[發(fā)明專利]基于激光測(cè)距和自穩(wěn)云臺(tái)的無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011278569.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112197760A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜蒙蒙;徐強(qiáng)強(qiáng);李若男;王巧鳳;李士林;王鵬飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C15/00
• 分類號(hào): G01C15/00;G01S19/14;B64D47/00
• 代理公司: 洛陽(yáng)公信知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 逯雪峰

1.基于激光測(cè)距和自穩(wěn)云臺(tái)的無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪裝置，其特征在于：包含多旋翼無(wú)人機(jī)（1）、機(jī)載GPS模塊（2）、自穩(wěn)云臺(tái)（3）、激光測(cè)距模塊（4），所述機(jī)載GPS模塊（2）固定安裝在多旋翼無(wú)人機(jī)（1）的頂端，所述自穩(wěn)云臺(tái)（3）設(shè)置在多旋翼無(wú)人機(jī)（1）的下方，所述激光測(cè)距模塊（4）固定在自穩(wěn)云臺(tái)（3）的底部，且豎直朝下發(fā)射并接收測(cè)距激光信號(hào)；

所述自穩(wěn)云臺(tái)（3）包括調(diào)平盤（6）、伺服電機(jī)（10）、固定盤（11），所述固定盤（11）水平安裝在多旋翼無(wú)人機(jī)（1）的機(jī)架底部，所述調(diào)平盤（6）位于固定盤（11）下方，所述調(diào)平盤（6）上安裝有傾角傳感器（5），在自穩(wěn)云臺(tái)（3）上還設(shè)置有用于讀取傾角傳感器數(shù)據(jù)的外接單片機(jī)控制模塊；

在固定盤（11）上均勻設(shè)置有若干個(gè)伺服電機(jī)（10），在固定盤（11）與調(diào)平盤（6）之間設(shè)置有連桿機(jī)構(gòu)，所述連桿機(jī)構(gòu)包括鉸接機(jī)構(gòu)（7）以及連桿（8），若干個(gè)伺服電機(jī)（10）分別通過(guò)搖臂（9）與連桿（8）連接，所述連桿（8）的另一端通過(guò)鉸接機(jī)構(gòu)（7）與調(diào)平盤（6）連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光測(cè)距和自穩(wěn)云臺(tái)的無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪裝置，其特征在于：所述激光測(cè)距模塊（4）豎直朝下固定在自穩(wěn)云臺(tái)（3）的調(diào)平盤（6）的底部。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光測(cè)距和自穩(wěn)云臺(tái)的無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪裝置，其特征在于：所述伺服電機(jī)（10）的數(shù)量為3個(gè)，分別為電機(jī)A，電機(jī)B，電機(jī)C，且3個(gè)電機(jī)呈120°夾角中心對(duì)稱分布在固定盤（11）上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任意一項(xiàng)所述的基于激光測(cè)距和自穩(wěn)云臺(tái)的無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪裝置的測(cè)繪方法，其特征在于：主要包括以下步驟：

步驟一、在測(cè)繪區(qū)域20千米范圍內(nèi)的任意地點(diǎn)設(shè)置GPS基站，采用GPS設(shè)備獲取GPS基站的地理坐標(biāo)（經(jīng)度、維度和海拔高度），并以此坐標(biāo)為基準(zhǔn)，對(duì)安裝在多旋翼無(wú)人機(jī)頂部的機(jī)載GPS模塊（2）的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)修正或進(jìn)行后處理修正，獲取多旋翼無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪系統(tǒng)的地理坐標(biāo)序列,其中、、分別為多旋翼無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪系統(tǒng)的經(jīng)度、維度和海拔高度；

步驟二、設(shè)定多旋翼無(wú)人機(jī)飛行路線，使得地面測(cè)量點(diǎn)具有不低于2米×2米的空間分辨率；

步驟三、在地面水平位置對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪系統(tǒng)的自穩(wěn)云臺(tái)進(jìn)行水平校正，確保調(diào)平盤（6）處于水平工作狀態(tài)；

步驟四、多旋翼無(wú)人機(jī)按照預(yù)先規(guī)劃的飛行路徑進(jìn)行地形測(cè)繪作業(yè)，在飛行過(guò)程中，無(wú)人機(jī)機(jī)體的自身傾角不斷變化，通過(guò)多旋翼無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪系統(tǒng)的自穩(wěn)云臺(tái)進(jìn)行水平校正，使得調(diào)平盤保持水平狀態(tài)，使得激光測(cè)距模塊（4）的激光發(fā)射器及接收器豎直指向地面，此時(shí)激光測(cè)距模塊（4）按照10Hz的頻率獲取多旋翼無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪裝置與其正下方地面點(diǎn)之間的距離序列；

步驟五、從步驟一得到的多旋翼無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪裝置的地理坐標(biāo)序列中提取海拔高度序列分量，由步驟四中得到的多旋翼無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪裝置與其正下方地面點(diǎn)之間的距離序列，可得地面點(diǎn)的海拔高度

；

其中，為安裝在多旋翼無(wú)人機(jī)頂部的GPS流動(dòng)站天線與激光測(cè)距模塊的激光發(fā)射與接收透鏡之間高度差；

步驟六、使用步驟五中得到的地面點(diǎn)的海拔高度代替多旋翼無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪裝置的地理坐標(biāo)中的海拔高度序列，即獲取地面點(diǎn)的地理坐標(biāo)序列，其中、、分別為地面點(diǎn)的經(jīng)度、維度和海拔高度；

步驟七、根據(jù)地面點(diǎn)的經(jīng)度值，選取對(duì)應(yīng)的3°或6°帶號(hào)，按照高斯-克呂格投影獲取投影平面坐標(biāo)，使用投影平面坐標(biāo)代替地面點(diǎn)的地理坐標(biāo)序列中的坐標(biāo)，最終獲得地面點(diǎn)的投影空間坐標(biāo)，其中，，分別為地面點(diǎn)的東距坐標(biāo)、北距坐標(biāo)及海拔高度坐標(biāo)；

步驟八、基于步驟七得到的地面點(diǎn)的投影空間坐標(biāo)，采用空間插值算法，對(duì)海拔高度坐標(biāo)進(jìn)行空間插值，即生成所需的數(shù)字地形模型。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于激光測(cè)距和自穩(wěn)云臺(tái)的無(wú)人機(jī)地形測(cè)繪裝置的測(cè)繪方法，其特征在于：所述步驟一中GPS設(shè)備為包括但不限于高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分（RTK）GPS設(shè)備。