规则划分出目标区域，在所述三维地图库中查找目标区域对应的三维地图；
障碍物坐标得到模块，用于获取目标区域中的障碍物位置，并对所述障碍物位置进行坐标转换，得到三维地图库中的障碍物坐标；
飞行监测路线规划模块，用于根据目标区域的数量分配无人机，并根据所述目标区域范围、障碍物坐标在对应三维地图中规划飞行监测路线；
数据传输模块，用于无人机按照飞行监测路线进行飞行，以获取目标区域的大气状态参数和遥感图像，并实时将大气状态参数和遥感图像传输至地面站。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储一个或多个程序；
处理器；
当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116973522A (zh) * | 2023-09-22 | 2023-10-31 | 深圳市天地互通科技有限公司 | 集成式大气自动监测控制系统 |
| CN117053800B (zh) * | 2023-10-09 | 2024-01-09 | 中国气象科学研究院 | 用于气象观测的无人机航路规划方法、装置、设备及介质 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103481786A (zh) * | 2013-09-12 | 2014-01-01 | 北京航空航天大学 | 一种基于风光互补能源的极地机器人 |
| CN104656658A (zh) * | 2015-01-19 | 2015-05-27 | 环境保护部卫星环境应用中心 | 基于无人机的大气排污遥感监测方法及系统 |
| CN107422747A (zh) * | 2017-08-14 | 2017-12-01 | 上海交通大学 | 用于大气环境在线监测及大气受控采样的无人机系统 |
| CN107784313A (zh) * | 2016-08-25 | 2018-03-09 | 河北国呈电子科技有限公司 | 环境监测方法、装置及其结果处理方法、装置和监测系统 |
| WO2018218516A1 (zh) * | 2017-05-31 | 2018-12-06 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 无人机返航路径规划方法及装置 |
| KR20190051704A (ko) * | 2017-11-07 | 2019-05-15 | 공간정보기술 주식회사 | 스테레오 카메라 드론을 활용한 무기준점 3차원 위치좌표 취득 방법 및 시스템 |
| WO2020062178A1 (zh) * | 2018-09-29 | 2020-04-02 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 基于地图识别目标对象的方法与控制终端 |
| CN111765924A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-13 | 江苏中科智能制造研究院有限公司 | 一种基于多无人机的大气环境监测方法与系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103481786A (zh) * | 2013-09-12 | 2014-01-01 | 北京航空航天大学 | 一种基于风光互补能源的极地机器人 |
| CN104656658A (zh) * | 2015-01-19 | 2015-05-27 | 环境保护部卫星环境应用中心 | 基于无人机的大气排污遥感监测方法及系统 |
| CN107784313A (zh) * | 2016-08-25 | 2018-03-09 | 河北国呈电子科技有限公司 | 环境监测方法、装置及其结果处理方法、装置和监测系统 |
| WO2018218516A1 (zh) * | 2017-05-31 | 2018-12-06 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 无人机返航路径规划方法及装置 |
| CN107422747A (zh) * | 2017-08-14 | 2017-12-01 | 上海交通大学 | 用于大气环境在线监测及大气受控采样的无人机系统 |
| KR20190051704A (ko) * | 2017-11-07 | 2019-05-15 | 공간정보기술 주식회사 | 스테레오 카메라 드론을 활용한 무기준점 3차원 위치좌표 취득 방법 및 시스템 |
| WO2020062178A1 (zh) * | 2018-09-29 | 2020-04-02 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 基于地图识别目标对象的方法与控制终端 |
| CN111765924A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-13 | 江苏中科智能制造研究院有限公司 | 一种基于多无人机的大气环境监测方法与系统 |
Non-Patent Citations (1)
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| 基于三维路径规划的旋翼无人机避障技术;周经中;阳仁庆;向兰仕;;电气时代(第03期);全文 * |
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