申请/专利权人：山东省国土测绘院

申请日：2024-04-10

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN118012110B

主分类号：G05D1/46

分类号：G05D1/46;G05D1/622

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.05.28#实质审查的生效;2024.05.10#公开

摘要：本发明公开了一种基于无人机航测的智能测绘方法及系统，涉及无人机测绘技术领域，该系统实现了无人机航测任务的自动化执行，减少了人力成本和飞行任务的复杂度，提高了任务执行的效率和准确性。其次，引入了实时监测和预测技术，系统能够及时识别和应对飞行中的障碍物和天气变化风险因素，从而提高了飞行安全性和任务成功率。此外，系统通过协同采集模块和综合分析模块实现了多机协同测绘，有效地分配任务和规划路径，提高了测绘效率和数据准确性。最后，系统能够实时调整飞行策略和任务分配，确保测绘任务的顺利执行和数据的高质量获取，同时保障了无人机飞行的安全性，降低了事故风险。

主权项：1.一种基于无人机航测的智能测绘系统，其特征在于：包括地形感知模块、第一采集模块、第二采集模块、协同采集模块、综合分析模块、评估预测模块和控制模块；所述地形感知模块用于使用预先规划的无人机航线，覆盖测绘目标区域，在飞行过程中，利用搭载无人机上的激光雷达采集地形影像数据和点云数据；并使用多视图几何MVG和结构从运动SfM算法技术对采集到的地形影像数据进行匹配和三维重建，生成稀疏的三维点云；利用点云数据进行地形建模，包括地表和建筑物的三维重建，生成三维测绘地图模型；所述第一采集模块用于在搭载无人机上安装第一传感器，采集第一数据集，用于识别障碍物的检测、识别、预测和动态避障；所述第一采集模块用于在搭载无人机上安装第一视觉传感器和测距传感器，第一视觉传感器采集视频影像，建立第一数据集；并对第一数据集中的视频影响进行障碍物识别，障碍物包括建筑物、树木、电线杆、输电线、地面障碍物、人造障碍物、飞鸟和其他无人机设备；当识别到障碍物后，提取障碍物体积特征，获取障碍物体积zawtj，并启动测距传感器实时测量，获取实时障碍物距离zawjl、障碍物之间间隙距离jxjl、每秒移速Sys和障碍物转弯半径zwbj;所述第二采集模块用于在搭载无人机上安装第二传感器，采集第二环境数据集，用于获取环境数据；所述第二采集模块用于在搭载无人机上安装第二传感器，第二传感器包括光照传感器、风速传感器、气压传感器、温湿度传感器和降雨传感器，采集获取第二环境数据集，所述第二环境数据集包括光照强度gz、实时风速fs、实时气压qy、实时环境温度wd、湿度sd和降雨量jyl；所述协同采集模块用于对于实时采集若干个搭载无人机的飞行参数、状态信息以及区域任务分配情况，建立第三数据集；所述协同采集模块用于对于实时采集若干个搭载无人机的飞行参数、状态信息以及区域任务分配情况，建立第三数据集；所述第三数据集包括但不限于以下数据：每架无人机的位置、飞行姿态、区域无人机实时飞行速度fxsd、无人机飞行高度fxgd、无人机实时电量fxdl、旋转速率xzsl、实时任务飞行时长fxsc、总任务时长zrwsc、已测绘面积ychmj、总测绘面积zchmj、已完成任务的无人机数量M、无人机通信信号强度xhqd、任务重叠度rwcdd、交叉干扰面积jcgr、相邻两架无人机的最近距离zjjl和已完成测绘子区域和未完成测绘子区域的最近距离qyjl；每架无人机的位置通过GPS传感器策略获取；所述飞行姿态和旋转速率xzsl通过飞行测量单元IMU测量获取；所述区域无人机实时飞行速度fxsd通过空速计测量获取；所述无人机飞行高度fxgd通过高度计测量获取；所述无人机实时电量fxdl通过电量传感器测量获取；所述实时任务飞行时长fxsc和总任务时长zrwsc通过时间记录器测量获取；所述已测绘面积ychmj和总测绘面积zchmj通过雷达传感器测量获取；所述已完成任务的无人机数量M通过返回任务终点的计数器获取；所述无人机通信信号强度xhqd通过通信信号传感器测量获取；所述任务重叠度rwcdd通过分析无人机飞行路径和覆盖的区域来计算；重叠度表示不同无人机所覆盖区域的重叠程度；如果两个无人机的路径有部分重叠，则表示任务重叠度高，以重叠面积计算；所述交叉干扰面积jcgr通过分析无人机飞行路径和相互交叉区域的面积来计算；交叉干扰面积表示无人机之间飞行轨迹的交叉部分所占的面积，这通过图像处理或空间分析技术来实现；所述相邻两架无人机的最近距离zjjl和已完成测绘子区域和未完成测绘子区域的最近距离qyjl通过GPS位置信息，计算相邻两架无人机之间的距离，最近的两架无人机之间的距离即为相邻两架无人机的最近距离；所述综合分析模块用于根据第一数据进行实时计算分析获得：避障系数Bzx；对第二环境数据集实时计算分析获得；环境安全系数Haq；对第三数据集进行计算分析获得：区域测绘完成系数Rwx、飞行安全系数Fx和协同测绘交叉系数Xtc；并将区域测绘完成系数Rwx、飞行安全系数Fx和协同测绘交叉系数Xtc相关联获得执行效率平衡系数Zxx；所述综合分析模块包括第一分析单元和第二分析单元；所述第一分析单元用于根据第一数据进行实时计算分析获得：避障系数Bzx；所述避障系数Bzx的获取方式为，提取第一数据中的障碍物体积zawtj、实时障碍物距离zawjl、多个障碍物之间间隙距离jxjl、每秒移速Sys和障碍物转弯半径zwbj；无量纲处理后，通过以下公式计算获得避障系数Bzx：；其中，zawtj表示障碍物体积，zawjl表示实时障碍物距离，jxjl表示多个障碍物之间间隙距离，Sys表示障碍物每秒移速，zwbj表示障碍物转弯半径，0≤w1≤1，0≤w2≤1，0≤w3≤1，且w1+w2+w3=1，w1、w2和w3为权重，其具体值由用户调整设置，C1为第一常数修正系数，ln3表示以3自然数为底的对数运算；所述第二分析单元用于对第二环境数据集实时计算分析获得；环境安全系数Haq；所述环境安全系数Haq的获取方式为，采集获取第二环境数据集中的光照强度gz、实时风速fs、实时气压qy、实时环境温度wd、湿度sd和降雨量jyl；无量纲处理后，通过以下公式计算获得环境安全系数Haq：；式中，gz表示光照强度，BZ1表示预设光照强度阈值，fs表示实时风速，BZ2表示预设风速阈值，qy表示实时气压，BZ3表示预设大气气压阈值，wd表示实时环境温度，BZ4表示预设温度阈值，sd表示湿度，BZ5表示预设湿度阈值，jyl表示实时降雨量，BZ6表示预设降雨量阈值，0≤w4≤1，0≤w5≤1，0≤w6≤1，0≤w7≤1，0≤w8≤1，0≤w9≤1，且w4+w5+w6+w7+w8+w9=1，w4、w5、w6、w7、w8和w9为权重，其具体值由用户调整设置，C2为第二常数修正系数；所述综合分析模块还包括第三分析单元和相关联单元；所述第三分析单元用于对第三数据集进行计算分析获得：区域测绘完成系数Rwx、飞行安全系数Fx和协同测绘交叉系数Xtc；所述区域测绘完成系数Rwx的获取方式为，提取第三数据集中的实时任务飞行时长fxsc、总任务时长zrwsc、已测绘面积ychmj、总测绘面积zchmj和已完成任务的无人机数量M；无量纲处理后，通过以下公式计算获得区域测绘完成系数Rwx：；式中，e表示总任务时长zrwsc和实时任务飞行时长fxsc差值的预设比例系数，u表示总测绘面积zchmj和已测绘面积ychmj差值的预设比例系数，q表示为已完成任务的无人机数量M预设比例系数，且0.25≤q≤0.30，0.22≤e≤0.25，0.33≤u≤0.45，且0.80≤q+e+u≤1.0，C3为第三常数修正系数；所述飞行安全系数Fx的获取方式为，提取第三数据集中的区域无人机实时飞行速度fxsd、无人机飞行高度fxgd、无人机实时电量fxdl、旋转速率xzsl和无人机通信信号强度xhqd；无量纲处理后，通过以下公式计算获得飞行安全系数Fx：；式中，d、s、w、p和h分别表示为无人机实时飞行速度fxsd、无人机飞行高度fxgd、无人机实时电量fxdl、旋转速率xzsl和无人机通信信号强度xhqd的预设比例系数，且0.15≤d≤0.18，0.08≤s≤0.11，0.25≤w≤0.28，0.21≤p≤0.26，0.11≤z≤0.17，且0.80≤d+s+w+p+z≤1.0；C4表示为第四常数修正系数；所述协同测绘交叉系数Xtc的获取方式为，提取第三数据集中的任务重叠度rwcdd、交叉干扰面积jcgr、相邻两架无人机的最近距离zjjl和已完成测绘子区域和未完成测绘子区域的最近距离qyjl；无量纲处理后，通过以下公式计算获得协同测绘交叉系数Xtc：；式中，y、k、i和v分别表示为任务重叠度rwcdd、交叉干扰面积jcgr、相邻两架无人机的最近距离zjjl和已完成测绘子区域和未完成测绘子区域的最近距离qyjl的预设比例系数，且0.28≤y≤0.30，0.22≤k≤0.26，0.15≤i≤0.18，0.21≤v≤0.26，且0.86≤y+k+i+v≤1.0；C5表示为第五常数修正系数；所述相关联单元用于将区域测绘完成系数Rwx、飞行安全系数Fx和协同测绘交叉系数Xtc通过以下相关联公式生成执行效率平衡系数Zxx； ；式中，0≤γ≤1，0≤δ≤1，且γ+δ=1，γ和δ为权重，Rwx表示区域测绘完成系数，Fx表示飞行安全系数，Xtc表示协同测绘交叉系数，ln2表示以2自然数为底的对数运算；所述评估预测模块用于将避障系数Bzx与第一阈值X1进行对比，获得第一预测结果；将环境安全系数Haq与第二阈值X2进行对比，获得第二预测结果，并将执行效率平衡系数Zxx与第三阈值X3进行对比，获得第三预测结果；所述控制模块用于根据第一预测结果，第二预测结果和第三预测结果，生成相对应的控制策略并执行。

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百度查询： 山东省国土测绘院 一种基于无人机航测的智能测绘方法及系统

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