CN104061905A - 基于无人直升机的航拍装置及地面目标高度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于无人直升机的航拍装置，包括机体和测距仪，所述航拍装置的地面控制处建立通信连接；所述机体内部设置保护箱，所述保护箱为透明玻璃腔体，所述保护箱包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中设置旋转测距仪，所述第二腔室中设置固定测距仪；所述旋转测距仪的探测头与水平面构成一夹角α，α≥45°，所述固定测距仪的探测头垂直于水平面。采用本发明的无人直升机进行航拍测绘，成本低廉，且可以快速对地面目标高度进行大范围测量；而且本发明设置了保护箱、减震装置和缓冲结构，对航拍测距仪进行了全面的保护，提高了测距仪的使用周期，有利于降本增效。
Description
技术领域
本发明涉及无人机航拍领域，尤其是一种基于无人直升机的航拍装置及地面物体高度测量方法。
背景技术
航拍即空中摄影或航空摄影，从空中俯拍地貌，获得俯瞰图。目前航拍技术已经被应用到各个领域，对于不同的领域，拍摄所要求的效果也不尽相同。在航拍测绘领域，固定翼无人机上安装数码摄像机飞行，通过保证重叠率的航拍和简单的软件拼图，可以获得一个区域大致地貌的影像图，方便快捷。但是，固定翼无人机一是起降会受到场地限制，二是由于速度较快，只能盘旋监测，不能悬停，三是对转弯半径有一定要求，因此不适合进行小范围区域测绘航拍。
现有技术中的解决办法一是使航空器飞翔至各个目标点上空，然后采用激光或声波测距原理，逐个测出目标点的高度；二是采用三维激光扫描仪，大片地进行测绘。第一种方法效率极慢，无法满足快速航拍测绘的需求；第二种方法成本太高，且三维激光扫描仪体积太大，对于航拍器主体要求也高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低廉、可以对地面目标进行大范围快速测量高度的基于无人直升机的航拍装置及地面物体高度测量方法。
为解决上述技术问题，本发明涉及一种基于无人直升机的航拍装置，包括机体和测距仪，
所述航拍装置与地面控制处建立通信连接；所述机体内部设置保护箱，所述保护箱为透明玻璃腔体，所述保护箱包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中设置旋转测距仪，所述第二腔室中设置固定测距仪；所述旋转测距仪的探测头与水平面构成一夹角α，α≥45°，所述固定测距仪的探测头垂直于水平面。
保护箱的设置是为了防止测距仪受到风力或雨雪的影响。
作为本发明的一种优选方案，α=65°。
作为本发明的一种优选方案，所述第一腔室上部设置驱动电机，所述旋转测距仪通过转轴与所述驱动电机连接。旋转测距仪在驱动电机的驱动下通过转轴进行匀速旋转，从而可以测量出以航拍装置为中心的圆周上任一点与航拍装置的距离。
作为本发明的一种优选方案，所述保护箱与机体之间设置减震装置，所述减震装置包括至少两个。减震装置可以是弹簧或减震阻尼。
作为本发明的一种优选方案，所述旋转测距仪和固定测距仪的探测头位于同一水平线上。保证二者测量的距离的基准线一致。
作为本发明的一种优选方案，所述第二腔室的上端面固定悬浮接头，所述悬浮接头连接固定框架，所述固定框架为倒U型结构。悬浮接头的设置可以在无人直升机飞翔过程中发生左右倾斜时，保持竖直状态。
作为本发明的一种优选方案，所述固定测距仪设置于所述固定框架内部。采用这种设置可以使得固定测距仪在无人直升机飞翔过程中发生左右倾斜时，保持竖直状态。
作为本发明的一种优选方案，所述固定框架与第二腔室室壁之间设置缓冲结构，所述缓冲结构为橡胶条。缓冲结构用来稳定固定框架，从而稳定固定测距仪。
本发明同时提供一种基于所述的航拍装置的地面目标高度测量方法，包括如下步骤
1) 所述航拍装置从地面某点开始逐渐竖直上升，此过程中所述固定测距仪不断向地面控制处反馈所述航拍装置自身距离地面的高度N；
2) 所述旋转测距仪每隔相等的间隔时间发送一次测距信号，所述驱动电机的转速由大到小逐渐降低，直至可以接受到测距仪返回的信号为止，然后驱动电机的转速维持恒定；
3) 所述旋转测距仪在驱动电机的驱动下连续旋转，测量出航拍装置自身与以其起飞点为圆心、逐渐向外扩大的圆周上任一点目标的距离L并反馈给地面控制处；
4) 地面控制处经过计算得出目标高度M，计算公式为 M=N-Lsinα。
作为本发明的一种优选方案，所述旋转测距仪的转速为2-5r/s，从而对于每个目标的测量，测距仪有足够的时间接收到返回信号。
本发明的有益效果为：采用本发明的无人直升机进行航拍测绘，成本低廉，且可以快速对地面目标高度进行大范围测量；而且本发明设置了保护箱、减震装置和缓冲结构，对航拍测距仪进行了全面的保护，提高了测距仪的使用周期，有利于降本增效。
附图说明
图1为本发明中无人直升机航拍装置的结构示意图；
图2为本发明航拍装置连续测绘示意图；
图3为本发明地面目标高度测量方法的解说示意图。
附图标记说明：
1—机体、2—保护箱、3—旋转测距仪、4—固定测距仪、5—驱动电机、6—悬浮接头、7—固定框架、8—减震装置、9—缓冲结构，A-地面目标。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
参见图1，本发明涉及一种基于无人直升机的航拍装置，包括机体1，机体内部设置保护
箱2和测距仪。保护箱2为透明玻璃腔体，分为第一腔室和第二腔室，其中第一腔室中设置旋转测距仪3，第二腔室中设置固定测距仪4。旋转测距仪3和固定测距仪4可以是声波测距仪激光测距仪。
第一腔室上部设置驱动电机5，所述旋转测距仪3通过转轴与所述驱动电机5连接。旋转测距仪3在驱动电机5的驱动下通过转轴进行匀速旋转，从而可以测量出以航拍装置为中心的圆周上任一点与航拍装置的距离。连续测绘示意图如图2所示。
第二腔室的上端面固定悬浮接头6，所述悬浮接头6连接固定框架7，所述固定框架7为倒U型结构。悬浮接头6的设置可以在无人直升机飞翔过程中发生左右倾斜时，保持竖直状态。。固定测距仪4设置于所述固定框架7内部。采用这种设置可以使得固定测距仪4在无人直升机飞翔过程中发生左右倾斜时，保持竖直状态。
所述旋转测距仪3的探测头与水平面构成一夹角α，α≥45°，所述固定测距仪4的探测头垂直于水平面。
保护箱2与机体1之间设置减震装置8，所述减震装置8包括至少两个。减震装置8可以是弹簧或减震阻尼。固定框架7与第二腔室室壁之间设置缓冲结构9，所述缓冲结构9为橡胶条。缓冲结构9用来稳定固定框架，从而稳定固定测距仪。
所述航拍装置与地面控制处建立通信连接，则各个测距仪的测量信号可以反馈给地面控制处进行计算。
基于所述的航拍装置的地面目标高度测量方法，包括如下步骤
5) 所述航拍装置从地面某点开始逐渐竖直上升，此过程中所述固定测距仪不断向地面控制处反馈所述航拍装置自身距离地面的高度N；
6) 所述旋转测距仪每隔相等的间隔时间发送一次测距信号，所述驱动电机的转速由大到小逐渐降低，直至可以接受到测距仪返回的信号为止，然后驱动电机的转速维持恒定；
7) 所述旋转测距仪在驱动电机的驱动下连续旋转，测量出航拍装置自身与以其起飞点为圆心、逐渐向外扩大的圆周上任一点目标的距离L并反馈给地面控制处；
8) 地面控制处经过计算得出目标高度M，计算公式为 M=N-Lsinα。
作为本发明的一种优选方案，所述旋转测距仪的转速为2-5r/s，从而对于每个目标的测量，测距仪有足够的时间接收到返回信号。
若需要尽可能地提高驱动马达2的转速，以提高测量效率，则所述基准测距仪4、目标点测距仪3可以采用激光测距仪，这样，当测量距离范围在万米级别以内时，测量信号往返只需小于3.3×10-5秒，这样，目标点测距仪3相对于测量信号的往返而言，几乎可以认为是静止的。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (10)
1.一种基于无人直升机的航拍装置，包括机体和测距仪，所述航拍装置与地面控制处建立通信连接，其特征在于，所述机体内部设置保护箱，所述保护箱为透明玻璃腔体，所述保护箱包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中设置旋转测距仪，所述第二腔室中设置固定测距仪；所述旋转测距仪的探测头与水平面构成一夹角α，α≥45°，所述固定测距仪的探测头垂直于水平面。
2.按照权利要求1所述的基于无人直升机的航拍装置，其特征在于，α=65°。
3.按照权利要求2所述的基于无人直升机的航拍装置，其特征在于，所述第一腔室上部设置驱动电机，所述旋转测距仪通过转轴与所述驱动电机连接。
4.按照权利要求3所述的基于无人直升机的航拍装置，其特征在于，所述保护箱与机体之间设置减震装置，所述减震装置包括至少两个。
5.按照权利要求4所述的基于无人直升机的航拍装置，其特征在于，所述旋转测距仪和固定测距仪的探测头位于同一水平线上。
6.按照权利要求5所述的基于无人直升机的航拍装置，其特征在于，所述第二腔室的上端面固定悬浮接头，所述悬浮接头连接固定框架，所述固定框架为倒U型结构。
7.按照权利要求6所述的基于无人直升机的航拍装置，其特征在于，所述固定测距仪设置于所述固定框架内部。
8.按照权利要求7所述的基于无人直升机的航拍装置，其特征在于，所述固定框架与第二腔室室壁之间设置缓冲结构，所述缓冲结构为橡胶条。
9.基于权利要求1至8任一项所述的航拍装置的地面目标高度测量方法，其特征在于，包括如下步骤
所述航拍装置从地面某点开始逐渐竖直上升，此过程中所述固定测距仪不断向地面控制处反馈所述航拍装置自身距离地面的高度N；
所述旋转测距仪每隔相等的间隔时间发送一次测距信号，所述驱动电机的转速由大到小逐渐降低，直至可以接受到测距仪返回的信号为止，然后驱动电机的转速维持恒定；
所述旋转测距仪在驱动电机的驱动下连续旋转，测量出航拍装置自身与以其起飞点为圆心、逐渐向外扩大的圆周上任一点目标的距离L并反馈给地面控制处；
地面控制处经过计算得出目标高度M，计算公式为 M=N-Lsinα。
10.按照权利要求9所述的航拍装置的地面目标高度测量方法，其特征在于，所述旋转测距仪的转速为2-5r/s。
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