CN116147598B - 基于无人机的像控点布设装置及无人航测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的像控点布设装置及无人航测设备，属于航空摄影测量技术领域，无人机携带轻质像控点布设装置布设像控点，无人机的顶部设有接收机安装座，像控标识装置设于无人机的底部，像控标识装置包括连接主体和可拆卸的像控标识体，连接主体与无人机底部连接，像控标识体与连接主体通过触发射机构相连，能够控制像控标识体与连接主体脱离；连接主体底部设有触发延时开关，用于启动无人机上搭载的GPS‑RTK进行以像控标识体中心为测量中心就行延时测量及多次平滑测量。无人机携带轻质的像控点布设装置到预布设像控点，实现自动布设及测量，解决高陡山区像控点布设效率低、劳动强度大等难题，减少外业工作量，提高航测效率及测量精度。

Description

基于无人机的像控点布设装置及无人航测设备

技术领域

本发明属于航空摄影测量技术领域，尤其涉及一种基于无人机的像控点布设装置及无人航测设备。

背景技术

低空无人机航空摄影测量技术是近年来在遥感技术基础上迅速发展起来的地理信息数据快速获取技术。该技术利用无人飞机平台搭载航空数码相机进行无人机航拍摄影，采用IMU/GPS技术进行自动导航，进行低空作业，具有机动灵活、高效快速、精细准确等特点。航空摄影测量技术已经成为我国社会发展、应急救灾、实景三维中国建设、自然资源调查、地质灾害、矿山环境修复治理等一系列重大项目中不可或缺的技术。像控点的布设效率和测量精度又影响着整个航空摄影测量的效率和精度。

目前，现有像控点布设方式通常采用以下两种：一种是使用油漆或者石灰进行现场喷涂，这种方式通常对标志绘制人员要求较高，绘制效果不同对内业刺点影响较大，且浪费大量外业时间，布设效率低下；第二种方式是在布或者塑料泡沫板上面提前绘制好控制点标志，这种方式存在的问题是不方便固定，容易受周围环境影响，发生位移，而且上述两种布设像控点的方法，无法自动获取像控点坐标，尤其山区等复杂区域，测区环境干扰因素较多，不管是布设还是测量均较为困难，过程耗费时间较长，工作效率低，极大影响航空摄影测量的精度及测量效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无人机的像控点布设装置及无人航测设备，旨在解决现有技术中无法自动获取像控点坐标，人工布设像控点布设难度大，费时费力、工作效率低，影响航空摄影测量精度及测量效率的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于无人机的像控点布设装置，包括连接主体和可拆卸的像控标识体，所述连接主体能够与无人机底部连接，所述像控标识体与连接主体通过触发射机构相连，所述连接主体的下端设有触发延时开关，用于控制像控标识体与连接主体脱离、同时启动无人机上搭载的GPS-RTK进行延时测量及多次平滑测量，所述像控标识体的中心为测量中心；所述像控点布设装置由轻质材料制作而成。

优选的，所述连接主体包括外套管、连接杆和内套管，所述连接杆及内套管均设置于外套管内，所述外套管的侧壁上沿其长度方向对称设有两个滑道，所述连接杆的两侧分别设置于两个滑道内，所述触发射机构的第一弹簧片固定于外套管的外壁上、且设置于滑道的上方；所述连接杆的上端与触发射机构的第二弹簧片相连，所述第二弹簧片的宽度大于滑道的宽度，所述内套管的上端与连接杆的下端相连，所述外套管的下端设有用于对像控标识体下端限位的限位台，所述触发开关设置于内套管的下端；所述外套管及内套管均为碳纤维材质。

优选的，所述触发射机构包括第一弹簧片、第二弹簧片和用于对像控标识体上端限位的限位卡，所述限位卡设置于第二弹簧片的外侧中部，所述第二弹簧片为两个、且对称设置于连接杆的上端两侧，所述第一弹簧片对应设有两个、且对称设置于外套管的外壁上；所述第一弹簧片的上端固定于外套管的外壁上，所述第一弹簧片为上端固定、下端自由翘起的反向S形，所述第二弹簧片的上端能够插于第一弹簧片与外套管之间的间隙内；所述限位卡的外侧凸起部能够置于第一弹簧片的中部凸起的内侧。

优选的，所述像控标识体包括标识体和能够开合的弹性标识支架，所述标识支架的上端与外套管滑动配合，所述标识体设置于标识支架的下端，所述标识体的上表面涂有标识色；所述标识支架的上端套环能够搭设于限位卡的顶部，所述标识体的中心部位设有与外套管上限位台配合的限位环，所述限位环的内径小于限位台上方的外套管外径。

优选的，所述标识支架包括多根弹性支撑件，多根支撑件的上端与套环相连，所述支撑件的下端间隔设置于标识体的四周边缘；所述套环套装于外套管的外部，所述限位卡的凸起部为圆弧形。

优选的，展开后的标识体为圆形，所述标识体上划分四个扇形区域，四个扇形区域分别喷涂红色标识和白色标识，两个红色扇形区域、两个白色扇形区域两两相对，所述限位环设置于标识体的中心。

优选的，所述标识体由防雨布制作而成。

本发明还提供一种无人航测设备，包括无人机及上述像控点布设装置，所述无人机的顶部设有接收机安装座，所述像控标识装置设置于无人机的底部，所述接收机安装座上设有带GPS接收机天线的GPS接收机主机；所述无人机的底部设有两架云台，一架云台搭载GPS接收机手簿，另一架云台搭载高清数码相机。

优选的，所述无人机的顶部及底部分别固定用于安装接收机连接头及像控标识连接头的垫片，所述接收机连接头及像控标识连接头均与相应的垫片相连，顶部垫片设置于接收机安装座上，底部垫片设置于无人机的底部。

优选的，所述接收机连接头与GPS接收机主机为螺纹连接；所述无人机底部的垫片上固定螺母，所述像控标识连接头与螺母螺纹连接。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明利用无人机携带轻质的像控标识装置到预布设像控点，通过遥控触发射机构使像控标识体与连接主体脱离，带有像控标识体的连接主体坠地同时触发底部的触发开关，启动无人机上搭载的GPS-RTK进行延时测量及多次平滑测量。本发明能够实现自动布设及测量，有效解决了高陡山区像控点布设效率低、劳动强度大等难题，极大的减少了外业工作量，省时省力，提高了航测工作效率。本发明尤其适用于山区等复杂区域像控点的布设与测量，同时也提高了航空摄影测量精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例提供的一种基于无人机的像控点布设装置的结构示意图(标识体未打开状态图)；

图2是图1中C处的局部放大图；

图3是图1中标识体展开后的状态图；

图4是图3中A处触发射机构的局部放大图；

图5是图3中像控标识装置的侧视图；

图6是图5中B处的局部放大图；

图7是本发明实施例像控标识装置脱落后的状态图；

图8是图7中标识体及标识支架展开后的俯视图；

图9是本发明实施例中接收机连接头的安装示意图；

图10是本发明实施例中无人机底部垫板的安装示意图；

图11是图7中垫板的仰视图；

图中：1-像控标识连接头，2-限位环，3-外套管，4-内套管，5-套环，6-标识支架，7-标识体，8-触发延时开关，9-第一弹簧片，10-第二弹簧片，11-限位卡，12-滑道，13-连接杆，14-螺栓，15-垫片，16-接收机连接头，17-螺母。

具体实施方式

下面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的一部分实施例，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。

如图1-6所示，本发明实施例提供的一种基于无人机的像控点布设装置包括连接主体和可拆卸的像控标识体，所述连接主体能够与无人机底部连接，所述像控标识体与连接主体通过触发射机构相连，所述连接主体的下端设有触发延时开关8，用于控制像控标识体与连接主体脱离、同时启动无人机上搭载的GPS-RTK进行延时测量及多次平滑测量，所述像控标识体的中心为测量中心；所述像控点布设装置由轻质材料制作而成。其中，GPS-RTK为基于全球定位系统的实时动态测量设备。

其中，触发延时开关8接触地面后会启动两个功能：一是像控标识体的开伞功能，二是延时测量功能，触发延时开关8通过蓝牙无线传感器将信号发送至GPS接收机手簿，手簿app可实现自动间隔5秒连续测3次，无人机旋停15秒后，技术人员操控无人机飞回起降点进行其他像控点的布设。其中，触发延时开关可选用轻触开关。

在本发明的一个具体实施例中，如图1-6所示，所述连接主体包括外套管3、连接杆13和内套管4，所述连接杆13及内套管4均设置于外套管3内，所述外套管3的侧壁上沿其长度方向对称设有两个滑道12，所述连接杆13的两侧分别设置于两个滑道12内，所述触发射机构的第一弹簧片9固定于外套管3的外壁上、且设置于滑道12的上方；所述连接杆13的上端与触发射机构的第二弹簧片10相连，所述第二弹簧片10的宽度大于滑道12的宽度，所述内套管4的上端与连接杆13的下端相连，所述外套管3的下端设有用于对像控标识体下端限位的限位台，所述触发延时开关8设置于内套管4的下端；所述外套管3及内套管4均为碳纤维材质，可减轻设备重量。具体制作时，所述限位台上方的外套管外径大于其下方的外套管外径，能够避免像控标识体在打开过程中沿着外套管上窜；同时，在像控标识体打开后能够在其自重作用下脱离外套管坠落在地面上。连接杆13沿着外套管3两侧的滑道12上下移动，可避免内套管4及连接杆在外套管3内轴向移动的同时发生转动，确保第二弹簧片10始终与第一弹簧片9上下对应。

作为一种优选结构，如图2、4、6所示，所述触发射机构包括第一弹簧片9、第二弹簧片10和用于对像控标识体上端限位的限位卡11，所述限位卡11设置于第二弹簧片10的外侧中部，所述第二弹簧片10为两个、且对称设置于连接杆13的上端两侧，所述第一弹簧片9对应设有两个、且对称设置于外套管3的外壁上；所述第一弹簧片9的上端固定于外套管3的外壁上，所述第一弹簧片9为上端固定、下端自由翘起的反向S形，所述第二弹簧片10的上端能够插于第一弹簧片9与外套管3之间的间隙内；所述限位卡11的外侧凸起部能够置于第一弹簧片9的中部凸起的内侧。当像控标识体在空中未打开之前，限位卡11起到支撑像控标识体的作用；当像控标识体落地打开后，内套管4在冲击力作用下带动连接杆13向上快速移动，可使第二弹簧片10及限位卡11插入第一弹簧片9与外套管3之间，借助限位卡11可避免内套管4从外套管3内滑脱。

在本发明的一个具体实施例中，如图1、3、7、8所示，所述像控标识体包括标识体7和能够开合的弹性标识支架6，所述标识支架6的上端与外套管3滑动配合，所述标识体7设置于标识支架6的下端，所述标识体7的上表面涂有标识色；所述标识支架6的上端套环5能够搭设于限位卡11的顶部，所述标识体7的中心部位设有与外套管3上限位台配合的限位环2，所述限位环2的内径小于限位台上方的外套管3外径。其中，所述标识支架6包括多根弹性支撑件，多根支撑件的上端与套环5相连，所述支撑件的下端间隔设置于标识体7的四周边缘；所述套环5套装于外套管3的外部，所述限位卡11的凸起部为圆弧形。具体制作时，支撑件可选用三根以上的轻质钢丝，钢丝上端均布固定在套环5的四周、下端均布在标识体7的四周；在标识体打开状态下固定钢丝，这样钢丝在收拢状态下保持一定的挠度，在标识支架和标识体下落状态下，标识体即可在钢丝弹性作用下迅速打开。图7、8实施例中采用三根钢丝制作。使用时，当标识支架上端的套环脱离外套管后，标识体在轻质钢丝作用下打开在标识支架和标识体的自重作用下落至地面上；利用套环5及限位环2将标识支架和标识体连接为一体，方便后期像控标识体的回收再利用。

作为一种优选结构，如图8所示，展开后的标识体7为圆形，所述标识体7上划分为四个等分的扇形区域，四个扇形区域分别喷涂红色标识和白色标识，两个红色扇形区域、两个白色扇形区域两两相对；所述限位环2设置于标识体7的中心，限位环2能够沿着限位台下方滑入套装在限位台下方的外套管3上，所述标识体的中心即是GPS主机测量中心。具体制作时，所述标识体7由防雨布制作而成。

像控标识体的触地开伞和延迟测量过程如下：

无人机将像控标识体送到指定位置，内套管4下端的触发延时开关8触地后会对内套管4施加瞬间向上的冲击力，内套管4带动连接杆13及其上端的第二弹簧片10向上移动，限位卡11在冲击力作用下向上移动的同时，由于套环5的限制作用会使两个第二弹簧片10向内倾斜，限位卡11脱离套环5的限制继续向上移动，直至第二弹簧片10的上端插入第一弹簧片9与外套管3之间、限位卡11进入第一弹簧片9的中部凸起内。标识支架6的套环5从外套管3上脱落后，落地后标识体7在标识支架6作用下自动打开，呈现图8的状态。

本发明还提供一种无人航测设备，包括无人机(图中未画出)及上述像控点布设装置，所述无人机的顶部设有接收机安装座(图中未画出)，所述像控标识装置设置于无人机的底部，所述接收机安装座上设置有带GPS接收机天线的GPS接收机主机；所述无人机的底部设有两架云台，一架云台搭载GPS接收机手簿，另一架云台搭载高清数码相机。凡是含有上述像控点布设装置的无人航测设备均在本发明的保护范围之内。

作为一种优选结构，如图9、10所示，所述无人机的顶部及底部分别固定用于安装接收机连接头16及像控标识连接头的垫片15，所述接收机连接头16及像控标识连接头1均与相应的垫片15相连，顶部垫片15设置于接收机安装座上，底部垫片设置于无人机的底部。应用双云台搭载高清数码相机和GPS接收机手簿属于本领域专业技术人员公知的现有技术，在此不再赘述。

具体制作时，如图9所示，预先将接收机连接头16焊接固定在上方垫片15上，垫片15的四周通过螺栓14固定在无人机的顶部，所述接收机连接头16与GPS接收机主机为螺纹连接。

如图10、11所示，安装时，在无人机正对接收机连接头16的下方位置安装垫片15，顶部垫片15通过螺栓14安装在接收机安装座上；并在底部垫片15上固定螺母17，所述像控标识连接头1与螺母15螺纹连接。预先将螺母17焊接固定在下方垫片15中部，再将垫片15四周通过螺栓14固定在无人机的底部，将像控标识连接头1与螺母17螺纹连接。此过程务必使接收机连接头16和螺母17的中心点在同一垂线上。

本发明的工作原理如下：

在使用本发明进行像控点布设时，首先，需要完成设备的组装工作，先通过螺纹固定好GPS接收机和GPS接收机天线，通过双云台搭载高清数码相机和GPS接收机手簿，搭载好这些设备后，启动四旋翼无人机，使其处于旋停状态，在旋停状态下安装像控点装置，组装完毕后，利用遥控器控制无人机到预布设像控点的位置，在放置像控点装置的过程中，可以通过高清数码相机时刻关注GPS接收机手簿的卫星信号等情况，在完成像控点测量后，使用四旋翼无人机遥控器操控无人机飞回起降点准备布设下一个像控点标识。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)在四旋翼无人机上搭载像控点标识体，可以利用无人机将像控点标识体放置在需要布设像控点位置，从而大大减少了外业布设像控点的工作，尤其高陡山区，大大减少了技术人员布设像控点的工作量，提高了像控点布设效率；(2)在无人机上搭载GPS接收机、GPS接收机天线、GPS手簿，可以在像控点标识落地的瞬间启动测量装置，实现便捷快速的自动获取像控点坐标，该装置设置为间隔5秒连续测3次，计算3次测量平均值作为像控点坐标值，此方法可以中和无人机悬停过程的不稳定造成的测量误差，提高了像控点的测量精度，增加了该方案的可实施性。

在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (9)

1.一种基于无人机的像控点布设装置，其特征在于：包括连接主体和可拆卸的像控标识体，所述连接主体能够与无人机底部连接，所述像控标识体与连接主体通过触发射机构相连，所述连接主体的下端设有触发延时开关，用于控制像控标识体与连接主体脱离、同时启动无人机上搭载的GPS-RTK进行延时测量及多次平滑测量，所述像控标识体的中心为测量中心；所述像控点布设装置由轻质材料制作而成；所述连接主体包括外套管、连接杆和内套管，所述连接杆及内套管均设置于外套管内，所述外套管的侧壁上沿其长度方向对称设有两个滑道，所述连接杆的两侧分别设置于两个滑道内，所述触发射机构的第一弹簧片固定于外套管的外壁上、且设置于滑道的上方；所述连接杆的上端与触发射机构的第二弹簧片相连，所述第二弹簧片的宽度大于滑道的宽度，所述内套管的上端与连接杆的下端相连，所述外套管的下端设有用于对像控标识体下端限位的限位台，触发开关设置于内套管的下端；所述外套管及内套管均为碳纤维材质。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的像控点布设装置，其特征在于：所述触发射机构包括第一弹簧片、第二弹簧片和用于对像控标识体上端限位的限位卡，所述限位卡设置于第二弹簧片的外侧中部，所述第二弹簧片为两个、且对称设置于连接杆的上端两侧，所述第一弹簧片对应设有两个、且对称设置于外套管的外壁上；所述第一弹簧片的上端固定于外套管的外壁上，所述第一弹簧片为上端固定、下端自由翘起的反向S形，所述第二弹簧片的上端能够插于第一弹簧片与外套管之间的间隙内；所述限位卡的外侧凸起部能够置于第一弹簧片的中部凸起的内侧。

3.根据权利要求2所述的基于无人机的像控点布设装置，其特征在于：所述像控标识体包括标识体和能够开合的弹性标识支架，所述标识支架的上端与外套管滑动配合，所述标识体设置于标识支架的下端，所述标识体的上表面涂有标识色；所述标识支架的上端套环能够搭设于限位卡的顶部，所述标识体的中心部位设有与外套管上限位台配合的限位环，所述限位环的内径小于限位台上方的外套管外径。

4.根据权利要求3所述的基于无人机的像控点布设装置，其特征在于：所述标识支架包括多根弹性支撑件，多根支撑件的上端与套环相连，所述支撑件的下端间隔设置于标识体的四周边缘；所述套环套装于外套管的外部，所述限位卡的凸起部为圆弧形。

5.根据权利要求3所述的基于无人机的像控点布设装置，其特征在于：展开后的标识体为圆形，所述标识体上划分四个扇形区域，四个扇形区域分别喷涂红色标识和白色标识，两个红色扇形区域、两个白色扇形区域两两相对，所述限位环设置于标识体的中心。

6.根据权利要求5所述的基于无人机的像控点布设装置，其特征在于：所述标识体由防雨布制作而成。

7.一种无人航测设备，其特征在于：包括无人机及如权利要求1-6任一项所述的像控点布设装置，所述无人机的顶部设有接收机安装座，像控标识装置设置于无人机的底部，所述接收机安装座上设有带GPS接收机天线的GPS接收机主机；所述无人机的底部设有两架云台，一架云台搭载GPS接收机手簿，另一架云台搭载高清数码相机。

8.根据权利要求7所述的无人航测设备，其特征在于：所述无人机的顶部及底部分别固定用于安装接收机连接头及像控标识连接头的垫片，所述接收机连接头及像控标识连接头均与相应的垫片相连，顶部垫片设置于接收机安装座上，底部垫片设置于无人机的底部。

9.根据权利要求8所述的无人航测设备，其特征在于：所述接收机连接头与GPS接收机主机为螺纹连接；所述无人机底部的垫片上固定螺母，所述像控标识连接头与螺母螺纹连接。