CN116734799A - 一种基于无人机的距离测量装置及应用 - Google Patents

Abstract

一种基于无人机的距离测量装置及应用，涉及距离测量技术领域，包括无人机本体、距离测量机构，所述的无人机本体的腹部设有距离测量机构。一种基于无人机的距离测量装置在跨障碍距离测量的应用，包括确定首端标记、末端标记；升空无人机本体；确定夹角C、第一激光测距传感器的测量距离、第二激光测距传感器的测量距离；计算直线距离的步骤；一种基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用，包括确定机动车起始位置、设定标记位置；计时、测量车速的步骤。本发明可针对有障碍物的情况下实现直线距离的快速测量，同时基于这种技术将其应用到静态目标的距离测量及动态目标的距离测量领域。

Description

一种基于无人机的距离测量装置及应用

技术领域

本发明涉及距离测量技术领域，具体涉及一种基于无人机的距离测量装置及应用。

背景技术

距离测量装置在建筑施工、地质勘测以及铁路建设等工程中被普遍使用，其中市场中最常见的就是全站仪之类的设备。这类设备在测量没有障碍物遮挡的直线距离时使用较为方便，但有障碍物遮挡时，需要选择多个点位测量，尤其是地形复杂，障碍物体积较大的情况下，操作尤为繁琐。

另外，在很多情况下，人们需要测量物体的移动速度，比如高速路需要侧车速，现有技术中测量高速路车速的方式包括单点测量、路段测量以及流动式测量，其中流动式测量时工作人员携带仪器，随机选择高速路路段对车辆的行驶速度进行检测。这类流动式方式存在的缺陷是： 需要较多的工作人员参与、劳动量大、工作效率低，一旦选择了随机检测的地点就无法针对其他地点进行快速转移检测，因此，检测的灵活性差。

发明内容

本发明提供了一种基于无人机的距离测量装置及应用，目的是针对有障碍物的情况下实现直线距离的快速测量，同时基于这种技术将其应用到静态目标的距离测量及动态目标的距离测量领域。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于无人机的距离测量装置，包括无人机本体、距离测量机构，所述的无人机本体的腹部设有距离测量机构，所述的距离测量机构包括安装板、固定设于安装板下表面的铰接座、第一测量臂、第二测量臂、角度控制单元、控制器，所述的第一测量臂和第二测量臂的顶端分别通过共同的铰接轴与铰接座铰接，在第一测量臂和第二测量臂的末端分别安装有第一激光测距传感器、第二激光测距传感器，所述的第一激光测距传感器、第二激光测距传感器发射的测量光线的轴线与铰接轴的轴线相交并始终汇聚于1点，所述的第一测量臂和第二测量臂通过角度控制单元与安装板下表面连接，在第一测量臂和第二测量臂的外壁分别设有第一视觉传感器和第二视觉传感器，所述的第一视觉传感器、第二视觉传感器、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、角度控制单元分别通过导线与控制器电连接，所述的无人机本体设有控制机构及无线信号收发装置，所述的控制机构分别通过导线与控制器、无线信号收发装置电连接，所述的控制机构通过无线信号收发装置与地面指挥中心信号连接。

优选的，所述的无人机本体包括主壳体、均匀分布于主壳体侧壁外周的4个机臂，设于机臂末端顶部的螺旋桨，所述的安装板通过螺栓固定安装于主壳体的底端，所述的角度控制单元包括第一伺服缸和第二伺服缸，所述的第一伺服缸和第二伺服缸分别设于第一测量臂、第二测量臂的外侧，所述的第一测量臂、第二测量臂的外侧壁分别设有直线导轨，所述的直线导轨上滑动连接有移动座，所述的第一伺服缸、第二伺服缸的固定端分别与安装板下表面固定连接，伸缩端分别与其中1个移动座的顶端铰接，所述的第一伺服缸和第二伺服缸分别通过导线与控制器电连接，所述的控制器通过控制第一伺服缸和第二伺服缸的伸缩长度控制第一激光测距传感器、第二激光测距传感器发射的测量光线之间的夹角C。

一种基于无人机的距离测量装置在跨障碍距离测量的应用，包括如下步骤：

步骤11、确定待测量的直线距离的首端标记及末端标记，首端标记与末端标记之间有障碍物；

步骤12、地面指挥中心控制无人机本体起飞至障碍物的上空；

步骤13、地面指挥中心控制无人机本体的飞行姿态及位置，打开第一激光测距传感器、第二激光测距传感器，通过调节第一伺服缸及第二伺服缸使第一激光测距传感器、第二激光测距传感器的测量光线投射在首端标记或末端标记上；

步骤14、控制器依据第一伺服缸和第二伺服缸的伸缩量计算夹角C的度数，并读取第一激光测距传感器测量的距离信息D、第二激光测距传感器测量的距离信息E，依据夹角C的度数、距离信息D、距离信息E计算首端标记和末端标记之间的直线距离。

优选的，所述的步骤13中，地面指挥中心通过第一视觉传感器、第二视觉传感器拍摄的视觉信息判断第一激光测距传感器、第二激光测距传感器是否与首端标记或末端标记对齐。

优选的，所述的步骤14中，地面指挥中心控制无人机本体上升至不同的高度，并重复步骤14，将所测量的直线距离取均值作为最终测量所得的直线距离。

一种基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用，包括如下步骤：

步骤21、地面指挥中心控制无人机本体起飞至道路上空；

步骤22、地面指挥中心控制无人机本体的飞行姿态及位置，打开第一激光测距传感器、第二激光测距传感器，通过调节第一伺服缸及第二伺服缸使第一激光测距传感器、第二激光测距传感器的测量光线分别投射在待测速的机动车车体上和待测速机动车前方直线路段的设定标记位置；控制器记录第一激光测距传感器的测量值M、第二激光测距传感器的测量值N；

步骤23、地面指挥中心使无人机本体悬停在原来位置，在机动车从起始位置向设定标记位置移动的过程中计时，根据第一激光测距传感器的测量值M、第二激光测距传感器的测量值N以及控制器计算出的夹角C，计算起始位置和设定标记位置的直线距离，根据直线距离以及计时所得的时长计算机动车的车速。

优选的，所述的基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用是用在高速路的车速测量，当测量某一机动车的车速后，无人机本体随机飞行到其他位置针对其他的机动车的车速进行测量。

优选的，所述的基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用替代高速路人工对车速的流动式测量方式。

优选的，所述的主壳体外表面还安装有高清摄像头，所述的控制机构与高清摄像头通过导线信号连接，在基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用中，地面指挥中心控制无人机本体升空，通过高清摄像头对高速路上的车辆进行辨别，辨别出超过指定速度的车辆并标记，并针对标记的车辆进行车速测量，当测量所得数据显示该车辆超速时，通过无人机本体的追踪拍摄识别车辆的车牌信息。

本发明一种基于无人机的距离测量装置及应用具有如下有益效果：

本发明可针对有障碍物的情况下实现直线距离的快速测量，同时基于这种技术将其应用到静态目标的距离测量及动态目标的距离测量领域，具有广泛的应用场景，尤其是可应用到高速路的车速测量，替代人工的流动式测量，可显著降低劳动强度、减少人工、提高测量效率和测量的灵活性，并有针对性的对较高速度的车辆进行监测，有利于高速路的车行安全管理。

附图说明

图1为本发明距离测量机构的局部剖视结构示意图；

图2为本发明一种基于无人机的距离测量装置的正视结构示意图；

图3为本发明一种基于无人机的距离测量装置在跨障碍距离测量的应用的原理图；

图4为本发明无人机本体的一种实施方式的俯视图；

01：主壳体，02：机臂，03：电机，04：螺旋桨，05：支撑架，1：安装板，2：铰接座，3：第一测量臂，4：第二测量臂，5：直线导轨，6：移动座，7：第二伺服缸，8：铰接轴，9：控制器，10：螺栓，11：第一视觉传感器，12：第二激光测距传感器，13：第一激光测距传感器，14：第一测量光线，15：第二测量光线，16、首端标记和末端标记之间的直线距离；17：首端标记，18：末端标记，19：障碍物，20：夹角C。

需要说明的是：以上附图均为示意图，不应以图中所绘出的比例关系理解本发明各个结构之间的大小比例，实际的大小比例根据需要设定。

具体实施方式

以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“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，仅是为了描述本发明和简化描述，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、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1。

参考图1-图4所示。

一种基于无人机的距离测量装置，包括无人机本体、距离测量机构，本发明所涉及的无人机本体可以为市面上各类常用的无人机，其中以航拍无人机的结构最优，该无人机本体的具体技术特征为现有技术，本发明未述及内容以现有方案解决。

所述的无人机本体的腹部设有距离测量机构，所述的距离测量机构包括安装板1、固定设于安装板1下表面的铰接座2、第一测量臂3、第二测量臂4、角度控制单元、控制器9，所述的第一测量臂3和第二测量臂4的顶端分别通过共同的铰接轴8与铰接座2铰接，在第一测量臂3和第二测量臂4的末端分别安装有第一激光测距传感器13、第二激光测距传感器12，所述的第一激光测距传感器13、第二激光测距传感器12发射的测量光线的轴线与铰接轴8的轴线相交并始终汇聚于1点，所述的第一测量臂3和第二测量臂4通过角度控制单元与安装板1下表面连接，在第一测量臂3和第二测量臂4的外壁分别设有第一视觉传感器11和第二视觉传感器（图中未标记），所述的第一视觉传感器11、第二视觉传感器、第一激光测距传感器13、第二激光测距传感器12、角度控制单元分别通过导线与控制器9电连接，所述的无人机本体设有控制机构及无线信号收发装置，所述的控制机构分别通过导线与控制器、无线信号收发装置电连接，所述的控制机构通过无线信号收发装置与地面指挥中心信号连接。

所述的无人机本体包括主壳体01、均匀分布于主壳体01侧壁外周的4个机臂02，设于机臂02末端顶部的螺旋桨04，所述的安装板1通过螺栓10固定安装于主壳体01的底端，所述的角度控制单元包括第一伺服缸（图中未标记）和第二伺服缸7，所述的第一伺服缸和第二伺服缸7分别设于第一测量臂3、第二测量臂4的外侧，所述的第一测量臂3、第二测量臂4的外侧壁分别设有直线导轨5，所述的直线导轨5上滑动连接有移动座6，所述的第一伺服缸、第二伺服缸7的固定端分别与安装板1下表面固定连接，伸缩端分别与其中1个移动座6的顶端铰接，所述的第一伺服缸和第二伺服缸7分别通过导线与控制器电连接，所述的控制器通过控制第一伺服缸和第二伺服缸7的伸缩长度控制第一激光测距传感器、第二激光测距传感器发射的测量光线之间的夹角C20。

实施例2。

基于实施例1，如图1-图4所示，本实施例公开如下。

一种基于无人机的距离测量装置在跨障碍距离测量的应用，包括如下步骤：

步骤11、确定待测量的直线距离的首端标记17及末端标记18，首端标记与末端标记之间有障碍物19；确定的方式可以为人工放置标记物或者通过无人机本体拍摄的视频信息指定标记物；

步骤12、地面指挥中心控制无人机本体起飞至障碍物19的上空；障碍物可以为建筑物、山头等障碍直线测距的物体；

步骤13、地面指挥中心控制无人机本体的飞行姿态及位置，打开第一激光测距传感器13、第二激光测距传感器12，通过调节第一伺服缸及第二伺服缸7使第一激光测距传感器13、第二激光测距传感器12的测量光线投射在首端标记或末端标记上；如图3所示，第一测量光线14和第二测量光线15相交于共同的顶点，顶点与首端标记17、末端标记18之间的线段构成三角形的2个侧边；

步骤14、控制器依据第一伺服缸和第二伺服缸7的伸缩量计算夹角C的度数，由于第一伺服缸和第二伺服缸的位置是固定的，故在各自一定伸缩量的情况下，夹角C的度数是确定的，控制器读取第一激光测距传感器13测量的距离信息D、第二激光测距传感器12测量的距离信息E，依据夹角C的度数、距离信息D、距离信息E计算首端标记和末端标记之间的直线距离，也就是说根据三角形已知的两个侧边长度及夹角度数，求第三边的长度，其计算方法不做赘述。

实施例3。

基于实施例2，如图1-图4所示，本实施例公开如下。

所述的步骤13中，地面指挥中心通过第一视觉传感器11、第二视觉传感器拍摄的视觉信息判断第一激光测距传感器13、第二激光测距传感器12是否与首端标记17或末端标记18对齐。

实施例4。

基于实施例3，如图1-图4所示，本实施例公开如下。

所述的步骤14中，地面指挥中心控制无人机本体上升至不同的高度，并重复步骤14，将所测量的直线距离取均值作为最终测量所得的直线距离。

实施例5。

基于实施例4，如图1-图4所示，本实施例公开如下。

一种基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用，包括如下步骤：

步骤21、地面指挥中心控制无人机本体起飞至道路上空；

步骤22、地面指挥中心控制无人机本体的飞行姿态及位置，打开第一激光测距传感器13、第二激光测距传感器12，通过调节第一伺服缸及第二伺服缸7使第一激光测距传感器13、第二激光测距传感器12的测量光线分别投射在待测速的机动车车体上和待测速机动车前方直线路段的设定标记位置（可参考图3所示，机动车本车体的位置类比于首端标记17的位置，设定标记位置类比于末端标记18的位置，中间无障碍物）；控制器记录第一激光测距传感器的测量值M、第二激光测距传感器的测量值N；

步骤23、地面指挥中心使无人机本体悬停在原来位置，在机动车从起始位置向设定标记位置移动的过程中计时，根据第一激光测距传感器的测量值M、第二激光测距传感器的测量值N以及控制器计算出的夹角C，计算起始位置和设定标记位置的直线距离，根据直线距离以及计时所得的时长计算机动车的车速。

本实施例中，在高速路上可实现瞬时或很短时间内的车速测量。

实施例6。

基于实施例5，如图1-图4所示，本实施例公开如下。

所述的基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用是用在高速路的车速测量，当测量某一机动车的车速后，无人机本体随机飞行到其他位置针对其他的机动车的车速进行测量。

所述的基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用替代高速路人工对车速的流动式测量方式，可极大提高测量的便利性，提高测量的覆盖面，提高测量的灵活性。

实施例7。

基于实施例6，如图1-图4所示，本实施例公开如下。

所述的主壳体01外表面还安装有高清摄像头（图中未画出，安装的位置参考航拍无人机），所述的控制机构与高清摄像头通过导线信号连接，在基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用中，地面指挥中心控制无人机本体升空，通过高清摄像头对高速路上的车辆进行辨别，辨别出超过指定速度的车辆并标记，并针对标记的车辆进行车速测量，当测量所得数据显示该车辆超速时，通过无人机本体的追踪拍摄识别车辆的车牌信息。

本实施例中，标记的车辆为超过指定速度的车速较高的车辆，指定速度的具体值可根据地面指挥中心的操作人员人工确定，而不需要一定要有个速度范围。针对车速较高的车辆进行测速，极大的提高了随机测速的针对性。而测得超速的车辆可及时跟踪甚至可以通过语音喊话制止。

Claims (9)

1.一种基于无人机的距离测量装置，包括无人机本体，其特征为：还包括距离测量机构，所述的无人机本体的腹部设有距离测量机构，所述的距离测量机构包括安装板、固定设于安装板下表面的铰接座、第一测量臂、第二测量臂、角度控制单元、控制器，所述的第一测量臂和第二测量臂的顶端分别通过共同的铰接轴与铰接座铰接，在第一测量臂和第二测量臂的末端分别安装有第一激光测距传感器、第二激光测距传感器，所述的第一激光测距传感器、第二激光测距传感器发射的测量光线的轴线与铰接轴的轴线相交并始终汇聚于1点，所述的第一测量臂和第二测量臂通过角度控制单元与安装板下表面连接，在第一测量臂和第二测量臂的外壁分别设有第一视觉传感器和第二视觉传感器，所述的第一视觉传感器、第二视觉传感器、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、角度控制单元分别通过导线与控制器电连接，所述的无人机本体设有控制机构及无线信号收发装置，所述的控制机构分别通过导线与控制器、无线信号收发装置电连接，所述的控制机构通过无线信号收发装置与地面指挥中心信号连接。

2.如权利要求1所述的一种基于无人机的距离测量装置，其特征为：所述的无人机本体包括主壳体、均匀分布于主壳体侧壁外周的4个机臂，设于机臂末端顶部的螺旋桨，所述的安装板通过螺栓固定安装于主壳体的底端，所述的角度控制单元包括第一伺服缸和第二伺服缸，所述的第一伺服缸和第二伺服缸分别设于第一测量臂、第二测量臂的外侧，所述的第一测量臂、第二测量臂的外侧壁分别设有直线导轨，所述的直线导轨上滑动连接有移动座，所述的第一伺服缸、第二伺服缸的固定端分别与安装板下表面固定连接，伸缩端分别与其中1个移动座的顶端铰接，所述的第一伺服缸和第二伺服缸分别通过导线与控制器电连接，所述的控制器通过控制第一伺服缸和第二伺服缸的伸缩长度控制第一激光测距传感器、第二激光测距传感器发射的测量光线之间的夹角C。

3.一种基于无人机的距离测量装置在跨障碍距离测量的应用，其特征为，采用如权利要求2所述的基于无人机的距离测量装置，包括如下步骤：

步骤11、确定待测量的直线距离的首端标记及末端标记，首端标记与末端标记之间有障碍物；

步骤12、地面指挥中心控制无人机本体起飞至障碍物的上空；

步骤13、地面指挥中心控制无人机本体的飞行姿态及位置，打开第一激光测距传感器、第二激光测距传感器，通过调节第一伺服缸及第二伺服缸使第一激光测距传感器、第二激光测距传感器的测量光线投射在首端标记或末端标记上；

步骤14、控制器依据第一伺服缸和第二伺服缸的伸缩量计算夹角C的度数，并读取第一激光测距传感器测量的距离信息D、第二激光测距传感器测量的距离信息E，依据夹角C的度数、距离信息D、距离信息E计算首端标记和末端标记之间的直线距离。

4.如权利要求3所述的一种基于无人机的距离测量装置在跨障碍距离测量的应用，其特征为，所述的步骤13中，地面指挥中心通过第一视觉传感器、第二视觉传感器拍摄的视觉信息判断第一激光测距传感器、第二激光测距传感器是否与首端标记或末端标记对齐。

5.如权利要求4所述的一种基于无人机的距离测量装置在跨障碍距离测量的应用，其特征为，所述的步骤14中，地面指挥中心控制无人机本体上升至不同的高度，并重复步骤14，将所测量的直线距离取均值作为最终测量所得的直线距离。

6.一种基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用，其特征为，采用如权利要求2所述的基于无人机的距离测量装置，包括如下步骤：

步骤21、地面指挥中心控制无人机本体起飞至道路上空；

步骤22、地面指挥中心控制无人机本体的飞行姿态及位置，打开第一激光测距传感器、第二激光测距传感器，通过调节第一伺服缸及第二伺服缸使第一激光测距传感器、第二激光测距传感器的测量光线分别投射在待测速的机动车车体上和待测速机动车前方直线路段的设定标记位置；控制器记录第一激光测距传感器的测量值M、第二激光测距传感器的测量值N；

步骤23、地面指挥中心使无人机本体悬停在原来位置，在机动车从起始位置向设定标记位置移动的过程中计时，根据第一激光测距传感器的测量值M、第二激光测距传感器的测量值N以及控制器计算出的夹角C，计算起始位置和设定标记位置的直线距离，根据直线距离以及计时所得的时长计算机动车的车速。

7.如权利要求6所述的一种基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用，其特征为，所述的基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用是用在高速路的车速测量，当测量某一机动车的车速后，无人机本体随机飞行到其他位置针对其他的机动车的车速进行测量。

8.如权利要求7所述的一种基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用，其特征为，所述的基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用替代高速路人工对车速的流动式测量方式。

9.如权利要求8所述的一种基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用，其特征为，所述的主壳体外表面还安装有高清摄像头，所述的控制机构与高清摄像头通过导线信号连接，在基于无人机的距离测量装置在车速测量的应用中，地面指挥中心控制无人机本体升空，通过高清摄像头对高速路上的车辆进行辨别，辨别出超过指定速度的车辆并标记，并针对标记的车辆进行车速测量，当测量所得数据显示该车辆超速时，通过无人机本体的追踪拍摄识别车辆的车牌信息。