專利名稱：一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空攝影測(cè)量領(lǐng)域，特別是一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，通常需要對(duì)事件發(fā)生地區(qū)進(jìn)行快速的信息收集，而無人機(jī)，尤其是無人直升機(jī)飛行不受地理?xiàng)l件的影響，可對(duì)高山峽谷、河流草甸、無路無人區(qū)、自然災(zāi)害受災(zāi)區(qū)、環(huán)境污染事故區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)等飛行。在這些地區(qū)，通常沒有地面控制點(diǎn)，因此也無法進(jìn)行有效的目標(biāo)定位。而傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量方式數(shù)據(jù)處理周期太長(zhǎng)，無法滿足應(yīng)急情況下，快速進(jìn)行目標(biāo)定位的需要。

發(fā)明內(nèi)容
無人機(jī)能快速獲取目標(biāo)地區(qū)的視頻數(shù)據(jù)，通過這些視頻數(shù)據(jù)，能快速獲取目標(biāo)地區(qū)的信息，但是在應(yīng)急情況下，常常需要對(duì)某些特定地點(diǎn)或地物進(jìn)行快速定位，進(jìn)行救援物資投放、人員搜救等工作?，F(xiàn)有技術(shù)很難做到直接利用無人機(jī)的實(shí)時(shí)影像進(jìn)行目標(biāo)的快速定位。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是使用本發(fā)明的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)拍攝多站，即兩個(gè)或以上攝站，同一目標(biāo)的視頻影像，根據(jù)無人機(jī)I自身的GPS/IMU定向定位信息，聯(lián)合機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2和穩(wěn)定平臺(tái)3的姿態(tài)數(shù)據(jù)，計(jì)算出多幀影像的外方位元素，進(jìn)行攝影測(cè)量空間前方交會(huì)，計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的快速定位。一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)，由無人機(jī)I、機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2、穩(wěn)定平臺(tái)3、地面控制中心4和目標(biāo)定位解算軟件5組成，其特征在于無人機(jī)I搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2和穩(wěn)定平臺(tái)3飛往目標(biāo)區(qū)域，多站觀測(cè)同一目標(biāo)，將視頻影像、GPS/IMU數(shù)據(jù)和穩(wěn)定平臺(tái)3的姿態(tài)角數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)地傳遞到地面控制中心4，由目標(biāo)定位解算軟件5進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)快速解算，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的快速定位。無人機(jī)I自帶有GPS/MU定向定位設(shè)備，能獲取實(shí)時(shí)的飛行位置信息。穩(wěn)定平臺(tái)3對(duì)機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2進(jìn)行置平，同時(shí)提供機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2拍攝視頻影像時(shí)的姿態(tài)信息。目標(biāo)定位解算軟件5依據(jù)實(shí)時(shí)獲取的多站視頻影像和位置及姿態(tài)數(shù)據(jù)，采用攝影測(cè)量空間前方交會(huì)的原理計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)?！N基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法，由無人機(jī)I搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2和穩(wěn)定平臺(tái)3飛往目標(biāo)區(qū)域，通過多站觀測(cè)獲取同一目標(biāo)的多站視頻影像，根據(jù)無人機(jī)I的GPS/IMU定向定位信息和穩(wěn)定平臺(tái)3的姿態(tài)角數(shù)據(jù)，計(jì)算目標(biāo)的各站影像的外方位元素，進(jìn)行攝影測(cè)量空間前方交會(huì)計(jì)算，求出目標(biāo)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的快速定位。目標(biāo)影像可通過使用一架無人機(jī)I搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2和穩(wěn)定平臺(tái)3對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行多時(shí)多站拍攝或使用多架無人機(jī)I搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2和穩(wěn)定平臺(tái)3對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行同時(shí)多站拍攝獲得。通過多站觀測(cè)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)I相對(duì)定位的穩(wěn)定性，在無GPS地面基站進(jìn)行差分GPS解算的情況下，仍可基于頂U(kuò)數(shù)據(jù)的聯(lián)合計(jì)算，達(dá)到滿足應(yīng)急需求的定位精度。必要時(shí)，也可通過高冗余視頻影像，進(jìn)行空間后方交會(huì)，對(duì)影像的外方位元素進(jìn)行修正，以實(shí)現(xiàn)更高精度的目標(biāo)定位。對(duì)于常規(guī)監(jiān)測(cè)區(qū)域，可預(yù)先布設(shè)虛擬的空間攝站網(wǎng)，各站點(diǎn)的空間坐標(biāo)均記錄在地面控制中心4。使用本發(fā)明的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)和方法，執(zhí)行任務(wù)時(shí)，由無人機(jī)I搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2和穩(wěn)定平臺(tái)3定點(diǎn)飛往各已知攝站點(diǎn)，實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)行快速目標(biāo)定位。使用本發(fā)明的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)，由無人機(jī)I搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2和穩(wěn)定平臺(tái)3飛往發(fā)生突發(fā)事件或自然災(zāi)害的地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，不僅能實(shí)時(shí)將 該地區(qū)的視頻數(shù)據(jù)傳輸回地面控制中心4，還能通過本發(fā)明的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法，對(duì)發(fā)生突發(fā)事件或自然災(zāi)害的地區(qū)的某些特定目標(biāo)或標(biāo)志性地物進(jìn)行快速的定位，滿足應(yīng)急數(shù)據(jù)采集、應(yīng)急指揮和決策的需要。r


圖I是本發(fā)明的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法的數(shù)據(jù)解算原理圖。圖3是本發(fā)明的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式圖I是本發(fā)明的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)由無人機(jī)I、機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2、穩(wěn)定平臺(tái)3、地面控制中心4和目標(biāo)定位解算軟件5組成。圖2是本發(fā)明的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法的數(shù)據(jù)解算原理圖。如圖所示，無人機(jī)I搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2和穩(wěn)定平臺(tái)3拍攝了地面目標(biāo)A的多站多角度視頻影像，并將這些視頻影像數(shù)據(jù)、GPS/IMU數(shù)據(jù)和穩(wěn)定平臺(tái)3的姿態(tài)角數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)地傳遞到地面控制中心4，使用目標(biāo)定位解算軟件5解算各幀影像的外方位元素，即攝站點(diǎn)Oi的空間坐標(biāo)(X0i，Y0i, Z0i)和拍攝時(shí)的姿態(tài)角(ΦΜ, ωΜ, K 0i), i = 1,2,…；通過數(shù)字影像匹配，自動(dòng)提取該地面目標(biāo)A在各視頻影像上的同名點(diǎn)％，獲得其像坐標(biāo)(xAi，yAi)，基于前面計(jì)算的各站視頻影像的外方位元素，依據(jù)攝影測(cè)量空間前方交會(huì)原理，計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)A的三維空間坐標(biāo)(XA，\，Za)，最終通過多余觀測(cè)平差提高定位精度。圖3是本發(fā)明的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法的方法流程圖。一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法，步驟如下步驟SI :使用無人機(jī)I搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)2和穩(wěn)定平臺(tái)3對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行多站拍攝;步驟S2 :將步驟SI獲取的同一目標(biāo)的多站多角度視頻影像和無人機(jī)I及穩(wěn)定平臺(tái)3記錄的位置及姿態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到地面控制中心4 ；步驟S3 :在地面控制中心4，基于步驟S2下載的視頻和位置及姿態(tài)數(shù)據(jù)，使用目標(biāo)定位解算軟件5解算各站視頻影像的外方位元素；
步驟S4 :使用目標(biāo)定位解算軟件5，選定首站視頻影像上的目標(biāo)點(diǎn)，并通過數(shù)字影像匹配，自動(dòng)提取其它各站視頻影像上的同名點(diǎn)，獲得目標(biāo)點(diǎn)在各站視頻影像上的像坐標(biāo)；步驟S5 :使用目標(biāo)定位解算軟件5，基于步驟S3計(jì)算的各站視頻影像的外方位元素和步驟S4獲得 的目標(biāo)點(diǎn)在各站視頻影像上的像坐標(biāo)，依據(jù)攝影測(cè)量空間前方交會(huì)原理，并進(jìn)行多余觀測(cè)平差，計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)，由無人機(jī)(I)、機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)(2)、穩(wěn)定平臺(tái)(3)、地面控制中心(4)和目標(biāo)定位解算軟件(5)組成，其特征在于無人機(jī)(I)搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)(2)和穩(wěn)定平臺(tái)(3)飛往目標(biāo)區(qū)域，多站觀測(cè)同一目標(biāo)，將視頻影像、GPS/MU數(shù)據(jù)和穩(wěn)定平臺(tái)(3)的姿態(tài)角數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳遞到地面控制中心(4)，由目標(biāo)定位解算軟件(5)進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)快速解算，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的快速定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)，其特征在于無人機(jī)(I)自帶有GPS/MU定向定位導(dǎo)航設(shè)備，能獲取實(shí)時(shí)的飛機(jī)位置和姿態(tài)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)，其特征在于穩(wěn)定平臺(tái)(3)對(duì)機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)(2)進(jìn)行置平，同時(shí)提供機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)(2)拍攝視頻影像時(shí)的姿態(tài)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)，其特征在于目標(biāo)定位解算軟件(5)依據(jù)實(shí)時(shí)獲取的多站視頻影像和位置及姿態(tài)數(shù)據(jù)，采用攝影測(cè)量空間前方交會(huì)的原理計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。
5.一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法，由無人機(jī)(I)搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)(2)和穩(wěn)定平臺(tái)(3)飛往目標(biāo)區(qū)域，其特征在于通過多站觀測(cè)獲取同一目標(biāo)的多站視頻影像，根據(jù)無人機(jī)⑴的GPS/IMU定向定位信息和穩(wěn)定平臺(tái)(3)的姿態(tài)角數(shù)據(jù)，計(jì)算目標(biāo)的各站影像的外方位元素，進(jìn)行攝影測(cè)量空間前方交會(huì)計(jì)算，求出目標(biāo)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的快速定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法，其特征在于目標(biāo)影像可通過使用一架無人機(jī)(I)搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)(2)和穩(wěn)定平臺(tái)(3)對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行多時(shí)多站拍攝或使用多架無人機(jī)(I)搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)(2)和穩(wěn)定平臺(tái)(3)對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行同時(shí)多站拍攝獲得。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法，其特征在于通過多站觀測(cè)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)(I)相對(duì)定位的穩(wěn)定性，在無GPS地面基站進(jìn)行差分GPS解算的情況下，仍可基于MU數(shù)據(jù)的聯(lián)合計(jì)算，達(dá)到滿足應(yīng)急需求的定位精度，必要時(shí)，通過高冗余視頻影像，進(jìn)行空間后方交會(huì)，對(duì)影像的外方位元素進(jìn)行修正，以實(shí)現(xiàn)更高精度的目標(biāo)定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法，步驟如下 步驟SI :使用無人機(jī)(I)搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)(2)和穩(wěn)定平臺(tái)(3)對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行多站拍攝； 步驟S2 :將步驟SI獲取的同一目標(biāo)的多站多角度視頻影像和無人機(jī)(I)及穩(wěn)定平臺(tái)(3)記錄的位置及姿態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到地面控制中心(4)； 步驟S3 :在地面控制中心(4)，基于步驟S2下載的視頻和位置及姿態(tài)數(shù)據(jù)，使用目標(biāo)定位解算軟件(5)解算各站視頻影像的外方位元素； 步驟S4 :使用目標(biāo)定位解算軟件(5)，選定首站視頻影像上的目標(biāo)點(diǎn)，并通過數(shù)字影像匹配，自動(dòng)提取其它各站視頻影像上的同名點(diǎn)，獲得目標(biāo)點(diǎn)在各站視頻影像上的像坐標(biāo)； 步驟S5 :使用目標(biāo)定位解算軟件(5)，基于步驟S3計(jì)算的各站視頻影像的外方位元素和步驟S4獲得的目標(biāo)點(diǎn)在各站視頻影像上的像坐標(biāo)，依據(jù)攝影測(cè)量空間前方交會(huì)原理，并進(jìn)行多余觀測(cè)平差，計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位方法，其特征在于對(duì)于常規(guī)監(jiān)測(cè)區(qū)域，可預(yù)先布設(shè)虛擬的空間攝站網(wǎng)，各站點(diǎn)的空間坐標(biāo)均記錄在地面控制中心(4)，執(zhí)行 任務(wù)時(shí)，由無人機(jī)(I)搭載機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)(2)和穩(wěn)定平臺(tái)(3)定點(diǎn)飛往各已知攝站點(diǎn)，實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)行快速目標(biāo)定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及航空攝影測(cè)量領(lǐng)域，特別是一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)及方法。使用由無人機(jī)(1)、機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)(2)、穩(wěn)定平臺(tái)(3)、地面控制中心(4)和目標(biāo)定位解算軟件(5)組成的一種基于無人機(jī)的目標(biāo)快速定位系統(tǒng)拍攝多站同一目標(biāo)的視頻影像，根據(jù)無人機(jī)(1)自身的GPS/IMU定向定位信息，聯(lián)合機(jī)載視頻攝像系統(tǒng)(2)和穩(wěn)定平臺(tái)(3)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，計(jì)算出多幀影像的外方位元素，進(jìn)行攝影測(cè)量空間前方交會(huì)，計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)的快速定位。通過本發(fā)明不僅能獲取突發(fā)事件或自然災(zāi)害地區(qū)的實(shí)時(shí)影像，還能對(duì)某些特定目標(biāo)或標(biāo)志性地物進(jìn)行快速定位，滿足應(yīng)急數(shù)據(jù)采集、應(yīng)急指揮和決策的需要。
文檔編號(hào)G01C11/36GK102937443SQ201210009599
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者唐糧 申請(qǐng)人:唐糧