CN203350719U - 一种单旋翼微型无人机多光谱遥感系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单旋翼微型无人机多光谱遥感系统。它包括单旋翼无人机，在单旋翼无人机上集成：飞行控制模块、卫星定位模块、自动驾驶模块、动力模块、多光谱传感器设备、多功能航拍云台、无人机遥感数据处理模块，还设有多通道遥控器。本实用新型仅需2平方米大小的平地即可启降，对作业环境的适应性更强。由于采用电池作为动力，续航时间和航行速度比不上固定翼无人机。但其可以主要用于山区、农田等环境复杂地区的航拍，航拍面积在10平方公里以内较为合适。因此本实用新型能实现在复杂环境下的快速作业和获取多光谱和高空间分辨率遥感数据，具有对环境适应性强的优点，用于农业、林业、国土、水利、灾害应急等多个领域。

Description

一种单旋翼微型无人机多光谱遥感系统

技术领域：

本实用新型属于无人机低空多光谱遥感数据采集装置领域，具体涉及一种单旋翼微型无人机多光谱遥感系统。

背景技术：

过去遥感信息的获取多采用卫星遥感和载人航空遥感。卫星遥感由于其信息获取受重访周期的制约，而且受限于云层对卫星光学和红外通道探测的影响，特别是在南方地区受天气的影响更大。载人航空遥感虽然不受重访周期的影响，但它的投入较大、对天气、场地和人员等条件的要求相对较高，成本也相对较高。以卫星遥感和载人航空遥感为主的监测手段，往往暴露出数据获取能力不足、更新周期长导致数据现势性差等局限。此外，卫星遥感影像的光谱分辨率较高、而空间分辨率较低，往往难以满足应用对图像空间分辨率的要求。近年来随着微型无人机技术的成熟，利用微型无人机搭载传感器获取低空遥感影像数据，成为卫星感和载人航空遥感之外的一种数据获取手段。

无人机低空遥感的主要优势在于具有更高的灵活性，不受卫星运行周期的限制，可以根据需要选择合适气象条件随时起飞；（云下）低空飞行排除了云团对成像（图像质量）的影响，有利于获取更加精确的信息；能够实现遥感影像的实时获取，数据的时效性强；空间分辨率更高，通常能达到厘米级，大大高于卫片和载人机航片的分辨率，信息量更加丰富；在中小区域应用中，成本大大低于载人机和卫星遥感。但由于无人机平台体积小、重量轻、载重小，在专业传感器的应用方面存在诸多限制，且无人机多在中低空飞行、气流复杂，易导致空中姿态剧烈变化，这些因素增加了遥感数据的处理难度，是需要进一步研究解决的技术关键。

由于受微型无人机载重的限制，主要通过搭载高分辨率数码相机来获取连续的、具备GPS坐标信息的高空间分辨率照片，并通过配准、拼接、纠正等一系列处理最终获得航拍区域的遥感影像数据。过去通过普通数码相机获取的图像波段主要是在可见光范围，无法获取近红外、热红外等光谱特征，因此在遥感方面的应用受到很大的限制。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种能实现在复杂环境下（如山区、田间）的快速作业和获取数据，对环境适应性强的单旋翼微型无人机多光谱遥感系统。

本实用新型是通过以下技术方案予以实施的：

本实用新型的单旋翼微型无人机多光谱遥感系统，其特征在于，包括单旋翼无人机，在单旋翼无人机上还集成：

飞行控制模块：接收多通道遥控器的控制信息对单旋翼无人机进行控制；

卫星定位模块：获取精确的GPS坐标信息；

自动驾驶模块：让单旋翼无人机按照设定的航线进行自动飞行，精确定位和定高度的悬停飞行，还具备航线设定、自动驾驶、自动返航等功能；

动力模块：为单旋翼无人机及各模块提供动力；可以为电池。

多光谱传感器设备：自动拍摄影像，并与卫星定位模块相连，使得每张影像都与GPS坐标和拍摄时间关联；优选为美国Tetracam公司生产的Tetracam ADC第三代多光谱数码相机产品，可以获得波长范围在520nm-920nm的影像设备尺寸：122×78×41mm3（不安装镜头），带500万像素CMOS镜头；重量：340g（不带电池），520g（碱性电池）；单张储存12s，连续1帧/2s；照片大小：每张约1MB；CF卡存储；外置远程触发器；RS232接口可连接GPS。

多功能航拍云台：将多光谱传感器设备安装在多功能航拍云台上，以设定多光谱传感器设备的角度，并在飞行过程中一直保持固定的角度不变；要获取正射航拍影像，必须要在单旋翼无人机上加装多功能航拍云台，再将多光谱传感器设备安装到多功能航拍云台上，这样就可以设定多光谱传感器设备镜头的角度，并在飞行过程中一直保持固定的角度不变。当设定多光谱传感器设备镜头与地面角度为90度角时，即可获得正射遥感影像。安装多功能航拍云台和多光谱传感器设备后，可通过调整可调节电池架组上电池的位置，来调节单旋翼无人机的平衡。

无人机遥感数据处理模块：对拍摄获得的影像数据进行处理；

还设有多通道遥控器：对单旋翼无人机及其各模块进行遥控控制。

通过航线规划软件设定单旋翼无人机飞行路径，然后将多光谱传感器设备设定为自动拍摄，启飞后即可按设定好的路径进行飞行，并按设定的时间间隔自动拍摄影像。获取的每一张影像都与GPS坐标和拍摄时间关联，以便于后期对影像进行纠正、配准和拼接。为了保证数据的质量，一般要求两张照片的重叠率为30%，需要对拍摄时间间隔及飞行速度进行调试，以获得较好的影像重叠率。

航拍完成后，将获取的影像数据导出到无人机遥感数据处理模块中进行处理。处理过程主要包括影像纠正、影像拼接和影像配准。影像纠正是为了解决影像拍摄过程中由于震动或其他原因造成影像倾斜问题。由于安装了多功能航拍云台，使得影像的正射效果比较好，因此影像的倾角情况很少。无人机遥感数据处理模块提供了自动拼接功能，可以按GPS坐标信息将拍摄的影像自动进行拼接，然后再通过人工进行微调。最后通过精确的控制点或大比例尺地形图数据，对拼接后的影像进行配准，即可得到最终的遥感影像数据。

本实用新型可以获得波长范围在520nm-920nm（可见光到近红外，基本同于TM2、TM3和TM4）的遥感影像数据。通过对遥感数据的分析，可以得到叶面积指数、光照间隙及间隙分布状况、辐射指标、冠层指标、测量地点的光线覆盖状况及直射与漫射光的分布等。由于接收波长范围主要是红色、绿色和近红外光谱波段，因此还可以通过计算得到NDVI（归一化植被指数）、SAVI（土壤调整植被指数）、PVI（垂直植被指数）和NIR/G比率（近红外波段的反射值/绿光波段的反射值）等指数，方便地对地面植被进行分析。

与固定翼无人机航拍系统相比较，本实用新型仅需约2平方米大小的平地即可启降，对作业环境的适应性更强。由于可以采用电池作为动力，续航时间和航行速度比不上固定翼无人机。但其可以主要用于山区、农田等环境复杂地区的航拍，航拍面积在10平方公里以内较为合适。因此本实用新型能实现在复杂环境下（如山区、田间）的快速作业和获取多光谱和高空间分辨率遥感数据，具有对环境适应性强的优点，用于农业、林业、国土、水利、灾害应急等多个领域。

附图说明：

图1是本实用新型的单旋翼微型无人机多光谱遥感系统的结构示意图；

其中1、主旋翼；2、机身；3、APS模块，4、3GX模块；5、飞行控制模块；6、尾翼；7、多光谱传感器设备；8、多功能航拍云台；9、可调节电池架组；10、电池；11、支架；12、多通道遥控器；13、自动驾驶模块；14、无人机遥感数据处理模块。

具体实施方式：

以下实施例是对本实用新型的进一步说明，而不是对本实用新型的限制。

实施例1：

如图1所示，本实施例的单旋翼微型无人机多光谱遥感系统，包括单旋翼无人机，该单旋翼无人机由机身2、在机身上部的主旋翼1、下部的支架11和后部的尾翼6组成，单旋翼无人机机身长：1490mm，机身高：400mm，主旋翼长：800mm，主旋长直径：1780mm，尾旋翼直径：301mm，空机重(含马达)约3516g，全备重量约5400g；

在单旋翼无人机上集成：

飞行控制模块5：接收多通道遥控器12的控制信息对单旋翼无人机进行控制；

卫星定位模块：获取精确的GPS坐标信息，本实施例采用的是APS模块3（AdhocPositioning System，即时定位系统）；

自动驾驶模块13：让单旋翼无人机按照设定的航线进行自动飞行，精确定位和定高度的悬停飞行，还具备航线设定、自动驾驶、自动返航等功能；

3GX4：无平衡翼系统；

动力模块：为单旋翼无人机及各模块提供动力；具体是在单旋翼无人机的底部加装可调节电池架组9，将电池10作为动力模块为单旋翼无人机及各模块提供动力，装入可调节电池架组中；

多光谱传感器设备7：自动拍摄影像，并与卫星定位模块相连，使得每张影像都与GPS坐标和拍摄时间关联；本实施例为美国Tetracam公司生产的Tetracam ADC第三代多光谱数码相机产品，可以获得波长范围在520nm-920nm的影像设备尺寸：122×78×41mm3（不安装镜头），带500万像素CMOS镜头；重量：340g（不带电池），520g（碱性电池）；单张储存12s，连续1帧/2s；照片大小：每张约1MB；CF卡存储；外置远程触发器；RS232接口可连接GPS；

多功能航拍云台8：在单旋翼无人机的头部加装多功能航拍云台（Align G800云台），将多光谱传感器设备（Tetracam ADC第三代多光谱数码相机）安装在多功能航拍云台上，通过调整可调节电池架组上电池的位置，调节好飞行器的平衡性。设定多光谱传感器设备的角度，并在飞行过程中一直保持固定的角度不变；要获取正射航拍影像，必须要在单旋翼无人机上加装多功能航拍云台，再将多光谱传感器设备安装到多功能航拍云台8上，这样就可以设定多光谱传感器设备镜头的角度，并在飞行过程中一直保持固定的角度不变。当设定多光谱传感器设备镜头与地面角度为90度角时，即可获得正射遥感影像。安装多功能航拍云台和多光谱传感器设备后，可通过调整可调节电池架组上电池的位置，来调节单旋翼无人机的平衡；

无人机遥感数据处理模块14：对拍摄获得的影像数据进行处理；

还具有多通道遥控器12：对单旋翼无人机及其各模块进行遥控控制。

通过多通道遥控器12在飞行控制模块5中设定好航拍的路径，并输入APS系统3中；设定多光谱传感器设备7的拍摄间隔时间（一般为3秒至5秒），并根据间隔时间设定飞行速度，启动单旋翼无人机，即可进行航拍。在航拍过程中，可随时切换到手动控制状态。航拍结束后，将单旋翼无人机中的影像数据导出，利用无人机影像数据处理模块14对影像进行纠正、拼接和配准，最后形成的成果即为所需要的多光谱遥感影像数据。

Claims (2)

1.一种单旋翼微型无人机多光谱遥感系统，其特征在于，包括单旋翼无人机，在单旋翼无人机上集成：

飞行控制模块：接收多通道遥控器的控制信息对单旋翼无人机进行控制；

卫星定位模块：获取精确的GPS坐标信息；

自动驾驶模块：让单旋翼无人机按照设定的航线进行自动飞行，精确定位和定高度的悬停飞行；

动力模块：为单旋翼无人机及各模块提供动力；

多光谱传感器设备：自动拍摄影像，并与卫星定位模块相连，使得每张影像都与GPS坐标和拍摄时间关联；

多功能航拍云台：将多光谱传感器设备安装在多功能航拍云台上，以设定多光谱传感器设备的角度，并在飞行过程中一直保持固定的角度不变；

无人机遥感数据处理模块：对拍摄获得的影像数据进行处理；

还设有多通道遥控器：对单旋翼无人机及其各模块进行遥控控制。

2.根据权利要求1所述的单旋翼微型无人机多光谱遥感系统，其特征在于，所述的动力模块为电池。

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