CN103591938A - 一种基于无人机测量线路弧垂高度的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空测量技术领域，特别涉及基于无人机测量线路弧垂高度的系统及方法。一种基于无人机测量线路弧垂高度的系统，包括旋翼无人机、数码相机、地面控制站、微波发射器、微波接收天线、数据线和计算机测量系统，所述旋翼无人机上安装有数码相机和微波发射器，所述数码相机与微波发射器通过无人机的飞行控制板连接，计算机测量系统安装在地面控制站，所述地面控制站上的电脑串口通过数据线与微波接收天线连接。旋翼无人机无需专用起降跑道，场地适应性强，特别适用于地形条件复杂区域工程的高度测量；该系统省时、省力且测量效率高；使用无人机比较安全，不会造成人员伤害。

Description

一种基于无人机测量线路弧垂高度的系统及方法

技术领域

本发明涉及航空测量技术领域，特别涉及基于旋翼无人机测量线路弧垂高度的系统及方法。

背景技术

无人直升机成本低、效费比高、使用方便，在民用和军用领域有广泛的发展前景，无人直升机本身的天气适应能力强，可在不适合一般飞行条件下进行飞行，广泛应用于航拍、高空架线，线路巡查等。

利用无人机测量目标高度经过多年的发展，目前已能够满足对于大型且测量精度要求不高的工程要求；但是对于通行困难或者作业危险区域的工程，如变电站，线路杆塔较多的地方其使用就受到了一定的限制，导致测量困难，测量精度差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于无人机测量线路弧垂高度的系统及方法，可不受场地条件制约，又有较高测量精度。  

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：  

一种基于无人机测量线路弧垂高度的系统，包括旋翼无人机、数码相机、微波发射器、地面控制站、微波接收天线、数据线和计算机测量系统，所述旋翼无人机上安装有数码相机和微波发射器，所述数码相机与微波发射器通过无人机的飞行控制板连接，计算机测量系统安装在地面控制站，所述地面控制站上的电脑串口通过数据线与微波接收天线连接。所述飞行控制板为电子集成芯片，可实现无人机的自动飞行以及数据采集和中转等功能；微波接收天线为微波发射器的配套设备，两者共同实现信号的发射与接收。

上述基于无人机测量线路弧垂高度的系统中，所述地面控制站为可以折叠的箱形，下面设置有笔记本电脑，上方为显示屏，并设置电脑串口。

上述基于无人机测量线路弧垂高度的系统中，所述旋翼无人机带有GPS定位装置。

上述基于无人机测量线路弧垂高度的系统中，数码相机通过在旋翼无人机的机身开孔固定的方式与无人机连接，数码相机的镜头或竖直朝下，或与水平面有0-60度的夹角。

上述基于无人机测量线路弧垂高度的系统中，所述计算机测量系统包括照片前处理模块、点位坐标测量模块、照片参数解算模块、高度分析模块、误差分析模块。

一种基于无人机测量线路弧垂高度的方法，以旋翼无人机为载体实现超低空飞行，以数码相机为信息采集器件，用计算测量系统按照测量线路弧垂高度的方法对数码相机拍摄的照片进行处理计算从而获取目标的垂直高度信息；包括下列步骤:

    步骤1：照片前处理模块、点位坐标测量模块依次衔接得到数据信息像点坐标；

步骤2：照片参数解算模块执行像点坐标数据信息，高度分析模块与照片参数解算模块衔接，其后续步骤为误差分析模块。

本发明的工作原理是:

无人机在地面控制站的遥控下，飞到相应高度对线路的弧垂进行拍摄，监视图象通过微波发射器和微波接收天线传输和接收实时显示于地面控制站的显示屏上。对拍摄的照片按照测量线路弧垂高度的理论进行处理计算，得到目标线路的弧垂高度。将不同时期的照片所得的弧垂高度进行比较，通过差分的方法进而得到目标线路的最终弧垂高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：旋翼无人机无需专用起降跑道，场地适应性强，特别适用于地形条件复杂区域工程的高度测量；该系统省时、省力且测量效率高；使用无人机比较安全，不会造成人员伤害。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中旋翼无人机的结构示意图。

图3为本发明中计算机测量系统的结构框图。

图中标记：1-旋翼无人机，11-飞行控制板，2-数码相机，3-地面控制站，31-电脑串口， 32-笔记本电脑，33-显示屏，41-微波发射器，42-微波接收天线，5-数据线， 34-计算机测量系统， 341-照片前处理模块、342-点位坐标测量模块、343-照片参数解算模块、344-高度分析模块、345-误差分析模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如附图1、附图2、附图3所示，本实施例基于无人机测量线路弧垂高度的系统，包括带有GPS定位装置的旋翼无人机1、数码相机2、微波发射器41、地面控制站3、微波接收天线42、数据线5和计算机测量系统34，所述旋翼无人机1上安装有数码相机2和微波发射器41，所述数码相机2与微波发射器41通过无人机的飞行控制板11连接，计算机测量系统34安装在地面控制站3，所述地面控制站3上的电脑串口31通过数据线5与微波接收天线42连接。所述飞行控制板11为电子集成芯片，可实现无人机的自动飞行以及数据采集和中转等功能；微波接收天线42为微波发射器41的配套设备，两者共同实现信号的发射与接收。地面控制站3为可以折叠的箱形，下面设置有笔记本电脑32，上方为显示屏33，并设置电脑串口31；所述计算机测量系统34包括照片前处理模块341、点位坐标测量模块342、照片参数解算模块343、高度分析模块344、误差分析模块345。

照片前处理模块341主要对照片进行滤波去噪、影像纠正，以消除或减少运动拍照所产生的拖尾现象，增强图像效果；点位坐标测量模块342主要是测量并提取目标点在照片平面坐标系的坐标；照片参数解算模块343通过计算获得点位坐标的高度值；高度分析模块344主要对计算出的高度值进行管理，同时用差分的方法获得目标的高度并建模；误差分析模块345主要利用误差概率分布表来统计不同误差量所占的误差次数，通过多次测量数据，取概率最大的数值，其误差可控制在最小范围内。

本系统的测量方法：以旋翼无人机1为载体实现超低空飞行，以数码相机2为信息采集器件，用计算测量系统34按照测量线路弧垂高度的方法对数码相机拍摄的照片进行处理计算从而获取目标的垂直高度信息。

具体地讲：

步骤1：照片前处理模块341、点位坐标测量模块342依次衔接得到数据信息像点坐标。即照片经前处理模块341对照片进行处理后，进入点位坐标测量模块342，得到点位坐标数据信息。

步骤2：照片参数解算模块343执行像点坐标数据信息，高度分析模块344与照片参数解算模块343衔接，其后续步骤为误差分析模块345。即照片参数解算模块343按照测量线路弧垂高度的方法对数码相机拍摄的照片进行处理计算从而获取线路的弧垂高度信息；高度分析模块344再对计算出的高度值进行管理，同时用差分的方法获得线路的弧垂高度并建模；误差分析模块345最后利用误差概率分布表来统计不同误差量所占的误差次数，通过多次测量数据，取概率最大的数值，其误差可控制在0.1米以内。

本实施例的测量系统基于的旋翼无人机无需专用起降跑道，场地适应性强，特别适用于地形条件复杂区域工程的高度测量；采用基于无人机测量线路弧垂高度的系统对线路弧垂高度进行测量，省时、省力且测量效率高；另外在测量过程中使用无人机比较安全，不会造成人员伤害。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (6)

1.一种基于无人机测量线路弧垂高度的系统，其特征在于：包括旋翼无人机、数码相机、微波发射器、地面控制站、微波接收天线、数据线和计算机测量系统，所述旋翼无人机上安装有数码相机和微波发射器，所述数码相机与微波发射器通过无人机的飞行控制板连接，计算机测量系统安装在地面控制站，所述地面控制站上的电脑串口通过数据线与微波接收天线连接。

2.根据权利要求1所述的基于无人机测量线路弧垂高度的系统，其特征在于：所述地面控制站为可以折叠的箱形，下面设置有笔记本电脑，上方为显示屏，并设置电脑串口。

3.根据权利要求1或2所述的基于无人机测量线路弧垂高度的系统，其特征在于：所述旋翼无人机带有GPS定位装置。

4.根据权利要求1或2所述的基于无人机测量线路弧垂高度的系统，其特征在于：数码相机通过在旋翼无人机的机身开孔固定的方式与无人机连接，数码相机的镜头或竖直朝下，或与水平面有0-60度的夹角。

5.根据权利要求1所述的基于无人机测量线路弧垂高度的系统，其特征在于：所述计算机测量系统包括照片前处理模块、点位坐标测量模块、照片参数解算模块、高度分析模块、误差分析模块。

6.一种基于无人机测量线路弧垂高度的方法，其特征在于：以旋翼无人机为载体实现超低空飞行，以数码相机为信息采集器件，用计算测量系统按照测量线路弧垂高度的方法对数码相机拍摄的照片进行处理计算从而获取目标垂直高度信息；包括下列步骤:

    步骤1：照片前处理模块、点位坐标测量模块依次衔接得到数据信息像点坐标；

    步骤2：照片参数解算模块执行像点坐标数据信息，高度分析模块与照片参数解算模块衔接，其后续步骤为误差分析模块。

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