CN114993263B - 一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统，属于工程测量技术领域。一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统，包括框架结构，所述框架结构上固定安装的检测模组，对所述检测模组采集的数据进行处理的数据处理平台，所述检测模组包括定位模块、测绘模块、空间姿态监测模块、数据交互系统，所述数据处理平台包括数据交互系统、坐标系整合系统、数据模型构建系统。使用水准点定位、建筑物测绘、空间姿态监测为基础的前提下，将测量的数据进一步的转换为具体的尺寸参数，并导入相关设计软件中进行建模、存档。
Description
技术领域
本发明属于工程测量技术领域，具体涉及一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统。
背景技术
无人机航测是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，在小区域和飞控困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势，随着无人机与数码相机技术的发展，基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势，无人机与航空摄影测量相结合使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向，无人机航拍可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发、新农村和小城镇建设等方面，尤其在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔前景。
但对于现行的无人机测绘技术，通常适用于大尺度的航拍测绘，在大数据样本统计、数据特征指数识别、快速部署作业、数据样本交叉处理等领域具备发展迅速。如专利CN110879056B，使用无人机下至水平活动平台，并在该平台上安装摄像头的方式进行数据的采集，但是该装置采集到的相关数据精度及误差较大，在房屋测绘技术领域，对待测物体的测量精度不能满足工程测绘技术领域的要求。
专利CN107703512A，使用以测绘处理芯片为建模核心，构建以卫星定位参数为基础的数据模型，在缺失海拔参数、建筑倾斜率等相关数据的前提下，造成房屋测绘过程中的关键数据缺失，并不能很好地满足房屋测绘过程对于数据参数的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种基于无人机作业平台下，满足雷达测绘建筑结构、激光测距相对距离、水平仪检测建筑倾斜度复合应用的一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统。
为解决上述技术问题，本发明所使用的技术方案是：
一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统，包括框架结构，
所述框架结构上固定安装的检测模组，对所述检测模组采集的数据进行处理的数据处理平台，
所述检测模组包括定位模块、测绘模块、空间姿态监测模块、数据交互系统，
所述数据处理平台包括坐标系整合系统、数据模型构建系统，
所述框架结构安装在无人机上，
所述定位模块实现与地面上设置的水准点之间相对距离及角度的测定，
所述空间姿态监测模块完成对无人机悬停作业时相关姿态参数的实时捕获，
所述测绘模块实现对待测建筑物结构、尺寸及倾斜度的测量，所述测绘模块设置在所述定位模块的正上方，
所述数据交互系统将检测模组中检测到的数据信息传输到无人机的飞控系统和所述坐标系整合系统内，
所述坐标系整合系统将数据交互系统中传输的数据信息进行合并，
所述数据模型构建系统将合并的三维数据关联参数转换为对应的坐标参考系复合模型参数并导入三维设计软件进行数据模型的建模、存档。
所述框架结构的上端面与无人机的起落架之间使用连接螺栓固定连接，所述框架结构使用变形量较小的铸铁制造，所述框架结构包括3组依次垂直连接的矩体边框，所述矩体边框中下到上依次为矩体框A、矩体框B、矩体框C。
所述定位模块包括红外激光测距仪A、安装所述红外激光测距仪A的二维旋转台A、安装在所述二维旋转台A上用于图像捕捉的摄像头A，所述红外激光测距仪A的激光发射探头与所述二维旋转台A旋转轴的中心线在同一条直线上，所述二维旋转台A倒置固定在所述框架结构底部的矩体框A内。
所述空间姿态监测模块设置在所述定位模块与所述测绘模块之间，所述空间姿态监测模块包括倾角传感器、电子陀螺仪，所述倾角传感器、所述电子陀螺仪固定在所述矩体框B上。
所述测绘模块包括设置在所述矩体框C上的二维旋转台B、安装在所述二维旋转台B上的红外激光测距仪B、安装在所述二维旋转台B上用于图像捕捉的摄像头B、所述二维旋转台B的两侧分别设置水平仪和测绘雷达，所述红外激光测距仪B的激光发射探头与所述二维旋转台B旋转轴的中心线在同一条直线上，所述二维旋转台B固定在所述矩体框C内，所述水平仪、所述测绘雷达上设置配重块确保两者的重量相等。
所述数据交互系统包括依次连接的模数转换器、PLC电路板、数据传输接口、无线信号发射天线，所述模数转换器分别连接所述定位模块中的所述红外激光测距仪A、所述二维旋转台A、所述摄像头A、所述空间姿态监测模块中的所述倾角传感器、所述电子陀螺仪、所述测绘模块中的所述红外激光测距仪A、所述二维旋转台A、所述摄像头A、所述水平仪、所述测绘雷达，所述数据传输接口与无人机的飞控系统相连接，所述数据交互系统固定在所述矩体框B中，所述PLC电路板上连接存储卡，所述数据传输接口包括USB端口，所述数据交互系统中的所述数据传输接口或所述无线信号发射天线将所述检测模组中检测到的数据信息传输到所述坐标系整合系统内。
所述定位模块、所述空间姿态监测模块、所述测绘模块、所述数据交互系统内的供电线路与无人机上的电源相连接，所述坐标系整合系统、所述数据模型构建系统为内置在数据处理平台上的应用程序，所述数据处理平台包括计算机、服务器，所述数据处理平台上设置信号接收单元，所述信号接收单元包括无线信号接收芯片、数据传输端口，所述无线信号接收芯片接收所述无线信号发射天线传输的数据信息，所述数据传输端口接收所述数据传输接口传输的数据信息，所述信号接收单元将接收到的数据信息传输到所述坐标系整合系统内。
所述坐标系整合系统包括数据整合单元、距离测绘单元、结构测绘单元、水平测绘单元，
所述数据整合单元实现对所述定位模块、所述测绘模块、所述空间姿态监测模块的数据整合，所述数据整合单元将所述红外激光测距仪A和所述二维旋转台A、所述红外激光测距仪B和所述二维旋转台B的激光测距数据与旋转参数合并为在空间区域中的三维距离数据，所述数据整合单元中内置所述红外激光测距仪A中激光发射探头到所述红外激光测距仪B中激光发射探头间的额定距离并与所述水平仪反馈的水平度参数相结合得出所述定位模块到所述测绘模块的三维距离数据，
所述距离测绘单元将水准点到测绘无人机中的所述定位模块、所述定位模块到所述测绘模块、所述测绘模块到待测建筑物上测绘点间的三维距离数据转换为从水准点到待测建筑物上测绘点的三维距离参数，
所述结构测绘单元将无人机对待测建筑物环绕飞控时所述测绘雷达监测到的数据与数据获取过程中所述电子陀螺仪反馈的空间位置参数、所述测绘雷达的空间监测方向相结合构建以所述电子陀螺仪反馈的空间位置参数为运动轨迹的待测建筑物立体结构模型，
所述水平测绘单元根据所述摄像头B捕捉的所述水平仪待测建筑物上投影射线的倾斜率和所述倾角传感器检测到的倾斜指数相结合得出待测建筑物的倾斜度。
所述数据模型构建系统以所述结构测绘单元运动轨迹构建的所述立体结构模型为基础与所述距离测绘单元在对应运动轨迹节点检测到的三维距离参数相结合构建以水准点为坐标参考系的结构模型及有限元参数数据，所述结构模型及有限元参数数据导入到三维设计软件中实现模型的建模。
进一步的，在传统的建筑测绘领域，通常使用测绘作业人员实地勘测的方法进行房屋的测绘。由于在建筑测量、测绘技术领域对建筑物的尺寸精度要求较高，使用图像识别算法完成对目标尺寸参数估算所产生误差值较大，并不能满足建筑测绘领域对于尺寸精度的需求。
进一步的，传统的全站仪、水平仪、测绘雷达间的数据传输协议并不通用或由于产品型号的限制无法实现相关数据的外设读取。通常使用数据浏览、手工抄录后建立数据模型的作业流程，进行建筑物的测绘作业。
进一步的，传统的建筑物测绘流程，在作业周期、人员需求、测绘精度、测绘数据建模、信息化水平上仍有待优化。目前的移动端无人机测绘，主要依靠图像识别技术或高精度测绘雷达进行具体参数的检测及读取，在样本量统计和局部数据的复核方面具备一定的优势，但并不能形成完成的待测建筑物的三维关联参数。各项数据间的独立性明显，未能形成有效的数据关联。
进一步的，在房屋的实际测量中，大量尺寸参数需要依靠以水准点为坐标原点的坐标系统架构体系的支撑。现行的产品中，并未针对建筑测绘中水准点坐标系进行针对性的架构，而使用以无人机为基础的动态行进模型作为零点坐标的方案，由于相对参数精度的约束，标准误差范围内的波动由于多次位移造成的叠加影响，致使在一定的运行行进周期后与坐标系初始点间的误差呈倍数级扩大，获得的相关数据失去其置信度。
进一步的，基于无人机在作业过程中，由于气流扰动和螺旋桨升力不平衡造成的无人机三维位移和水平度倾斜。在无人机内置姿态平衡修正功能的影响下，会出现小角度的水平扰动和偏移量复位执行机制，但是该执行机制在无人机的飞控系统上被归类为姿态修正的自我调节。对于工程测量技术领域，无人机自身的三维位移经设置在无人机上检测模组的误差放大后，其读取的相关参数并不能满足建筑测绘领域的高精度需求。
进一步的，采用无人机为坐标原点的飞控轨迹方案进行建筑物测绘时，由于卫星定位精确程度的影响，对建筑物测绘只适用于大坐标尺度前提下的数据统计。对于建筑物倾斜程度的评估，在传统的设计中采用水平仪测绘人工计算的方式实现。而本发明将水平仪安装到作业无人机，根据摄像头B捕捉的水平仪在待测建筑物上的投影射线与结构测绘单元检测到的长度尺寸相结合，推导出建筑物的实际倾斜率。
进一步的，结合《水准点的稳定性检验与分析》、《用于飞控系统分析的辅助根轨迹法》、《飞控组件修正机构设计和轨迹控制算法研究》、《曲轴坐标系量化图形学》、《基于MEMS陀螺仪的实时电子稳像技术》、《基于磁强计和陀螺仪的姿态参数测试系统的设计》、《矢量数据栅格化的一种有效方法——环绕数法》、《RaPC：一种基于栅格化思想的多边形裁剪算法及其误差分析》的参考文献，为空间坐标参数的换算、飞控轨迹的建立、飞控节点的距离测绘单元与结构测绘单元数据的合并提供相关支撑，并以结构测绘单元的数据为框架填充距离测绘单元的限元参数数据，建立光滑度平面参数为参考体系的对应模型。
进一步的，本发明采用以数据采集、数据交互传输、数据合并运算、数据模型建立的流程化架构体系，细化在对应流程上的具体应用。采用链式结构布局，运行环境较为稳定、便于对任一节点进行排查升级、数据流向单一不存在传输信道峰值拥堵的缺陷。同时具有良好的兼容能力，可实现以终控端为核心的自适应优化算法的协同作业，多组检测模组以数据交互系统为传输通道在数据处理平台内实现不同无人机发送数据的整合。
进一步的，采用数据采集、姿态监测为架构的硬件信息模块，实现对关键数据的分别读取。其中定位模块可作为标准件对测绘模块中的部分结构进行同等替换，降低维护难度。基于平衡配重的原则，设置水平仪和电子陀螺仪时，要进行配重块的平衡约束。
进一步的，以定位模块、测绘模块为基础，实现对水准点、待测建筑物的三维距离数据的测定，同时将红外激光测距仪A中激光发射探头到所述红外激光测距仪B中激光发射探头间的额定距离与所述水平仪反馈的水平度参数相结合，构建三条相互连接的空间距离参数走向即三维距离数据，利用三角换算原则建立从水准点到待测建筑物上测绘点的三维距离参数，完成从水准点到测绘点的空间距离标记。
进一步的，采用空间姿态监测模块实现对无人机飞行时空间姿态的实时监控，构建以水准点为参考系并与电子陀螺仪反馈的数据相结合的无人机运动轨迹路径，实现对无人机运行时空间坐标的双重精度关联优化，以测绘雷达进行环绕飞行时检测到的数据同数据读取节点的三维距离数据同步获取作业，实现对测绘雷达建立数据模型的精度优化。
进一步的，采用有限元法、结构模型分解法、放样法、平滑度调节方法等手段实现模型建模的细化。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
进一步的，采用相互独立的定位模块、测绘模块设计，提高装置的数据采样速度，避免由于执行指令先后误差时的区别，造成无人机偏移的数据采样信息节点不配套，获取的相关数据参数失去参考价值。
进一步的，倾角传感器与摄像头B拍摄到水平仪在待测建筑物上投影射线的读取信息相结合，在摄像头获取图像信息的倾斜角度与倾角传感器反馈的与待测建筑物相平行面的倾斜角度相叠加后得出建筑物的实际倾斜角度。
进一步的，以电子陀螺仪、定位模块、测绘模块检测到的信息相结合，构建以水准点为初始原点的无人机空间位置参数条件下运动轨迹的复合数据。
进一步的，框架结构采用铸铁制造，经济成本较低利于普及，其结构的自身形变量较小，降低其红外激光测距仪A、红外激光测距仪B间距变化造成装置精度下降的问题。
进一步的，设置红外激光测距仪A、红外激光测距仪B实现对目标对象与测距仪间的距离检测。设置二维旋转台A、二维旋转台B达到对红外测距仪在空间内指向方向的定位。设置摄像头A、摄像头B，基于红外线为可见光的前提下，采用图像定位的方法，可实现红外测距仪与水准点、测绘点间的自主定位，通过对二维旋转台的旋转角度的控制，使得红外测距仪上投射的红色标记点正好对应水准点后进行距离的测量。
进一步的，所述红外激光测距仪A的激光发射探头与所述红外激光测距仪B的激光发射探头在同一条直线上，确保在二维旋转台进行任意角度旋转时，红外测距仪的相对位置始终不变，即可视为固定在同一坐标系上的两个固定点。
进一步的，测绘模块的两侧设置水平仪、测绘雷达并增设配重块，确保两侧重量平衡，并分别实现水平测量、结构测绘的目的。
进一步的，设置数据交互系统实现不同平台间的数据传输。
进一步的，基于数据整合单元合并运算的数据信息导入设计软件中，实现数据模型的建模。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
图1：本发明的结构关系示意图；
图2：本发明的总体示意简图；
图3：本发明检测模组的结构示意图；
图4：本发明数据处理平台的作业流程；
其中，其中红外激光测距仪A－1、摄像头A－2、二维旋转台A－3、电子陀螺仪－4、倾角传感器－5、水平仪－6、二维旋转台B－7、摄像头B－8、红外激光测距仪B－9、测绘雷达－10。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
实施例1
如图1-4所示，本实施例提供一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统，包括框架结构，
所述框架结构上固定安装的检测模组，对所述检测模组采集的数据进行处理的数据处理平台，
所述检测模组包括定位模块、测绘模块、空间姿态监测模块、数据交互系统，
所述数据处理平台包括坐标系整合系统、数据模型构建系统，
所述框架结构安装在无人机上，
所述定位模块实现与地面上设置的水准点之间相对距离及角度的测定，
所述空间姿态监测模块完成对无人机悬停作业时相关姿态参数的实时捕获，
所述测绘模块实现对待测建筑物结构、尺寸及倾斜度的测量，所述测绘模块设置在所述定位模块的正上方，
所述数据交互系统将检测模组中检测到的数据信息传输到无人机的飞控系统和所述坐标系整合系统内，
所述坐标系整合系统将数据交互系统中传输的数据信息进行合并，
所述数据模型构建系统将合并的三维数据关联参数转换为对应的坐标参考系复合模型参数并导入三维设计软件进行数据模型的建模、存档。
所述框架结构的上端面与无人机的起落架之间使用连接螺栓固定连接，所述框架结构使用变形量较小的铸铁制造，所述框架结构包括3组依次垂直连接的矩体边框，所述矩体边框中下到上依次为矩体框A、矩体框B、矩体框C。
所述定位模块包括红外激光测距仪A1、安装所述红外激光测距仪A1的二维旋转台A3、安装在所述二维旋转台A3上用于图像捕捉的摄像头A2，所述红外激光测距仪A1的激光发射探头与所述二维旋转台A3旋转轴的中心线在同一条直线上，所述二维旋转台A3倒置固定在所述框架结构底部的矩体框A内。
所述空间姿态监测模块设置在所述定位模块与所述测绘模块之间，所述空间姿态监测模块包括倾角传感器5、电子陀螺仪4，所述倾角传感器5、所述电子陀螺仪4固定在所述矩体框B上。
所述测绘模块包括设置在所述矩体框C上的二维旋转台B7、安装在所述二维旋转台B7上的红外激光测距仪B9、安装在所述二维旋转台B7上用于图像捕捉的摄像头B8、所述二维旋转台B7的两侧分别设置水平仪6和测绘雷达10，所述红外激光测距仪B9的激光发射探头与所述二维旋转台B7旋转轴的中心线在同一条直线上，所述二维旋转台B7固定在所述矩体框C内，所述水平仪6、所述测绘雷达10上设置配重块确保两者的重量相等。
所述数据交互系统包括依次连接的模数转换器、PLC电路板、数据传输接口、无线信号发射天线，所述模数转换器分别连接所述定位模块中的所述红外激光测距仪A1、所述二维旋转台A3、所述摄像头A2、所述空间姿态监测模块中的所述倾角传感器5、所述电子陀螺仪4、所述测绘模块中的所述红外激光测距仪A1、所述二维旋转台A3、所述摄像头A2、所述水平仪6、所述测绘雷达10，所述数据传输接口与无人机的飞控系统相连接，所述数据交互系统固定在所述矩体框B中，所述PLC电路板上连接存储卡，所述数据传输接口包括USB端口，所述数据交互系统中的所述数据传输接口或所述无线信号发射天线将所述检测模组中检测到的数据信息传输到所述坐标系整合系统内。
所述定位模块、所述空间姿态监测模块、所述测绘模块、所述数据交互系统内的供电线路与无人机上的电源相连接，所述坐标系整合系统、所述数据模型构建系统为内置在数据处理平台上的应用程序，所述数据处理平台包括计算机、服务器，所述数据处理平台上设置信号接收单元，所述信号接收单元包括无线信号接收芯片、数据传输端口，所述无线信号接收芯片接收所述无线信号发射天线传输的数据信息，所述数据传输端口接收所述数据传输接口传输的数据信息，所述信号接收单元将接收到的数据信息传输到所述坐标系整合系统内。
所述坐标系整合系统包括数据整合单元、距离测绘单元、结构测绘单元、水平测绘单元，
所述数据整合单元实现对所述定位模块、所述测绘模块、所述空间姿态监测模块的数据整合，所述数据整合单元将所述红外激光测距仪A1和所述二维旋转台A3、所述红外激光测距仪B9和所述二维旋转台B7的激光测距数据与旋转参数合并为在空间区域中的三维距离数据，所述数据整合单元中内置所述红外激光测距仪A1中激光发射探头到所述红外激光测距仪B9中激光发射探头间的额定距离并与所述水平仪6反馈的水平度参数相结合得出所述定位模块到所述测绘模块的三维距离数据，
所述距离测绘单元将水准点到测绘无人机中的所述定位模块、所述定位模块到所述测绘模块、所述测绘模块到待测建筑物上测绘点间的三维距离数据转换为从水准点到待测建筑物上测绘点的三维距离参数，
所述结构测绘单元将无人机对待测建筑物环绕飞行时测绘雷达10监测到的数据与数据获取过程中所述电子陀螺仪4反馈的空间位置参数、所述测绘雷达10的空间监测方向相结合构建以所述电子陀螺仪4反馈的空间位置参数为运动轨迹的待测建筑物立体结构模型，
所述水平测绘单元根据所述摄像头B8捕捉的所述水平仪6待测建筑物上投影射线的倾斜率和所述倾角传感器5的倾斜指数相结合得出待测建筑物的倾斜度。
所述数据模型构建系统以所述结构测绘单元运动轨迹构建的所述立体结构模型为基础与所述距离测绘单元在对应运动轨迹节点检测到的三维距离参数相结合构建以水准点为坐标参考系的结构模型及有限元参数数据，所述结构模型及有限元参数数据导入到三维设计软件中实现模型的建模。
所述连接螺栓包括吊钩螺栓、U型螺栓。
所述红外激光测距仪A1、红外激光测距仪B9包括红外测距仪，所述红外测距仪包括博世GLM测距仪、优利德LM100e+测距仪、徕卡BLK3D三维测量仪、禅思L1激光雷达镜头。
所述二维旋转台A3、二维旋转台B7包括二维旋转平台、所述二维旋转平台包括高精度电动二维旋转台U型架结构、专利CN211269691U的二维球形电动旋转台。
所述测绘雷达10包括温妤NRA15地形跟随无人机雷达，三坐标雷达、单脉冲雷达。
所述倾角传感器5包括瑞芬SCA110T、SCA120T单轴电压输出型倾角传感器5、建大仁科倾角变送器高精度工业三轴倾角仪。
所述电子陀螺仪4包括9轴加速度计电子陀螺仪4传感器、蓝5.0加速度计陀螺仪传感器、
所述PLC电路板包括西门子S7-400、汇川PLC控制器H2U-1616MR
所述水准点包括大水牛沉降观测钉不锈钢控制点、L型沉降观测点。
所述摄像头A2、所述摄像头B8内置图像识别定位功能。
所述摄像头A2与所述二维旋转台A3连接，所述摄像头A2控制所述二维旋转台A3的旋转角度。
所述摄像头B8与所述二维旋转台B7连接，所述摄像头B8控制所述二维旋转台B7的旋转角度。
所述图像识别定位功能通过对所述二维旋转台A3、所述二维旋转台B7旋转角度的控制，实现采集到图像信息中红外测距仪标识的红点与水准点、测绘点相互重合的目的。
所述图像识别定位功能读取的图像信息中红点与水准点、测绘点相互重合时，通过数据交互系统向无人机的控制器发送在线运行信号，所述在线运行信号可被无人机的控制器显示反馈。
在对待测量的建筑物进行测绘时，其测绘基准点在通常意义上默认为建设该建筑物时的水准点，即本发明依靠无人机作业条件下的基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统。
在实际使用前，对安装在框架结构内检测模组中的供电线路与无人机的电源线相互连接，进行供电复检，确保检测模组可以进行稳压供电，保障检测模组正常运行的要求。将数据传输接口与无人机飞控系统的有线连接端口相连接，进一步的优化在特殊需求下，对无人机飞行控制精度的要求。
使用设置框架结构上的连接栓实现与无人机起落架之间的固定连接，采用连接栓连接的方式便于安装拆卸，进一步的降低装置使用的准备时间。
使用无人机的控制器遥控无人机进行测绘作业时，先控制无人机飞行到待测绘建筑物的一侧，使用图像识别定位功能进行定位模块到水准点、测绘模块到测绘点的图像定位校核，当控制器显示反馈的在线运行信号后，作业人员即可操控遥控器控制无人机进行绕待测绘建筑物的环绕飞行，完成数据的测绘。当出现在线运行信号丢失的情况下，需要立即停止对无人机的飞行控制，悬停在该节点直到控制器重新反馈在线运行信号后，继续控制无人机进行环绕飞行即可完成对待测建筑物的测绘。
在无人机进行测绘时，在满足图像识别定位功能反馈的在线运行信号条件的筛选下。经数据交互系统传输到数据处理平台内的数据包括在任一节点上定位模块检测到的三维距离数据、测绘模块检测到的三维距离数据、倾角传感器5检测到的倾斜角度、摄像头B8捕捉到的水平仪6在待测建筑上倾斜参数、测绘雷达10检测到对应建筑的结构和电子陀螺仪4检测到的运动轨迹，将其合并为以水准点到电子陀螺仪4检测到的运动轨迹上节点的有限元距离参数及立体结构模型的复合数据，构建以运动轨迹为闭环前提下，三维设计软件中的三维空间模型参数。在三维空间模型参数结构的前提下，根据建筑结构的特点，采用模型分解法将结构分解成独立连接的几何标准图形，该几何标准图形结合三维距离参数使用放样法、平滑度调节方等方法实现对几何标准图形的尺寸精度细化，最后将几何标准图形合并，即可得到高精度建筑物的模型数据并进行存档。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进行优化。
所述数据模型构建系统内置效准核验功能，所述效准核验功能包括所述测绘模块的测绘点与所述定位模块的水准点为同一点时；若所述距离测绘单元输出的三维距离参数为零时，则所述效准核验功能判定系统精度正常无误差；若所述距离测绘单元输出的三维距离参数为非零时，则所述效准核验功能判定系统精度异常，应暂停使用；
增设自检保障环节，实现装置的精度自检，确保系统运行精度的稳定性。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上进行优化。
所述数据处理平台内设置分布式集成化管理系统，所述分布式集成化管理系统实现对不同检测模组的协调管控。
采用多组无人机协同作业，进一步的提高对待测建筑物的测绘速度，提高作业效率。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上进行优化。
所述水准点包括设置在其他无人机上所述红外测距仪的激光发射探头。
当无人机定位模块的作业范围内，不存在水准点时，通过对其他作业无人机上的红外测距仪进行二次定位的方法实现三维距离参数的确定，采用交互式间接定位的方法，实现对水准点的间接点位。
进一步的增强对水准点坐标系多元化架构的建设，优化三维位置参数的精确程度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统，其特征在于：包括框架结构，
所述框架结构上固定安装的检测模组，对所述检测模组采集的数据进行处理的数据处理平台，
所述检测模组包括定位模块、测绘模块、空间姿态监测模块、数据交互系统，
所述数据处理平台包括坐标系整合系统、数据模型构建系统，
所述框架结构安装在无人机上，
所述定位模块实现与地面上设置的水准点之间相对距离及角度的测定，
所述空间姿态监测模块完成对无人机悬停作业时相关姿态参数的实时捕获，
所述测绘模块实现对待测建筑物结构、尺寸及倾斜度的测量，所述测绘模块设置在所述定位模块的正上方，
所述数据交互系统将检测模组中检测到的数据信息传输到无人机的飞控系统和所述坐标系整合系统内，
所述坐标系整合系统将数据交互系统中传输的数据信息进行合并，
所述数据模型构建系统将合并的三维数据关联参数转换为对应的坐标参考系复合模型参数并导入三维设计软件进行数据模型的建模、存档；
所述框架结构的上端面与无人机的起落架之间使用连接螺栓固定连接，所述框架结构使用变形量较小的铸铁制造，所述框架结构包括3组依次垂直连接的矩体边框，所述矩体边框中下到上依次为矩体框A、矩体框B、矩体框C；
所述定位模块包括红外激光测距仪A、安装所述红外激光测距仪A的二维旋转台A、安装在所述二维旋转台A上用于图像捕捉的摄像头A，所述红外激光测距仪A的激光发射探头与所述二维旋转台A旋转轴的中心线在同一条直线上，所述二维旋转台A倒置固定在所述框架结构底部的矩体框A内；
所述空间姿态监测模块设置在所述定位模块与所述测绘模块之间，所述空间姿态监测模块包括倾角传感器、电子陀螺仪，所述倾角传感器、所述电子陀螺仪固定在所述矩体框B上；
所述测绘模块包括设置在所述矩体框C上的二维旋转台B、安装在所述二维旋转台B上的红外激光测距仪B、安装在所述二维旋转台B上用于图像捕捉的摄像头B、所述二维旋转台B的两侧分别设置水平仪和测绘雷达，所述红外激光测距仪B的激光发射探头与所述二维旋转台B旋转轴的中心线在同一条直线上，所述二维旋转台B固定在所述矩体框C内，所述水平仪、所述测绘雷达上设置配重块确保两者的重量相等；
所述坐标系整合系统包括数据整合单元、距离测绘单元、结构测绘单元、水平测绘单元，
所述数据整合单元实现对所述定位模块、所述测绘模块、所述空间姿态监测模块的数据整合，所述数据整合单元将所述红外激光测距仪A和所述二维旋转台A、所述红外激光测距仪B和所述二维旋转台B的激光测距数据与旋转参数合并为在空间区域中的三维距离数据，所述数据整合单元中内置所述红外激光测距仪A中激光发射探头到所述红外激光测距仪B中激光发射探头间的额定距离并与所述水平仪反馈的水平度参数相结合得出所述定位模块到所述测绘模块的三维距离数据，
所述距离测绘单元将水准点到测绘无人机中的所述定位模块、所述定位模块到所述测绘模块、所述测绘模块到待测建筑物上测绘点间的三维距离数据转换为从水准点到待测建筑物上测绘点的三维距离参数，
所述结构测绘单元将无人机对待测建筑物环绕飞控时所述测绘雷达监测到的数据与数据获取过程中所述电子陀螺仪反馈的空间位置参数、所述测绘雷达的空间监测方向相结合构建以所述电子陀螺仪反馈的空间位置参数为运动轨迹的待测建筑物立体结构模型，
所述水平测绘单元根据所述摄像头B捕捉的所述水平仪待测建筑物上投影射线的倾斜率和所述倾角传感器检测到的倾斜指数相结合得出待测建筑物的倾斜度。
2.如权利要求1所述的一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统，其特征在于：所述数据交互系统包括依次连接的模数转换器、PLC电路板、数据传输接口、无线信号发射天线，所述模数转换器分别连接所述定位模块中的所述红外激光测距仪A、所述二维旋转台A、所述摄像头A、所述空间姿态监测模块中的所述倾角传感器、所述电子陀螺仪、所述测绘模块中的所述红外激光测距仪A、所述二维旋转台A、所述摄像头A、所述水平仪、所述测绘雷达，所述数据传输接口与无人机的飞控系统相连接，所述数据交互系统固定在所述矩体框B中，所述PLC电路板上连接存储卡，所述数据传输接口包括USB端口，所述数据交互系统中的所述数据传输接口或所述无线信号发射天线将所述检测模组中检测到的数据信息传输到所述坐标系整合系统内。
3.如权利要求2所述的一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统，其特征在于：所述定位模块、所述空间姿态监测模块、所述测绘模块、所述数据交互系统内的供电线路与无人机上的电源相连接，所述坐标系整合系统、所述数据模型构建系统为内置在数据处理平台上的应用程序，所述数据处理平台包括计算机、服务器，所述数据处理平台上设置信号接收单元，所述信号接收单元包括无线信号接收芯片、数据传输端口，所述无线信号接收芯片接收所述无线信号发射天线传输的数据信息，所述数据传输端口接收所述数据传输接口传输的数据信息，所述信号接收单元将接收到的数据信息传输到所述坐标系整合系统内。
4.如权利要求1所述的一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统，其特征在于：所述数据模型构建系统以所述结构测绘单元运动轨迹构建的所述立体结构模型为基础与所述距离测绘单元在对应运动轨迹节点检测到的三维距离参数相结合构建以水准点为坐标参考系的结构模型及有限元参数数据，所述结构模型及有限元参数数据导入到三维设计软件中实现模型的建模。
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