CN207923129U - 一种无人机雷达全自动测流系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无人机雷达全自动测流系统，包括拍摄设备(2)、增稳云台(4)、地面接收设备(6)、无线传输设备(5)、雷达流速仪(3)、无人机(1)，无人机(1)与雷达流速仪(3)通过串口通讯连接，拍摄设备(2)与无人机(1)通过串口通讯；雷达流速仪(3)通过增稳云台(4)挂载于无人机系统(1)上，雷达流速仪(3)与增稳云台(4)通过串口通讯连接，增稳云台(4)控制雷达流速仪(3)三维角度，雷达流速仪(3)对河道水流表面流速进行测试；拍摄设备(2)拍摄河道水尺图片；无线传输设备(5)通过串口分别与雷达流速仪(3)、拍摄设备(2)连接将流速数据和图片无线传输至地面接收设备(6)。

Description

一种无人机雷达全自动测流系统

技术领域：

本实用新型属于无人机作业技术领域，具体涉及一种无人机雷达全自动测流系统。

背景技术：

随着工业发展和居民生活用水与水资源供需矛盾日益增加，导致河道枯涸、断流以及部分河道流域污染，严重影响国民经济和国民生活。目前，对大江大河主要采用传统缆道铅鱼，进行人工巡测，费时费力且不及时。汛期巡测，一方面流速过大时，铅鱼不能入水，另一方面对巡测人员会带来生命危险。因此，需采用一种新型巡测系统和方法，弥补传统方法的不足。目前国内外开始运用无人机系统搭载不同系统，在不同领域开始作业，如测绘行业，通过运用无人机系统搭载倾斜摄影系统，对无人机航行区域进行三维测绘；通过搭载图传系统，对目标进行跟踪等。现将无人机系统搭载雷达测流系统，对大江大河进行不定期全自动无人巡测，是一种全新的测流手段和新的技术领域。

实用新型内容：

本实用新型旨在克服现有技术的缺陷，提供一种无人机雷达全自动测流系统，可以在极端天气环境下，通过无人机系统搭载雷达测流系统，对大江大河水流进行不定期无人巡测。机动性强、操作安全、可测量极高流速。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：

一种无人机雷达全自动测流系统，包括拍摄设备2、增稳云台4、地面接收设备6、无线传输设备5、雷达流速仪3、无人机1，其特征在于：无人机1与雷达流速仪3通过串口通讯连接，拍摄设备2与无人机1通过串口通讯连接；雷达流速仪3通过增稳云台4挂载于无人机1上，雷达流速仪3与增稳云台4 通过串口通讯连接，增稳云台4控制雷达流速仪3三维角度，雷达流速仪3运用多普勒效应，对河道水流表面流速进行测试；拍摄设备2用于在无人机1悬停在河道水尺附近，拍摄河道水尺图片；无线传输设备5通过串口分别与雷达流速仪3、拍摄设备2连接，将流速数据和图片无线传输至地面接收设备6，实现一键测流。

优选地，无线传输设备5具有多种接口，包括图传通道和数传通道，用于将雷达流速仪所测出的流速数据及拍摄设备拍摄的水尺图片，无线传输给地面接收设备。

优选地，地面接收设备6，包括显示屏、主机、键盘、触屏鼠标及无线网络设备，主机分别与显示屏、键盘、触屏鼠标及无线网络设备连接，具有图像处理功能和流量计算功能，用于接收图片和数据，并对图片进行处理得到河道水位数据，结合所接收的流速数据，运用垂线法计算河道流量。

优选地，增稳云台4上设有陀螺仪，同时配置微特横滚角电机41、微特俯仰角电机42、微特水平电机43，用于实时控制雷达流速仪三维角度，即俯仰角、水平角、横滚角。

一种所述无人机雷达全自动测流系统的使用方法，包含以下步骤：

第一步：对所需巡测河道地理信息和河段断面进行勘测，获取河道测点经纬度。

第二步：通过无人机系统所含导航系统，设定其悬停点及飞行航线。

第三步：开启无人机和地面接收系统，开始测量。

与现有技术相比较，本实用新型具有如下的有益效果：机动性强，可以根据需求，任何时间，不论白天夜晚，都可进行测量。

操作安全，整个测量环节，巡测人员可携带地面接收系统在离测量点5公里以内的安全区域接收图片和流速数据。无需涉水测量，确保巡测人员人身安全。

可测量极高流速，无人机搭载雷达测流系统，无需与水流接触，不像传统接触式测流设备，当水流过大时，将其冲毁。

附图说明

图1为实用新型无人机雷达全自动测流系统的空中设备的示意图；

图2为实用新型无人机雷达全自动测流系统的地面接收设备的示意图；

图3为实用新型无人机雷达全自动测流系统的增稳云台的示意图；

图4为实用新型无人机雷达全自动测流系统的流程图；

图5为实用新型无人机雷达全自动测流系统的固定式雷达流速仪的测流示意图；

图6为实用新型无人机雷达全自动测流系统的使用方法的实施例一；

图7为实用新型无人机雷达全自动测流系统的使用方法的实施例二；

图8为实用新型无人机雷达全自动测流系统的使用方法的实施例二测点流速合成图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-7所示，一种无人机雷达全自动测流系统，包括拍摄设备2、增稳云台4、地面接收设备6、无线传输设备5、雷达流速仪3、无人机1，无人机、拍摄设备、雷达流速仪、增稳云台、无线传输系统5部分构成空中设备。无人机1与雷达流速仪3通过串口通讯连接，拍摄设备2与无人机1通过串口通讯连接；雷达流速仪3通过增稳云台4挂载于无人机1上，雷达流速仪3与增稳云台4通过串口通讯连接，增稳云台4控制雷达流速仪3三维角度，雷达测速仪3运用多普勒效应，对河道水流表面流速进行测试；拍摄设备2用于在无人机1悬停在河道水尺附近，拍摄河道水尺图片；无线传输设备5通过串口分别与雷达流速仪3、拍摄设备2连接，将流速数据和图片无线传输至地面接收设备6，实现一键测流。

无线传输设备5具有多种接口，包括图传通道和数传通道，用于将雷达流速仪所测出的流速数据及拍摄设备拍摄的水尺图片，无线传输给地面接收设备。

地面接收设备6，包括显示屏、主机、键盘、触屏鼠标及无线网络设备，主机分别与显示屏、键盘、触屏鼠标及无线网络设备连接，无线网络设备为2.4G 天线，具有图像处理功能和流量计算功能，用于接收图片和数据，并对图片进行处理得到河道水位数据，结合所接收的流速数据，运用垂线法计算河道流量。

无人机1搭载的雷达流速仪3在空中悬停测流时，无人机1由于旋翼高速转动会导致机身震动，同时受到风力影响无人机1也会左右及上下摆动，无法保证雷达流速仪3探头横滚角、俯仰角、水平角恒定。增稳云台4上设有陀螺仪，同时配置三台微特电机，分别为横滚角电机41、俯仰角电机42、水平电机 43，用于实时控制雷达流速仪3三维角度，通过三台电机产生的主动力矩确保雷达流速仪3探头横滚角、水平角、俯仰角恒定。

无人机1，包括飞行系统、控制系统以及定位系统，三者用于控制无人机1 飞行路线和悬停，充当载体。无人机1可以采用4旋翼、6旋翼和8旋翼，根据作业区域选用适当无人机飞行器。导航系统和定位系统，用来设定无人飞行器航行路线及河道上方悬停点。

如图5所示，雷达流速仪3发射出去的电磁波在水面上的投影与水流方向平行，另外探头俯仰角为a，为了保持计算精度和准度，俯仰角尽可能保持恒定。

V_水＝V_水分量/cosa

雷达流速仪探头依据发射电磁波和接收电磁波两者频率差计算V_水分量，最后运用矢量分解求得V_水。

大江大河断面比较宽，同一个断面需设置多个测点，无人机雷达全自动测流分两种方案：

方案一如图6所示，对断面设置多个测点Ⅰ、Ⅱ……Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ，无人机依次在每个测点上方悬停进行雷达测流。测量时无人机根据设置的路线和定位信息，悬停时保证雷达流速仪所发射出来电磁波在水面的投影与水流方向平行。

方案二在方案一测试时，需要保证每个测点测试时雷达流速仪所发射的电磁波在水面的投影与水流方向平行，才能保证精度。无人机根据设定的路线和定位信息，悬停时不能完全保证雷达流速仪发射出的电磁波在水面投影与水流方向平行。如图7所示，为了保证精度采取的无人机全自动雷达测流。

M1、M2、….Mn为测点，A1、A2、…….An为辅助测点。

无人机在悬停位置A1开始采用真北角0°对测点M1测得流速V1；然后飞至悬停位置A2采用真北角90°对测点M1测流速V2。飞至A3测量M2点流速V1，采用真北角0°；飞至悬停位置A4测量测点M2的流速V2，采用真北角90°。以此步骤对每个测点进行测试。

如图8所示，以测点M1为例，对其流速进行分析。流速V1为真北0°测量得到流速值，流速V2为真北90°测量得到流速值。

合成流速为V，M1点水流速度为V。

如对精度要求不高，采用方案一进行无人机雷达全自动测流；如对精度要求较高，采用方案二进行无人机雷达全自动测流。

一种所述无人机雷达全自动测流系统的使用方法，包含以下步骤：

第一步：对所需巡测河道地理信息和河段断面进行勘测，获取河道测点经纬度。

第二步：通过无人机系统所含导航系统，设定其悬停点及飞行航线。

第三步：开启无人机和地面接收系统，开始测量。

以上所述仅为说明本实用新型的实施方式，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无人机雷达全自动测流系统，包括拍摄设备(2)、增稳云台(4)、地面接收设备(6)、无线传输设备(5)、雷达流速仪(3)、无人机(1)，其特征在于：无人机(1)与雷达流速仪(3)通过串口通讯连接，拍摄设备(2)与无人机(1)通过串口通讯连接；雷达流速仪(3)通过增稳云台(4)挂载于无人机(1)上，雷达流速仪(3)与增稳云台(4)通过串口通讯连接，增稳云台(4)控制雷达流速仪(3)三维角度，雷达流速仪(3)对河道水流表面流速进行测试；拍摄设备(2)拍摄河道水尺图片；无线传输设备(5)通过串口分别与雷达流速仪(3)、拍摄设备(2)连接将流速数据和图片无线传输至地面接收设备(6)，实现一键测流。

2.根据权利要求1所述无人机雷达全自动测流系统，其特征在于：无线传输设备(5)具有多种接口，包括图传通道和数传通道，用于将雷达流速仪所测出的流速数据及拍摄设备拍摄的水尺图片，无线传输给地面接收设备。

3.根据权利要求2所述无人机雷达全自动测流系统，其特征在于：地面接收设备(6)，包括主机、显示屏、键盘、触屏鼠标及无线网络设备，主机分别与显示屏、键盘、触屏鼠标及无线网络设备连接，具有图像处理功能和流量计算功能，接收图片和数据，并对图片进行图像处理得到河道水位数据，结合所接收的流速数据，运用垂线法计算河道断面流量。

4.根据权利要求2所述无人机雷达全自动测流系统，其特征在于：增稳云台(4)上设有陀螺仪，增稳云台配置微特横滚角电机(41)、微特俯仰角电机(42)、微特水平电机(43)，实时控制雷达流速仪(3)三维角度即俯仰角、水平角、横滚角。