CN113791637A - 一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，涉及自动控制技术领域，解决了现有方案无人机航测路径规划不完善，预警措施不足导致航测效率低的技术问题；本发明在无人机飞行过程中采集数据并进行环境预警，根据环境预警结果实时调整无人机的航测高度；在飞行过程中对飞行环境实时预警，既能够保证无人机采集的数据质量，又能够避免补飞区域的增大，提高了航测效率；本发明中补飞任务的设置时刻在无人机完成航测之前，将已经完成航测的区域中出现未采集到航测图像或者航测图像不合格的区域标记补飞区域，根据补飞区域设置补飞任务，不需要等到所有航测都完成时再设置补飞任务，对时间进行充分利用，采用并行处理方式提高航测效率。

Description

一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法

技术领域

本发明属于自动控制领域，涉及航测系统的智能化处理技术，具体是一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法。

背景技术

无人机航测是一种新型地理信息获取方式，相比于传统的测量测绘，可以用较小的成本获取较高精度的外业数据。现有航测系统具有扫描速度快、实时性强、主动性强、全数字特征的特点，极大地降低了成本，提高了整体作业效率。

航测过程中，当作业区域的范围很大时，则同时需要多架无人机进行协同作业，数量过多的无人机执行航测任务时的路径会出现重叠，这会导致无人机发生碰撞事故；且无人机无法预测突然出现的极端天气，导致无人机返回的数据异常，降低航测效率；因此，亟需一种能够保证无人机以及航测数据可靠性的智能化快速处理方法。

发明内容

本发明提供了一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，用于解决现有方案无人机航测路径规划不完善，预警措施不足导致航测效率低的技术问题，本发明通过在无人机执行任务中进行环境预警以及适时设置补飞任务解决了上述问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，包括：

通过航测控制系统获取航测任务，根据航测任务获取航测时间；所述航测任务包括作业区域和截止时间；

航测任务执行前，根据航测任务和航测时间获取天气评估标签；

当天气评估标签满足航测要求时，选择并标记无人机；

通过航测控制系统规划无人机的航测路径，无人机根据航测路径飞行，并在飞行过程中实时采集数据并进行环境预警，根据环境预警结果实时调整无人机的航测高度；其中，在规划航测路径时，预先设置航向重叠度、旁向重叠度和航测高度；

统计航测任务的任务完成度，根据任务完成度设置补飞任务；

航测控制系统控制无人机完成补飞任务。

优选的，通过人工输入方式或者数据导入方式获取航测任务。

优选的，通过所述人工输入方式获取航测任务，包括：

工作人员选择航测基点和设置截止时间；其中，航测基点的数量不小于3个；

根据航测基点生成作业区域，作业区域结合截止时间生成航测任务；

优选的，通过所述数据导入方式获取航测任务，包括：

将任务数据导入航测控制系统；其中，任务数据包括航测基点坐标和截止时间；

航测控制系统分析任务数据形成作业区域，作业区域结合任务数据中的截止时间生成航测任务。

优选的，所述航测时间为航测任务开始的时间，根据截止时间和作业区域进行推算。

优选的，所述天气评估标签的获取包括：

获取作业区域内的天气预警数据；其中，所述天气预警数据包括风速、温度、湿度和气压；

将天气预警数据输入至天气评估模型获取天气评估标签。

优选的，所述天气评估模型的获取包括：

获取标准训练数据；其中，标准训练数据包括无人机执行航测任务失败时和执行任务成功时的环境数据；

为标准训练数据设置天气评估标签；将航测任务失败时环境数据对应的天气评估标签设置为1，将航测任务成功时环境数据对应的天气评估标签设置为0；

构建人工智能模型；其中，人工智能模型包括支持向量机和深度卷积神经网络中的一种；

通过标准训练数据及对应的天气评估标签训练人工智能模型，将完成训练的人工智能模型标记为天气评估模型。

优选的，所述无人机根据航测任务选择，包括：

提取航测任务中的作业区域，并获取作业时间；其中，作业时间为无人机进行航测时的需求时间；

根据作业区域和作业时间确定无人机数量，并对无人机进行编号。

优选的，所述无人机数量的确定包括：

获取作业区域的区域面积，并标记为QM；将作业时间标记为ZS；

通过公式WS＝ɑ×QM/(ZS×DQ)获取无人机数量WS；其中，DQ表示单位时间内单个无人机完成的航测区域面积，ɑ为比例系数，且ɑ为大于0的实数。

优选的，规划所述航测路径时，航向重叠度为60％-90％，旁向重叠度为30％-60％。

优选的，根据环境数据获取所述环境预警结果，包括：

获取无人机的实时位置，并设置设定区域；其中，设定区域的形状为矩形或者圆形，且设定区域设置在无人机的剩余航测路径上；

获取设定区域的天气评估标签，当天气评估标签满足航测要求时，则控制无人机按照对应航测路径和航测高度正常运行；当天气评估标签不满足航测要求时，则控制无人机降低航测高度，同时按照对应航测路径运行。

优选的，根据任务完成度设置补飞任务，包括：

获取航测任务的任务完成度，并标记为RWD；

当任务完成度L1≤RWD≤1时，则获取补飞区域，根据补飞区域规划补飞路径；其中，L1为完成度阈值，且0.2≤L1≤0.8；

将补飞区域和补飞路径整合生成补飞任务。

优选的，所述无人机设置有信号收发单元、控制单元和数据采集单元；所述航测控制系统分别与信号收发单元、控制单元、数据采集单元通信连接；所述信号收发单元用于实现无人机和航测控制系统的数据交互，所述控制单元用于控制无人机飞行并采集数据，所述数据采集单元用于采集航测图像、飞行数据和环境数据；其中，飞行数据包括飞行速度、飞行高度、飞行姿态和实时位置，环境数据包括温度、风速、湿度和气压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在无人机飞行过程中采集数据并进行环境预警，根据环境预警结果实时调整无人机的航测高度；获取设定区域的天气评估标签，当天气评估标签满足航测要求时，则控制无人机按照对应航测路径和航测高度正常运行；当天气评估标签不满足航测要求时，则控制无人机降低航测高度，同时按照对应航测路径运行；在飞行过程中对飞行环境实时预警，既能够保证无人机采集的数据质量，又能够避免补飞区域的增大，提高了航测效率。

2、本发明中补飞任务的设置时刻在无人机完成航测之前，将已经完成航测的区域中出现未采集到航测图像或者航测图像不合格的区域标记补飞区域，根据补飞区域设置补飞任务，不需要等到所有航测都完成时再设置补飞任务，对时间进行充分利用，采用并行处理方式提高航测效率。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的工作步骤示意图；

图2为本发明的系统原理示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。

这里使用的术语用于描述实施例，并不意图限制和/或限制本公开；应该注意的是，除非上下文另有明确指示，否则单数形式的“一”、“一个”和“该”也包括复数形式；而且，尽管属于“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种元件，但是元件不受这些术语的限制，这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。

请参阅图1-图2，本申请提供了一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，包括：

通过航测控制系统获取航测任务，根据航测任务获取航测时间；

航测任务执行前，根据航测任务和航测时间获取天气评估标签；

当天气评估标签满足航测要求时，选择并标记无人机；

通过航测控制系统规划无人机的航测路径，无人机根据航测路径飞行，并在飞行过程中实时采集数据并进行环境预警，根据环境预警结果实时调整无人机的航测高度；

统计航测任务的任务完成度，根据任务完成度设置补飞任务；

航测控制系统控制无人机完成补飞任务。

本申请中，基于无人机航测系统实现智能化快速处理方法，其依托的硬件包括无人机以及控制无人机的航测控制系统。

本申请中的无人机设置有信号收发单元、控制单元和数据采集单元；信号收发单元用于实现无人机和航测控制系统之间的数据交互；控制单元用于控制无人机飞行，并控制无人机进行数据采集；数据采集单元用于采集航测图像、飞行数据和环境数据。本实施例中的航测图像指的是通过数据采集单元获取的地理图像，飞行数据包括飞行速度、飞行高度、飞行姿态、实时位置等描述无人机飞行状态的参数，环境数据包括温度、湿度、风速、气压等影响无人机完成航测任务的环境参数。本申请中的航测控制系统分别与信号收发单元、控制单元、数据采集单元通信连接。

本申请提供的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，首先需要获取航测任务。本申请提供了人工输入方式或者数据导入方式获取航测任务。

本实施例中，人工输入方式是直接通过工作人员设置航测基点和截止时间，然后根据航测基点来生成作业区域，将作业区域和截止时间拼接生成航测任务；考虑到需要根据航测基点来生成作业区域，因此航测基点的数量不小于3个；在另外一些优选的实施例中，需要考虑作业区域的规则性，如矩形、圆形等，则根据具体需求设置航测基点。截止时间是指航测任务的完结时间。

本实施例中，数据导入方式是将任务数据导入航测控制系统，航测控制系统分析任务数据形成作业区域，作业区域结合任务数据中的截止时间生成航测任务。值得注意的是，数据导入方式需要提前生成任务数据，且数据导入方式可满足作业区域超过一个的场景，能够进行批量提取，批量处理，保证航测任务的生成效率。

本申请提供的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，需要根据航测任务获取航测时间。航测时间的获取既要考虑航测的需求时间，又要考虑图像处理的需求时间；因此，根据航测的需求时间和图像处理的需求时间可以计算出截止时间。如当前时间为14：00，截止时间为同日的16：00，图像处理的需求时间为1小时，航测的需求时间为40分钟，则同日的14：20即为航测时间。

本申请提供的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，在航测任务执行前，根据航测任务和航测时间获取天气评估标签，包括：

获取作业区域内的天气预警数据；其中，天气预警数据包括风速、温度、湿度、气压等影响无人机执行航测任务的天气因素；

将天气预警数据输入至天气评估模型获取天气评估标签。

本实施例中，天气预警数据的获取时间段可以是航测时间和截止时间之间的，也可以是包括航测时间和截止时间的时间段。

本实施例中，天气预警数据通过气象评估获取。

本实施例中，天气评估模型通过深度卷积神经网络获取，包括：

获取存储在航测控制系统内的标准训练数据；本实施例中所指的标准训练数据既包括无人机执行航测任务失败时的环境数据，也包括执行航测任务成功时的环境数据；值得注意的是，航测任务执行失败包括无人机航测路径偏离以及航测图像不满足质量要求；

为标准训练数据设置天气评估标签；将航测任务失败时环境数据对应的天气评估标签设置为1，将航测任务成功时环境数据对应的天气评估标签设置为0；

通过标准训练数据以及对应的天气评估标签训练深度卷积神经网络，将训练完成的深度卷积神经网络标记为天气评估模型。

本申请提供的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法中，根据航测任务选择并标记无人机。当作业区域比较小，一个无人机能够完成航测任务时，则随机选择无人机即可；当作业区域较大，需要多个无人机同时执行航测任务时，则需要选择一定数量的无人机。本实施例中，可以用大于0的整数对无人机进行编号，如1、2、3……，方便将对应无人机的相关数据进行归类，

本实施例提出根据作业区域和作业时间确定无人机数量，具体包括：

获取作业区域的区域面积，并标记为QM；将作业时间标记为ZS；

通过公式WS＝ɑ×QM/(ZS×DQ)获取无人机数量WS；其中，DQ表示单位时间内单个无人机完成的航测区域面积，ɑ为比例系数，且ɑ通常取值为1；本实施例中的单位时间可以是1秒、1分钟或者1小时。

本实施例中，作业时间是指航测时间和截止时间的时间差值中减去图像处理的需求时间；在另外一些优选的实施例中，无人机采集航测图像和图像处理同步进行时，则作业时间至航测时间和截止时间的时间差值。

本申请提供的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法中，通过航测控制系统规划无人机的航测路径，无人机根据航测路径飞行，并在飞行过程中实时采集数据并进行环境预警，根据环境预警结果实时调整无人机的航测高度。

考虑到作业区域比较大时，局部区域的天气会发生突变，因此本申请在无人机飞行过程中会进行环境预警，尽可能避免采集的航测图像不满足质量要求。

环境预警结果的获取具体包括：

获取无人机的实时位置，并设置设定区域；

获取设定区域的天气评估标签，当天气评估标签满足航测要求时，则控制无人机按照对应航测路径和航测高度正常运行；当天气评估标签不满足航测要求时，则控制无人机降低航测高度，同时按照对应航测路径运行。

本实施例中，设定区域的形状为矩形或者圆形，保证能够覆盖航测路径的宽度即可，且设定区域设置在无人机的剩余航测路径上，尽可能靠近无人机的实时位置。

本实施例中，当设定区域的天气评估标签为1时，则无人机按照航测路径和航测高度执行航测任务，当设定区域的天气评估标签为0时，降低无人机的航测高度，避免无人机采集的航测图像质量不合格。

本申请提供的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法中，统计航测任务的任务完成度，根据任务完成度设置补飞任务，航测控制系统控制无人机完成补飞任务。

本实施例中，补飞任务的设置包括：

获取航测任务的任务完成度，并标记为RWD；

当任务完成度L1≤RWD≤1时，则获取补飞区域，根据补飞区域规划补飞路径；其中，L1为完成度阈值，且0.2≤L1≤0.8；

将补飞区域和补飞路径整合生成补飞任务。

值得注意的是，补飞区域包括航测图像质量不合格的作业区域和漏飞的作业区域。针对补飞区域重新规划飞行路径，通过航测控制系统控制闲置的无人机沿着飞行路径采集航测图像，可以充分利用无人机，提高航测效率。

举例来说，当任务完成度0.9时，则判定可以进行补飞。

获取补飞区域和闲置无人机；其中，闲置无人机是指已经完成航测任务或者没有分配航测任务的无人机；

以闲置无人机为初始点，根据距离最短原则规划补飞路径；其中，闲置无人机至少为一架；

通过闲置无人机对补飞路径进行航测，完成补飞任务。

本申请在补飞任务完成之后或者执行航测任务的过程中，对采集到的航测图像进行处理。

上述公式中的数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：

通过航测控制系统获取航测任务，根据航测任务获取航测时间；航测任务执行前，根据航测任务和航测时间获取天气评估标签；当天气评估标签满足航测要求时，选择并标记无人机。

通过航测控制系统规划无人机的航测路径，无人机根据航测路径飞行，并在飞行过程中实时采集数据并进行环境预警，根据环境预警结果实时调整无人机的航测高度；统计航测任务的任务完成度，根据任务完成度设置补飞任务；航测控制系统控制无人机完成补飞任务。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，其特征在于，包括：

通过航测控制系统获取航测任务，根据航测任务获取航测时间；所述航测任务包括作业区域和截止时间；

航测任务执行前，根据航测任务和航测时间获取天气评估标签；

当天气评估标签满足航测要求时，选择并标记无人机；

通过航测控制系统规划无人机的航测路径，无人机根据航测路径飞行，并在飞行过程中实时采集数据并进行环境预警，根据环境预警结果实时调整无人机的航测高度；其中，在规划航测路径时，预先设置航向重叠度、旁向重叠度和航测高度；

统计航测任务的任务完成度，根据任务完成度设置补飞任务；

航测控制系统控制无人机完成补飞任务。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，其特征在于，通过人工输入方式或者数据导入方式获取航测任务；通过所述数据导入方式获取航测任务，包括：

将任务数据导入航测控制系统；其中，任务数据包括航测基点坐标和截止时间；

航测控制系统分析任务数据形成作业区域，将作业区域和任务数据中的截止时间相结合生成航测任务。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，其特征在于，所述天气评估标签的获取包括：

获取作业区域内的天气预警数据；其中，所述天气预警数据包括风速、温度、湿度和气压；

将天气预警数据输入至天气评估模型获取天气评估标签。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，其特征在于，无人机根据航测任务选择，包括：

提取航测任务中的作业区域，并获取作业时间；其中，作业时间为无人机进行航测时的需求时间；

根据作业区域和作业时间确定无人机数量，并对无人机进行编号。

5.根据权利要求4所述的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，其特征在于，无人机数量的确定包括：

获取作业区域的区域面积，并标记为QM；将作业时间标记为ZS；

通过公式WS＝ɑ×QM/(ZS×DQ)获取无人机数量WS；其中，DQ表示单位时间内单个无人机完成的航测区域面积，ɑ为比例系数，且ɑ为大于0的实数。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，其特征在于，规划所述航测路径时，航向重叠度为60％-90％，旁向重叠度为30％-60％。

7.根据权利要求1所述的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，其特征在于，根据环境数据获取所述环境预警结果，包括：

获取无人机的实时位置，并设置设定区域；其中，设定区域的形状为矩形或者圆形，且设定区域设置在无人机的剩余航测路径上；

获取设定区域的天气评估标签，当天气评估标签满足航测要求时，则控制无人机按照对应航测路径和航测高度正常运行；当天气评估标签不满足航测要求时，则控制无人机降低航测高度，同时按照对应航测路径运行。

8.根据权利要求1所述的一种基于无人机的航测系统智能化快速处理方法，其特征在于，根据任务完成度设置补飞任务，包括：

获取航测任务的任务完成度，并标记为RWD；

当任务完成度L1≤RWD≤1时，则获取补飞区域，根据补飞区域规划补飞路径；其中，L1为完成度阈值，且0.2≤L1≤0.8；

将补飞区域和补飞路径整合生成补飞任务。

Images