[實用新型]一種較高空間分辨率區域地表溫度無人機獲取裝置及系統

有效

• 申請號: 201721214298.1
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN207352664U
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 宋文龍;郝超雪;路京選;王學鳳;付媛媛;張昆;高輝
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院;寧波梅山保稅港區景龍投資管理合伙企業（有限合伙）
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;G06T7/11;G01J5/10
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 李娜

本實用新型涉一種較高空間分辨率區域地表溫度無人機獲取裝置及系統，由輕小型固定翼無人機、紅外相機等硬件裝置和紅外圖像數據處理軟件系統組成。輕小型固定翼無人機包括：機頭，機身，中翼，尾撐桿，V尾，紅外相機載荷，能源倉，觸地緩沖海綿，控制倉，機身頭框，機頭安裝頭框。所述紅外圖像數據處理軟件系統，包括紅外溫度校準、圖像自動批處理存儲、圖像快速拼接和成圖溫度讀取等核心功能模塊。本實用新型的技術特點與創新點主要包括：1、成功耦合了紅外相機載荷的輕小型固定翼無人機平臺硬件裝置。2、解決了較高分辨率區域范圍的地表溫度空間信息處理系列技術與軟件系統。

技術領域

本實用新型是防洪抗旱減災與水土保持等水利領域業務中使用的一種較高空間分辨率區域地表溫度無人機獲取裝置及系統(LST-UAVS)，包括創新性設計輕小型固定翼無人機、非制冷小型紅外相機、自主研發數據處理軟件等先進的無人機與大數據處理技術，成功解決了較高空間分辨率(米級)區域范圍的地表溫度獲取問題，它被用于野外對較大范圍、特別是工作人員難以到達區域的地表溫度信息空間監測獲取，為工程防洪安全監測、旱情監測、土壤墑情反演等提供關鍵數據支持，屬于無人機與水利行業技術結合應用領域。

背景技術

地表溫度(LST)及日夜溫差(△T)是防洪抗旱減災與水土保持等水利領域亟需獲取的關鍵地表信息。探測與反演地物溫度主要應用地物紅外輻射光譜特征，依據紅外輻射在大氣層中的傳輸特性，可將紅外輻射按波長劃分為近紅外(0.76～3μm)、中紅外(3～5μm)和遠紅外(8～12μm)三個波段。其中，近紅外波段主要是地物反射的太陽輻射，在白天日照條件良好時感知、探測、搜集目標信息；中紅外波段包含地物反射及發射光譜，用來探測高溫目標，例如森林火災、火山等；遠紅外波段主要接收地物發射的光譜，是常溫下地物熱輻射能量最集中的波段，所探測的信息主要反映地物的發射率及溫度，適用于夜間成像。大范圍地表溫度空間信息主要通過衛星遙感方法反演得到，但存在空間分辨率低(通常為90m、500m和1000m)、時效性與數據可用性難以保障等瓶頸問題。應用最新無人機、紅外相機和大數據處理等先進技術，解決無人機平臺與紅外相機載荷耦合、較高時空分辨率地表溫度空間數據采集、多幅影像拼接處理等技術問題，成為突破水利遙感監測技術中高精度、高時空分辨率地表溫度(LST)空間數據獲取難問題的關鍵途徑，也使得低分辨率衛星遙感數據驗證成為可能，該方面技術的創新與突破具有重要的技術和推廣應用價值。

小型化機載紅外載荷及相關無人機系統逐步推廣應用，但尚無法滿足水利業務需求，需要繼續深入研發相關技術與產品。當下，小型化無人機載紅外載荷可捕捉清晰的熱圖像和地物溫度，實現了無人機系統集成與產品化，如大疆創新科技有限公司與美國紅外熱成像儀廠商菲力爾(FLIR Systems)達成合作，生產名為禪思Zenmuse XT的紅外相機，搭載于“悟”和“經緯”等大疆型號多旋翼無人機，用于小體積、遠距離和溫差較小的場景，可在搜索、檢測等任務中迅速識別目標，已在消防、電力巡檢、精準農業和應急搜救等領域中嘗試應用。無人機載紅外測量系統支持在一定空間范圍、人員難以到達區域、夜間以及特殊任務中進行作業，受作業環境、時段和天氣限制小，具有獨特技術優勢。但當下市場上可選用的紅外載荷及無人機耦合系統有限，其中多旋翼無人機又存在載荷重量低、續航時間短等瓶頸問題，同時熱紅外圖像批量處理與拼接商業軟件還是個空白。因此，要獲得較高空間分辨率、區域范圍的地表溫度空間信息，須在無人機平臺與載荷系統耦合、專門處理軟件研發等方面取得諸多技術創新與突破。

近十年來，無人機技術特別是輕小型無人機快速發展，行業應用領域越來越廣泛與深入。無人機技術發展迅速，已成為當下備受關注的技術創新與經濟增長領域，我國在消費級輕小型無人機技術方面處于世界領先水平，具有大疆等知名品牌。隨著技術發展和材料進步，輕小型無人機的成本大大降低，操作越來越簡便，為其在水利等行業的推廣應用創造了更為成熟的條件。無人機在水利、農業、國土等行業的應用不斷深化，成為數據獲取的有效平臺途徑，但多集中在相機拍照、測量等方面，其行業應用潛力總體處于培育階段，急切需要拓展紅外、多光譜和高光譜等小型化機載載荷類型并進行國產化降低成本。同時，需要面向行業應用特點與載荷要求，針對性設計無人機型號，優化無人機平臺性能，并在數據處理軟件自主研發方面實現突破。