CN114577180A - 基于无人机的地理信息测绘装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于无人机的地理信息测绘装置、系统及方法，属于测绘无人机智能控制技术领域，即便测绘无人机在测绘作业过程中，由于其高空作业环境特性，受到气象变化的干扰，如刮风天气、下雨天气、下雪天气等；测绘无人机通过地理位置检测装置、气象监测装置、受力信息判断装置、悬停辅助装置、摄像方向检测装置、摄像方向调节装置各个设备有序配合启动，可以克服由于恶劣气象因素降低测绘无人机的测绘精度的缺陷；使得测绘作业过程中采集到地理信息不会存在的误差，气象变化干扰环境下测绘无人机测绘精度依然能够得到保障。

Description

基于无人机的地理信息测绘装置、系统及方法

技术领域

本发明属于测绘无人机智能控制技术领域，具体涉及基于无人机的地理信息测绘装置、系统及方法。

背景技术

随着地理信息产业的蓬勃发展，无人机测绘技术作为一种新兴空间数据获取的重要手段，已在多个领域得到广泛应用。无人机测绘具有机动性能好、应急响应迅速等特点，是目前地理勘测技术领域的一个重要发展方向。

但是测绘无人机在测绘作业过程中，由于其高空作业环境特性，容易受到气象变化的干扰，如刮风天气、下雨天气、下雪天气等；如果测绘无人机仅仅是根据设定的默认飞行参数进行测绘作业，那么测绘作业过程中采集到地理信息可能会存在极大的误差，而现阶段对于考虑气象变化干扰的测绘无人机智能控制技术的研究较少，导致气象变化干扰环境下测绘无人机测绘精度普遍较低。

因此，现阶段需设计基于无人机的地理信息测绘装置、系统及方法，来解决以上问题。

发明内容

本发明目的在于提供基于无人机的地理信息测绘装置、系统及方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，测绘无人机在测绘作业过程中，由于其高空作业环境特性，容易受到气象变化的干扰，如刮风天气、下雨天气、下雪天气等；如果测绘无人机仅仅是根据设定的默认飞行参数进行测绘作业，那么测绘作业过程中采集到地理信息可能会存在极大的误差，而现阶段对于考虑气象变化干扰的测绘无人机智能控制技术的研究较少，导致气象变化干扰环境下测绘无人机测绘精度普遍较低。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

基于无人机的地理信息测绘装置，包括地理位置检测装置、气象监测装置、受力信息判断装置、悬停辅助装置、摄像方向检测装置、摄像方向调节装置；

所述地理位置检测装置用于检测测绘无人机是否到达地理信息测绘的目标位置；

所述气象监测装置用于在到达目标位置后监测测绘无人机所处位置的气象数据，并判断当前气象数据是否达到干扰测绘无人机平衡的程度；

所述受力信息判断装置用于检测测绘无人机受到气象数据干扰时的受力信息；

所述悬停辅助装置用于根据所述受力信息辅助测绘无人机平衡悬停；

所述摄像方向检测装置用于检测测绘无人机平衡悬停时的摄像方向，并判断当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度；

所述摄像方向调节装置用于根据所述偏离角度将测绘无人机的摄像方向调节至与所述预设摄像方向一致。

进一步的，所述地理位置检测装置开启，所述气象监测装置、受力信息判断装置、悬停辅助装置、摄像方向检测装置、摄像方向调节装置关闭；

当检测到测绘无人机到达地理信息测绘的目标位置时，所述气象监测装置开启；

当判断出当前气象数据达到干扰测绘无人机平衡的程度时，所述受力信息判断装置、悬停辅助装置开启；

当根据所述受力信息辅助测绘无人机平衡悬停时，所述摄像方向检测装置、摄像方向调节装置开启；

判断出当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度，根据所述偏离角度将测绘无人机的摄像方向调节至与所述预设摄像方向一致。

进一步的，所述摄像方向调节装置包括控制器、摄像头旋转装置、摄像头移动装置；

所述控制器作为摄像方向调节装置的控制核心；

所述摄像头旋转装置用于控制测绘无人机的摄像头在旋转角度范围内旋转；

所述摄像头移动装置用于控制测绘无人机的摄像头在移动距离范围内移动；

所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置常闭；

其中，所述摄像方向检测装置判断出当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度后发送至所述控制器；

所述控制器判断所述偏离角度未超出所述旋转角度范围时，所述控制器控制所述摄像头旋转装置开启；

所述控制器判断所述偏离角度超出所述旋转角度范围时，所述控制器控制所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置同时开启。

进一步的，所述摄像方向调节装置还包括补充摄像头，所述补充摄像头的摄像区域记为第二摄像区域，所述补充摄像头常闭；

摄像头在所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置调节下的摄像区域记为第一摄像区域；

所述第一摄像区域与所述第二摄像区域互补，并且二者不重叠；

当所述控制器判断所述偏离角度超出所述旋转角度范围并控制所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置同时开启时，若摄像头的摄像方向仍无法达到所述预设摄像方向，则所述控制器控制所述补充摄像头开启。

进一步的，所述摄像方向检测装置包括控制单元、光照度检测单元、光照度调节单元、摄像方向检测单元；

所述控制单元作为所述摄像方向检测装置的控制核心；

所述摄像方向检测单元用于检测测绘无人机平衡悬停时的摄像方向；

所述控制单元判断当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度；

所述光照度检测单元用于检测测绘无人机当前所在环境的实时光照度；

所述光照度调节单元用于调节测绘无人机当前所在环境的实时光照度；

其中，当所述实时光照度与测绘无人机正常运行时的预设光照度不匹配时，所述光照度调节单元将测绘无人机当前所在环境的实时光照度调节至所述预设光照度。

进一步的，所述摄像方向检测装置还包括测距单元，所述测距单元用于检测测绘无人机与地理信息测绘的目标位置之间的实时高度；

所述光照度调节单元还根据所述实时高度适应性调节所述实时光照度。

进一步的，所述地理位置检测装置为GPS定位系统；

所述气象监测装置包括第一控制器、雨雪传感器、风向风速仪，所述第一控制器分别与所述雨雪传感器、风向风速仪、GPS定位系统连接；

所述受力信息判断装置包括第二控制器、九轴传感器，所述第二控制器与所述九轴传感器、第一控制器连接；

所述悬停辅助装置包括第三控制器、独立的无人机动力系统，所述第三控制器与独立的无人机动力系统、第二控制器连接；

所述控制单元分别与所述第三控制器、控制器连接。

基于无人机的地理信息测绘系统，包括如上述的基于无人机的地理信息测绘装置，还包括云端数据中心，所述云端数据中心用于与所述基于无人机的地理信息测绘装置进行远程数据交互。

基于无人机的地理信息测绘方法，采用如上述的基于无人机的地理信息测绘装置进行基于无人机的地理信息测绘。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本方案其中一个有益效果在于，即便测绘无人机在测绘作业过程中，由于其高空作业环境特性，受到气象变化的干扰，如刮风天气、下雨天气、下雪天气等；测绘无人机通过地理位置检测装置、气象监测装置、受力信息判断装置、悬停辅助装置、摄像方向检测装置、摄像方向调节装置各个设备有序配合启动，可以克服由于恶劣气象因素降低测绘无人机的测绘精度的缺陷；使得测绘作业过程中采集到地理信息不会存在的误差，气象变化干扰环境下测绘无人机测绘精度依然能够得到保障。

附图说明

图1为本申请实施例的结构示意图。

图2为本申请实施例的原理步骤流程示意图。

图3为本申请实施例的测绘无人机受气象干扰倾斜示意图。

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，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。需要说明的是，术语“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，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，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。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

测绘无人机在测绘作业过程中，由于其高空作业环境特性，容易受到气象变化的干扰，如刮风天气、下雨天气、下雪天气等；如果测绘无人机仅仅是根据设定的默认飞行参数进行测绘作业，那么测绘作业过程中采集到地理信息可能会存在极大的误差，而现阶段对于考虑气象变化干扰的测绘无人机智能控制技术的研究较少，导致气象变化干扰环境下测绘无人机测绘精度普遍较低。

如图1所示，提出基于无人机的地理信息测绘装置，包括地理位置检测装置、气象监测装置、受力信息判断装置、悬停辅助装置、摄像方向检测装置、摄像方向调节装置；

所述地理位置检测装置用于检测测绘无人机是否到达地理信息测绘的目标位置；测绘无人机根据远程控制指令，到达需进行地理信息测绘的目标位置，确认是否到达可通过地理位置检测装置进行检测判断。具体的，可采用GPS定位模块、数据存储模块和数据处理模块之间的配合（GPS定位系统，该单个装置不是本方案的创新点，属于现有技术，所以此处就不再赘述）实现上述功能，GPS定位模块实时获取测绘无人机当前的位置信息，数据存储模块存储有地理信息测绘的目标位置信息，数据处理模块将实时位置信息与目标位置信息进行对比分析，即可检测判断出是否到达。

所述气象监测装置用于在到达目标位置后监测测绘无人机所处位置的气象数据，并判断当前气象数据是否达到干扰测绘无人机平衡的程度；气象监测装置根据监测的实时气象数据；结合测绘无人机的运行参数以及测绘无人机遭遇过的历史气象数据，提取出能够对该测绘无人机运行平衡造成影响的基准气象数据；将实时气象数据与基准气象数据进行对比分析，即可判断当前气象数据是否达到干扰程度。其中，气象数据如：刮风、下雨、下雪等相关参数。单个气象监测装置也不是本方案的创新点，所以能够监测气象数据的装置、组件等（如雨雪传感器、风向风速仪等）均适用于本方案。

所述受力信息判断装置（如九轴传感器等）用于检测测绘无人机受到气象数据干扰时的受力信息；在遭遇能够干扰测绘无人机平衡的气象因素时，测绘无人机快速检测识别当前测绘无人机承受的受力信息（如：刮风相对于测绘无人机的风力、雨雪对测绘无人机的打击力等）。

所述悬停辅助装置用于根据所述受力信息辅助测绘无人机平衡悬停；悬停辅助装置是除测绘无人机正常运行设备以外配置的特殊设备（如：独立于无人机自带动力系统以外的动力系统，二者功能相同，但相互独立），应用于测绘无人机遭遇上述受力信息时对测绘无人机进行悬停辅助，提供额外的悬停辅助动力。

所述摄像方向检测装置（可实现摄像方向检测的组件有很多，如角度传感器、红外扫描仪等）用于检测测绘无人机平衡悬停时的摄像方向，并判断当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度；由于在气象因素的作用下，经过悬停辅助装置的干预，测绘无人机处理悬停平衡时可能与正常运行悬停时的姿态有出入，比如倾斜一定角度（如图3所示）；而预设摄像方向是默认测绘无人机在正常运行悬停时的摄像方向，所以此时预设摄像方向与此时实际的摄像方向存在偏离角度；而偏离角度会影响本次地理信息测绘的精度。

所述摄像方向调节装置用于根据所述偏离角度将测绘无人机的摄像方向调节至与所述预设摄像方向一致。为了保障地理信息测绘在恶劣气象因素情况下的测绘精度，则需要摄像方向调节装置对此时测绘无人机实际的摄像方向进行调节，从而使实际摄像方向与预设摄像方向之间不存在偏离角度，最终确保测绘精度。

上述方案中，即便测绘无人机在测绘作业过程中，由于其高空作业环境特性，受到气象变化的干扰，如刮风天气、下雨天气、下雪天气等；测绘无人机通过地理位置检测装置、气象监测装置、受力信息判断装置、悬停辅助装置、摄像方向检测装置、摄像方向调节装置各个设备有序配合启动，可以克服由于恶劣气象因素降低测绘无人机的测绘精度的缺陷；使得测绘作业过程中采集到地理信息不会存在的误差，气象变化干扰环境下测绘无人机测绘精度依然能够得到保障。

如图2所示，进一步的，所述地理位置检测装置开启，所述气象监测装置、受力信息判断装置、悬停辅助装置、摄像方向检测装置、摄像方向调节装置关闭；

当检测到测绘无人机到达地理信息测绘的目标位置时，所述气象监测装置开启；

当判断出当前气象数据达到干扰测绘无人机平衡的程度时，所述受力信息判断装置、悬停辅助装置开启；

当根据所述受力信息辅助测绘无人机平衡悬停时，所述摄像方向检测装置、摄像方向调节装置开启；

判断出当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度，根据所述偏离角度将测绘无人机的摄像方向调节至与所述预设摄像方向一致。

上述方案中，由地理位置检测装置作为触发单元，并且后续设备也是在前面部分的设备完成检测判断后才触发，可以有效避免过多设备长时间运行并采集大量的无效数据；并且，上述设备逐步触发可有效提升本方案的针对性，从而针对性地解决气象变化干扰测绘无人机的难题。

进一步的，所述摄像方向调节装置包括控制器、摄像头旋转装置、摄像头移动装置；

所述控制器作为摄像方向调节装置的控制核心；

所述摄像头旋转装置用于控制测绘无人机的摄像头在旋转角度范围内旋转（如：转动电机、转台、摄像头固定结构等之间的配合。这种单个的装置不是本申请的创新点，属于现有技术，本方案的创新点在于多个装置之间的协同）；

所述摄像头移动装置用于控制测绘无人机的摄像头在移动距离范围内移动（如：滑动驱动电机、滑轨、摄像头固定结构等之间的配合。这种单个的装置不是本申请的创新点，属于现有技术，本方案的创新点在于多个装置之间的协同）；

所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置常闭；

其中，所述摄像方向检测装置判断出当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度后发送至所述控制器；

所述控制器判断所述偏离角度未超出所述旋转角度范围时，所述控制器控制所述摄像头旋转装置开启；

所述控制器判断所述偏离角度超出所述旋转角度范围时，所述控制器控制所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置同时开启。

上述方案中，通过摄像头旋转装置、摄像头移动装置的配合，可极大程度上增大测绘无人机摄像头的摄像区域范围，避免地理信息测绘工作因为摄像区域受限和测绘无人机受气象干扰而倾斜导致无法开展。

进一步的，所述摄像方向调节装置还包括补充摄像头，所述补充摄像头的摄像区域记为第二摄像区域，所述补充摄像头常闭；

摄像头在所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置调节下的摄像区域记为第一摄像区域；

所述第一摄像区域与所述第二摄像区域互补，并且二者不重叠；

当所述控制器判断所述偏离角度超出所述旋转角度范围并控制所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置同时开启时，若摄像头的摄像方向仍无法达到所述预设摄像方向，则所述控制器控制所述补充摄像头开启。

上述方案中，当摄像头旋转装置、摄像头移动装置均已活动至最大范围后，仍无法满足摄像方向时，通过开启常闭的补充摄像头进行摄像区域互补，从而解决摄像方向和摄像区域受限的问题。

进一步的，所述摄像方向检测装置包括控制单元、光照度检测单元、光照度调节单元、摄像方向检测单元；

所述控制单元作为所述摄像方向检测装置的控制核心；

所述摄像方向检测单元用于检测测绘无人机平衡悬停时的摄像方向；

所述控制单元判断当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度；

所述光照度检测单元用于检测测绘无人机当前所在环境的实时光照度；

所述光照度调节单元用于调节测绘无人机当前所在环境的实时光照度；

其中，当所述实时光照度与测绘无人机正常运行时的预设光照度不匹配时，所述光照度调节单元将测绘无人机当前所在环境的实时光照度调节至所述预设光照度。

上述方案中，考虑光照度对测绘无人机测绘过程的影响，通过光照度检测单元、光照度调节单元之间的配合，即可保障测绘无人机的正常运行时的光照度。

进一步的，所述摄像方向检测装置还包括测距单元，所述测距单元用于检测测绘无人机与地理信息测绘的目标位置之间的实时高度；

所述光照度调节单元还根据所述实时高度适应性调节所述实时光照度。

上述方案中，光照度的适应性调节根据实时高度进行，高度越高则光照度越强，高度越低则光照度越低。

进一步的，所述地理位置检测装置为GPS定位系统；

所述气象监测装置包括第一控制器、雨雪传感器、风向风速仪，所述第一控制器分别与所述雨雪传感器、风向风速仪、GPS定位系统连接；

所述受力信息判断装置包括第二控制器、九轴传感器，所述第二控制器与所述九轴传感器、第一控制器连接；

所述悬停辅助装置包括第三控制器、独立的无人机动力系统，所述第三控制器与独立的无人机动力系统、第二控制器连接；

所述控制单元分别与所述第三控制器、控制器连接。

基于无人机的地理信息测绘系统，包括如上述的基于无人机的地理信息测绘装置，还包括云端数据中心，所述云端数据中心用于与所述基于无人机的地理信息测绘装置进行远程数据交互。

基于无人机的地理信息测绘方法，采用如上述的基于无人机的地理信息测绘装置进行基于无人机的地理信息测绘。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于无人机的地理信息测绘装置，其特征在于，包括地理位置检测装置、气象监测装置、受力信息判断装置、悬停辅助装置、摄像方向检测装置、摄像方向调节装置；

所述地理位置检测装置用于检测测绘无人机是否到达地理信息测绘的目标位置；

所述气象监测装置用于在到达目标位置后监测测绘无人机所处位置的气象数据，并判断当前气象数据是否达到干扰测绘无人机平衡的程度；

所述受力信息判断装置用于检测测绘无人机受到气象数据干扰时的受力信息；

所述悬停辅助装置用于根据所述受力信息辅助测绘无人机平衡悬停；

所述摄像方向检测装置用于检测测绘无人机平衡悬停时的摄像方向，并判断当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度；

所述摄像方向调节装置用于根据所述偏离角度将测绘无人机的摄像方向调节至与所述预设摄像方向一致。

2.如权利要求1所述的基于无人机的地理信息测绘装置，其特征在于，所述地理位置检测装置开启，所述气象监测装置、受力信息判断装置、悬停辅助装置、摄像方向检测装置、摄像方向调节装置关闭；

当检测到测绘无人机到达地理信息测绘的目标位置时，所述气象监测装置开启；

当判断出当前气象数据达到干扰测绘无人机平衡的程度时，所述受力信息判断装置、悬停辅助装置开启；

当根据所述受力信息辅助测绘无人机平衡悬停时，所述摄像方向检测装置、摄像方向调节装置开启；

判断出当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度，根据所述偏离角度将测绘无人机的摄像方向调节至与所述预设摄像方向一致。

3.如权利要求2所述的基于无人机的地理信息测绘装置，其特征在于，所述摄像方向调节装置包括控制器、摄像头旋转装置、摄像头移动装置；所述控制器分别与摄像头旋转装置、摄像头移动装置连接；

所述控制器作为摄像方向调节装置的控制核心；

所述摄像头旋转装置用于控制测绘无人机的摄像头在旋转角度范围内旋转；

所述摄像头移动装置用于控制测绘无人机的摄像头在移动距离范围内移动；

所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置常闭；

其中，所述摄像方向检测装置判断出当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度后发送至所述控制器；

所述控制器判断所述偏离角度未超出所述旋转角度范围时，所述控制器控制所述摄像头旋转装置开启；

所述控制器判断所述偏离角度超出所述旋转角度范围时，所述控制器控制所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置同时开启。

4.如权利要求3所述的基于无人机的地理信息测绘装置，其特征在于，所述摄像方向调节装置还包括补充摄像头，所述补充摄像头与所述控制器连接；所述补充摄像头的摄像区域记为第二摄像区域，所述补充摄像头常闭；

摄像头在所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置调节下的摄像区域记为第一摄像区域；

所述第一摄像区域与所述第二摄像区域互补，并且二者不重叠；

当所述控制器判断所述偏离角度超出所述旋转角度范围并控制所述摄像头旋转装置、摄像头移动装置同时开启时，若摄像头的摄像方向仍无法达到所述预设摄像方向，则所述控制器控制所述补充摄像头开启。

5.如权利要求4所述的基于无人机的地理信息测绘装置，其特征在于，所述摄像方向检测装置包括控制单元、光照度检测单元、光照度调节单元、摄像方向检测单元；所述控制单元分别与所述光照度检测单元、光照度调节单元、摄像方向检测单元连接；

所述控制单元作为所述摄像方向检测装置的控制核心；

所述摄像方向检测单元用于检测测绘无人机平衡悬停时的摄像方向；

所述控制单元判断当前摄像方向与预设摄像方向之间的偏离角度；

所述光照度检测单元用于检测测绘无人机当前所在环境的实时光照度；

所述光照度调节单元用于调节测绘无人机当前所在环境的实时光照度；

其中，当所述实时光照度与测绘无人机正常运行时的预设光照度不匹配时，所述光照度调节单元将测绘无人机当前所在环境的实时光照度调节至所述预设光照度。

6.如权利要求5所述的基于无人机的地理信息测绘装置，其特征在于，所述摄像方向检测装置还包括测距单元，所述测距单元与所述控制单元连接；所述测距单元用于检测测绘无人机与地理信息测绘的目标位置之间的实时高度；

所述光照度调节单元还根据所述实时高度适应性调节所述实时光照度。

7.如权利要求6所述的基于无人机的地理信息测绘装置，其特征在于，所述地理位置检测装置为GPS定位系统；

所述气象监测装置包括第一控制器、雨雪传感器、风向风速仪，所述第一控制器分别与所述雨雪传感器、风向风速仪、GPS定位系统连接；

所述受力信息判断装置包括第二控制器、九轴传感器，所述第二控制器与所述九轴传感器、第一控制器连接；

所述悬停辅助装置包括第三控制器、独立的无人机动力系统，所述第三控制器与独立的无人机动力系统、第二控制器连接；

所述控制单元分别与所述第三控制器、控制器连接。

8.基于无人机的地理信息测绘系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的基于无人机的地理信息测绘装置，还包括云端数据中心，所述云端数据中心用于与所述基于无人机的地理信息测绘装置进行远程数据交互。

9.基于无人机的地理信息测绘方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的基于无人机的地理信息测绘装置进行基于无人机的地理信息测绘。

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