CN1971213A - 遥控直升机地形检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种遥控直升机地形检测装置，分为两部分：一为空中移动站，一为地面基站；遥控直升机搭载高度检测装置和位置检测装置的移动站在空中平稳飞行，地面上某处固定放置位置检测装置的基站，两台掌上电脑分别读取和存储来自GPS接收机的卫星数据，而后经差分后处理获得GPS接收天线的经度、纬度和高程数据，即待测地形对应点的经度和纬度，经过简单的数学运算可以获得待测地形的高程信息，至此，待测地形的经度、纬度和高程三维信息全部确定。本发明不需要操作者实地测量，不但大大减轻了操作者携带众多仪器和设备的负担，而且保障了操作者的人身安全，可以取代人工操作测量方式并获得较精确的地形三维信息。

Description

遥控直升机地形检测装置

技术领域

本发明涉及地形测绘技术，尤其是涉及一种遥控直升机装载科学仪器和设备进行测量和数据记录，进而描绘三维地形的装置。

背景技术

传统的地形检测是由人工操作完成的，即操作者手持科学仪器和设备在需要检测的地形上行走，同时具有存储功能的设备记录测量数据，最后通过数据处理得到地形的三维信息。但是，携带繁多的仪器和设备给操作者的测量带来了不便，此外，人工操作获取地形三维信息的方式，由于测量误差和后期数据处理的软件误差，得到的地形高程信息往往不准确，有时与实际情况偏差很大。更重要的是，操作者难免会遇到恶劣的天气和险峻的地形，在这种环境下作业，操作者的人身安全也受到威胁。

发明内容

本发明的目的是要提供一种无需操作者实地测量，使用遥控直升机驮载地形检测装置进行检测，而得到精确地形高程信息的遥控直升机地形检测装置。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种遥控直升机地形检测装置，分为两部分：一为空中移动站，一为地面基站；其空中移动站由遥控直升机、高度检测装置和位置检测装置组成；高度检测装置包括高精度激光测距仪，微控制器、两电池组和导线，激光测距仪、微控制器和两电池组，固装于遥控直升机的起落架上；一电池组与微控制器的电源相连，另一电池组与激光测距仪电连接，以为激光测距仪和微控制器供电；激光测距仪和微控制器以导线连接；激光测距仪的激光发射孔垂直向下，发射的激光能够垂直打在待测地面上，提高高度检测的精确性，激光测距仪检测的是激光发射孔到待测地面的垂直距离；

位置检测装置包括GPS接收机，掌上电脑，GPS接收天线，再一电池组，其中，GPS接收机，掌上电脑和再一电池组固装于遥控直升机的起落架上，GPS接收天线固定在遥控直升机的机身上部；再一电池组通过另一导线连接在GPS接收机电源上，给GPS接收机供电；GPS接收天线与GPS接收机连接，这样GPS接收天线可以把接收到的卫星信号传入GPS接收机中；GPS接收机的串口通过串口转USB口线连接在掌上电脑的USB口上；

地面基站由另一套位置检测装置和遥控器组成；另一套位置检测装置包括另一GPS接收机，另一掌上电脑，另一GPS接收天线，再二电池组，再一导线和串口转USB口线；再二电池组通过再一导线连接在另一GPS接收机电源上，给另一GPS接收机供电；另一GPS接收天线与另一GPS接收机连接，这样另一GPS接收天线可以把接收到的卫星信号传入另一GPS接收机中；另一GPS接收机的串口通过串口转USB口线连接在另一掌上电脑的USB口上；操作者持有遥控器，以控制遥控直升机行。

所述的遥控直升机地形检测装置，其所述掌上电脑中装有PocketPC操作系统，内置Win CE应用程序，每秒读取，显示和存储一组GPS接收机中的卫星数据，存储文件的后缀为.CMC；GPS接收机亦以每秒一组的频率将卫星信号转换为卫星数据，卫星数据包括传输卫星信号的卫星数目以及GPS接收天线所处的经度，纬度和高程等信息，这里的高程指的是GPS接收天线的海拔高度；卫星数据又可以从GPS接收机中实时导入，显示并记录在掌上电脑上，若某时刻卫星数目小于四颗，掌上电脑则不记录该时刻的经度、纬度和高程信息。

所述的遥控直升机地形检测装置，其当遥控直升机完成飞行任务后，两台掌上电脑就分别以.CMC的文件格式存储了一定容量的卫星数据；从遥控直升机上，取下激光测距仪，将串口线的一端连接到微控制器的串口上，另一端连接到PC机的9针串口上，这样微控制器和PC机便建立了通讯，将两个.CMC文件导入PC机中，利用后处理软件spos1.0进行事后差分，即可较精确地得到移动站GPS接收天线每秒所处的经度和纬度信息，即待测地面上对应点的经度、纬度和高程信息。

所述的遥控直升机地形检测装置，其遥控直升机装载高度检测装置和位置检测装置的空中移动站，地面固定放置位置检测装置的地面基站，可以精确地检测出待测地形上各点的经度、纬度和高程三维信息。

所述的遥控直升机地形检测装置，其所述微控制器，为ARM 9微控制器。

所述的遥控直升机地形检测装置，其所述遥控直升机，或采用自动驾驶操作方式。

与传统地形检测方法相比，本发明遥控直升机地形检测装置，只需操作者手持遥控器遥控遥控直升机完成所有测量任务，而不需要操作者实地测量，不但大大减轻了操作者携带众多仪器和设备的负担，而且保障了操作者的人身安全。此外，本遥控直升机地形检测装置的高度检测装置和位置检测装置能够较精确地确定地面上某点的三维信息。可见，本发明遥控直升机地形检测装置完全可以取代人工操作测量的方式并获得满意的结果。

附图说明

图1是本发明遥控直升机地形检测装置的结构示意图，其中，图1(a)为空中移动站；图1(b)为地面基站示意图；

图2是后处理时，本发明高度检测装置与PC机连接示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明遥控直升机地形检测装置，分为两部分：一为空中移动站，如图1(a)所示；一为地面基站，如图1(b)所示。其中，空中移动站由遥控直升机1、高度检测装置和位置检测装置组成。

如图1、图2所示，高度检测装置包括高精度激光测距仪2，微控制器(ARM 9)3、电池组7b、7c和导线8b等，激光测距仪2、微控制器(ARM 9)3和电池组7b、7c，固装于遥控直升机1的起落架上。电池组7b与微控制器(ARM 9)3的电源31相连，电池组7c与激光测距仪2电连接，以为激光测距仪2和微控制器(ARM9)3供电。激光测距仪2和微控制器(ARM 9)3以导线8b连接。激光测距仪2的激光发射孔21垂直向下，这样激光发射孔21发射的激光能够垂直打在待测地面15上，提高高度检测的精确性，激光测距仪2检测的是激光发射孔21到待测地面15的垂直距离。

位置检测装置包括GPS接收机4，掌上电脑(PDA)5，GPS接收天线6，电池组7等，其中，GPS接收机4，掌上电脑(PDA)5和电池组7固装于遥控直升机1的起落架上，GPS接收天线6固定在遥控直升机1的机身上部。电池组7通过导线连接在GPS接收机电源上，给GPS接收机4供电。GPS接收天线6与GPS接收机4连接，这样GPS接收天线6可以把接收到的卫星信号传入GPS接收机4中。GPS接收机4的串口通过串口转USB口线连接在掌上电脑5的USB口上。

地面基站由另一套位置检测装置和遥控器13组成。另一套位置检测装置包括GPS接收机4a，掌上电脑5a，GPS接收天线6a，电池组7a，导线8和串口转USB口线9。电池组7a通过导线8连接在GPS接收机电源10上，给GPS接收机4a供电。GPS接收天线6a与GPS接收机4a连接，这样GPS接收天线6a可以把接收到的卫星信号传入GPS接收机4a中。GPS接收机4a的串口11通过串口转USB口线9连接在掌上电脑5a的USB口12上。操作者14持有遥控器13，以控制遥控直升机1飞行，遥控直升机1也可以自动驾驶操作。

掌上电脑5、5a中装有Pocket PC操作系统，内置Win CE应用程序，每秒读取，显示和存储一组GPS接收机4、4a中的卫星数据，存储文件的后缀为.CMC。GPS接收机4、4a亦以每秒一组的频率将卫星信号转换为卫星数据，卫星数据包括传输卫星信号的卫星数目以及GPS接收天线6所处的经度，纬度和高程等信息，这里的高程指的是GPS接收天线6的海拔高度。卫星数据又可以从GPS接收机4、4a中实时导入，显示并记录在掌上电脑5、5a上，若某时刻卫星数目小于四颗，掌上电脑5、5a则不记录该时刻的经度、纬度和高程等信息。

在地面上某固定位置设置地面基站，地面基站的另一套位置检测装置启动后，操作者14手持遥控器13遥控遥控直升机1飞行，含有高度检测装置和位置检测装置的空中移动站即在空中飞行，操作者14控制遥控直升机1的高度、速度，位姿和转向，使遥控直升机1平稳地飞行，遥控直升机1下方为待测地面15。

操作者14只需在地面上根据其视觉反馈手动控制遥控器13，使遥控直升机1以一定的高度和速度飞行，从而使遥控直升机1的飞行轨迹逐步覆盖整个待测地面15。遥控直升机1飞行时，位置检测装置和高度检测装置按照一定的采样间隔分别采集数据，采集到的位置数据和高程数据被实时记录到相应的存储器中。遥控直升机1飞行结束后，用相应的软件对位置数据和高程数据进行后处理，最终得到待测地形的三维信息。

图2中，导线8b的一端与高精度激光测距仪2的15针D型接口22连接，另一端与微控制器(ARM 9)3的串口11b连接，实现了激光测距仪2和微控制器(ARM 9)3之间的通讯，电池组7b、7c分别给高精度激光测距仪2和微控制器(ARM 9)3的电源31供电。如上所述，激光测距仪2垂直向下装载在遥控直升机1的起落架上，这样激光发射孔21发射出的激光能够垂直打在待测地面15上，而后激光又从待测地面15反射到激光发射孔21，这样激光测距仪2可以检测由激光发射孔21至待测地面15的垂直距离，即高度信息。高精度激光测距仪2每秒采集一次高度数据，微控制器(ARM 9)3中装有Linux操作系统，并预先编好应用程序，执行该应用程序，微控制器(ARM 9)3便可以按照应用程序设定的频率实时读取来自激光测距仪2的高度数据，并将高度数据保存到预先设定的文件中。

当操作者14控制遥控器13使遥控直升机1完成飞行任务后，两台掌上电脑5、5a就分别以.CMC的文件格式存储了一定容量的卫星数据。如图2所示，从遥控直升机1上取下激光测距仪2后，将串口线17的一端连接到微控制器(ARM 9)3的串口11a上，另一端连接到PC机16的9针串口18上，这样微控制器(ARM 9)3和PC机16便建立了通讯，将两个.CMC文件导入PC机中，利用后处理软件spos1.0进行事后差分，即可较精确地得到移动站GPS接收天线6每秒所处的经度和纬度等信息，即待测地形15上对应点的经度、纬度和高程等信息。

然后将U盘插入微控制器(ARM 9)3的USB口32上，操作PC机16自带的超级终端可以将高度数据文件转入到U盘上，即可获得高度数据文件。

如图1，已知GPS接收天线6的高程——海拔高度，已知激光测距仪2的激光发射孔到待测地形15的垂直距离，只要测量出GPS接收天线6到激光测距仪2的激光发射孔21的垂直距离，即测量出机身到起落架的垂直距离，即可获得待测地形1 5每一点的高程。至此，待测地形15每一点的经度、纬度和高程三维信息全部已知。

Claims (6)

1、一种遥控直升机地形检测装置，分为两部分：一为空中移动站，一为地面基站；其特征在于，空中移动站由遥控直升机、高度检测装置和位置检测装置组成；高度检测装置包括高精度激光测距仪，微控制器、两电池组和导线，激光测距仪、微控制器和两电池组，固装于遥控直升机的起落架上；一电池组与微控制器的电源相连，另一电池组与激光测距仪电连接，以为激光测距仪和微控制器供电；激光测距仪和微控制器以导线连接；激光测距仪的激光发射孔垂直向下，发射的激光能够垂直打在待测地面上，提高高度检测的精确性，激光测距仪检测的是激光发射孔到待测地面的垂直距离；

位置检测装置包括GPS接收机，掌上电脑，GPS接收天线，再一电池组，其中，GPS接收机，掌上电脑和再一电池组固装于遥控直升机的起落架上，GPS接收天线固定在遥控直升机的机身上部；再一电池组通过另一导线连接在GPS接收机电源上，给GPS接收机供电；GPS接收天线与GPS接收机连接，这样GPS接收天线把接收到的卫星信号传入GPS接收机中；GPS接收机的串口通过串口转USB口线连接在掌上电脑的USB口上；

地面基站由另一套位置检测装置和遥控器组成；另一套位置检测装置包括另一GPS接收机，另一掌上电脑，另一GPS接收天线，再二电池组，再一导线和串口转USB口线；再二电池组通过再一导线连接在另一GPS接收机电源上，给另一GPS接收机供电；另一GPS接收天线与另一GPS接收机连接，这样另一GPS接收天线把接收到的卫星信号传入另一GPS接收机中；另一GPS接收机的串口通过串口转USB口线连接在另一掌上电脑的USB口上；操作者持有遥控器，以控制遥控直升机飞行，使遥控直升机的飞行轨迹覆盖整个待测地面，进行检测。

2、根据权利要求1所述的遥控直升机地形检测装置，其特征在于，所述掌上电脑中装有Pocket PC操作系统，内置Win CE应用程序，每秒读取，显示和存储一组GPS接收机中的卫星数据，存储文件的后缀为.CMC；GPS接收机亦以每秒一组的频率将卫星信号转换为卫星数据，卫星数据包括传输卫星信号的卫星数目以及GPS接收天线所处的经度，纬度和高程信息，这里的高程指的是GPS接收天线的海拔高度；卫星数据又从GPS接收机中实时导入，显示并记录在掌上电脑上，若某时刻卫星数目小于四颗，掌上电脑则不记录该时刻的经度、纬度和高程信息。

3、根据权利要求1或2所述的遥控直升机地形检测装置，其特征在于，当遥控直升机完成飞行任务后，两台掌上电脑就分别以.CMC的文件格式存储了一定容量的卫星数据；从遥控直升机上，取下激光测距仪，将串口线的一端连接到微控制器的串口上，另一端连接到PC机的9针串口上，这样微控制器和PC机便建立了通讯，将两个.CMC文件导入PC机中，利用后处理软件spos1.0进行事后差分，即精确地得到移动站GPS接收天线每秒所处的经度和纬度信息，即待测地面上对应点的经度、纬度和高程信息。

4、根据权利要求1所述的遥控直升机地形检测装置，其特征在于，遥控直升机装载高度检测装置和位置检测装置的空中移动站，地面固定放置位置检测装置的地面基站，以精确地检测出待测地形上各点的经度、纬度和高程三维信息。

5、根据权利要求1或3所述的遥控直升机地形检测装置，其特征在于，所述微控制器，为ARM9微控制器。

6、根据权利要求1、3或4所述的遥控直升机地形检测装置，其特征在于，所述遥控直升机，或采用自动驾驶操作方式。