專利名稱：基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多旋翼無人飛行器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)對水質(zhì)檢測是通過使用價格昂貴、體積龐大的HPLC-MS或GC-MS等儀器進(jìn)行的，樣品制備過程復(fù)雜、耗時長，需要專業(yè)技術(shù)人員操作，檢測費用很高，因此限制了常規(guī)監(jiān)測次數(shù)。如何能夠快速，有效地對水質(zhì)進(jìn)行檢測，有效地保障人民的身體健康，成為一個重要的研究課題。遙感可以很好地解決這一問題。由于華南是一個多云的區(qū)域，衛(wèi)星遙感很難發(fā)揮其有效的作用。航空遙感能夠避開華南地區(qū)多云的障礙，加上其機動性、靈活性和高精度優(yōu)點，為飲用水源的安全性監(jiān)測預(yù)警提供較好的手段。而目前無人機技術(shù)也越趨成熟，其價格也越來越低廉，實用性也越來越強。近年來，無人航空遙感器的發(fā)展較為迅速，其價格較為低廉，為湖泊和海灣水質(zhì)航空遙感提供了便利。從無人機的機翼形態(tài)來分，可以分為固定翼和旋動翼兩種類型。目前國內(nèi)貴航股份公司和中兵光電等公司都生產(chǎn)體型相對較大的固定翼無人機，這些固定翼無人機雖然飛行時間較長，但其在起飛和降落過程中對條件要求較高，需要特制的助飛結(jié)構(gòu)，起收過程較為麻煩。由于內(nèi)陸水源和海灣面積一般相對較小，而且水源周圍環(huán)境較為復(fù)雜，大型固定翼無人機很難進(jìn)行起降，而對于旋動翼無人機來說，其起降過程較為簡單，更適合飲用水源的遙感監(jiān)測。但是目前國內(nèi)的旋翼無人機，有的體積較大，可以載重較大，但價格貴以及油動，飛行五十幾個小時就有積碳，需要進(jìn)行清理，維護(hù)成本很貴；有些小型的四旋翼無人機，雖然體形較小，但載重也很小，只有50(T1000克，很難滿足目前的需求，飛行的平穩(wěn)性和易操作性均有待提高，不太適合湖泊和海灣水質(zhì)的遙感監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，通過采用高光譜圖像檢測系統(tǒng)對水質(zhì)的高光譜信息進(jìn)行采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，能夠提高水質(zhì)遙感檢測效率和精度，適合湖泊和海灣水質(zhì)的遙感監(jiān)測。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
提供一種基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，包括多旋翼無人機以及數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，所述多旋翼無人機上設(shè)有高光譜圖像檢測系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)接收高光譜圖像檢測系統(tǒng)采集的信息。該水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)以多旋翼無人機為航空遙感載體，具有三公斤以上的載重，能夠增加載荷和提高穩(wěn)定性，且便于實現(xiàn)大面積采集數(shù)據(jù)；同時采用高光譜圖像檢測系統(tǒng)的傳感器對水質(zhì)的高光譜信息進(jìn)行采集并為數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)提供源數(shù)據(jù)，通過高光譜圖像檢測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)信息至數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，當(dāng)數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)接收到信息時，可以實時地對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析并輸出相關(guān)指標(biāo)，包括了數(shù)據(jù)歸一化、平滑以及各種指標(biāo)分析，如葉綠素、懸浮質(zhì)以及可能污染等指標(biāo)。其中，該水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)中的信息傳輸至少包括數(shù)據(jù)的傳遞以及微波信號的接收。進(jìn)一步地，所述多旋翼無人機包括設(shè)有中心骨盤的機體、設(shè)置于機體上的升降模塊、控制模塊以及為機體供電的電源模塊，所述升降模塊與中心骨盤連接、與控制模塊電連接。該多旋翼無人機在電源模塊供電的情況下，控制模塊控制升降模塊運動使機體抬高，對無人機的飛行角度、方向以及起飛和降落進(jìn)行控制，使高光譜圖像檢測系統(tǒng)能夠大面積地采集數(shù)據(jù)。本方案中，控制模塊包括微波發(fā)射和接收系統(tǒng)，主要采用微波信號進(jìn)行通訊；多旋翼無人機還可以包括GPS，以便對飛行航線的設(shè)計。該多旋翼無人機能夠有效提高機體的載荷和飛行姿勢的穩(wěn)定性，超視距飛行控制和高效率可業(yè)務(wù)化的運行為基于該多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)的遙感監(jiān)測提供了充分且高效檢測的實現(xiàn)可能。上述方案中，所述高光譜圖像檢測系統(tǒng)包括采集控制系統(tǒng)以及與采集控制系統(tǒng)電連接的第一采集裝置、第二采集裝置，所述采集控制系統(tǒng)與控制模塊電連接?？刂颇K控制采集控制系統(tǒng)采集水質(zhì)信息，具體通過與采集控制系統(tǒng)電連接的第一采集裝置和第二采集裝置實現(xiàn)。第一采集裝置可以采用高光譜及圖像檢測傳感器，第二采集裝置可以采用光譜儀、照相機等裝置?？蛇x地，所述升降模塊包括螺旋槳、電機以及設(shè)于機體下部的起落支架，所述螺旋槳通過旋翼支架與中心骨盤連接，電機驅(qū)動螺旋槳運動并與電源模塊電連接。優(yōu)選地，所述旋翼支架由六個等長的碳纖維支架組成，每個旋翼支架的一端與螺旋槳連接、另一端與中心骨盤連接。采用六個長短、材質(zhì)一致的碳纖維支架組成旋翼支架作為無人機上升動力的支撐系統(tǒng)，能夠提高無人機的機身平衡能力，并且可以有效增加小型無人機的載重量。優(yōu)選地，所述中心骨盤為正六邊形碳纖維骨盤，特別地可以采用半鏤空的碳纖維板制成。作為改進(jìn)，所述升降模塊還包括控制中心骨盤的遙控接收裝置，遙控接收裝置與控制模塊電連接，以便于對升降模塊進(jìn)行控制，即控制無人機系統(tǒng)使其升降等的飛行狀態(tài)。改為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述多旋翼無人機還包括與控制模塊電連接的云臺控制接收裝置，所述云臺控制接收裝置連接有云臺。優(yōu)選地，所述云臺上設(shè)有照相機和/或攝像機。除了設(shè)置第一采集裝置和第二采集裝置，還可以在云臺上設(shè)置照相機和/或攝像機，增加采集數(shù)據(jù)的可能性，進(jìn)一步提高水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)的水質(zhì)遙感檢測效率和精度。優(yōu)選地，所述電源模塊為鋰電池組。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)以多旋翼無人機為航空遙感載體，能夠增加無人機的載荷和提高穩(wěn)定性，可以在現(xiàn)場快速、有效地對湖泊和海灣的水質(zhì)進(jìn)行遙感檢測，在很大程度上提高了大面積水質(zhì)的檢測效率，并且采用高光譜圖像檢測系統(tǒng)對水質(zhì)的高光譜信息進(jìn)行采集，進(jìn)一步通過無線發(fā)送和接收系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時傳輸，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析并輸出相關(guān)指標(biāo)，包括了數(shù)據(jù)歸一化、平滑以及各種指標(biāo)分析，如葉綠素、懸浮質(zhì)以及可能污染等指標(biāo)。該基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)能夠?qū)λ|(zhì)進(jìn)行遙感檢測，具有快速、便捷、可連續(xù)多頻次測量等優(yōu)勢；作為對水質(zhì)遙感檢測的一種新的重要方法，對內(nèi)陸和海灣水質(zhì)的準(zhǔn)確、快速檢測具有相當(dāng)重要的意義。


圖1為實施例1六旋翼無人機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中A部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實施例1中心骨盤的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為實施例2六旋翼無人機的部分放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實物圖，不能理解為對本專利的限制；為了更好地說明本發(fā)明的實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。本發(fā)明實施例的附圖中相同或相似的標(biāo)號對應(yīng)相同或相似的部件；在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，若有術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此附圖中描述位置關(guān)系的用語僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。此外，若有“第一”、“第二”等術(shù)語僅用于描述目的，而不能理解為指示或者暗示相對重要性；在本發(fā)明中，除非另有規(guī)定或者限定，需要說明的是，若有“安裝”、“連接”、“相連”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解。實施例1
如圖1至圖3所示為本發(fā)明基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)的第一實施例，包括六旋翼無人機以及數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，六旋翼無人機上設(shè)有高光譜圖像檢測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)接收高光譜圖像檢測系統(tǒng)采集的信息。本實施例中，如圖1、圖2以及圖3所示，六旋翼無人機包括設(shè)有中心骨盤12的機體、設(shè)置于機體上的升降模塊、控制模塊以及為機體供電的電源模塊31，還包括對飛行航線進(jìn)行設(shè)計的GPS (其可視部分為如圖2所示的GPS天線41)，升降模塊與中心骨盤12連接、與控制模塊電連接。本方案中的高光譜圖像檢測系統(tǒng)包括采集控制系統(tǒng)51以及與采集控制系統(tǒng)51電連接的第一采集裝置52、第二采集裝置53，采集控制系統(tǒng)51與控制模塊電連接?？刂颇K控制采集控制系統(tǒng)51采集水質(zhì)信息，具體通過與采集控制系統(tǒng)51電連接的第一、第二采集裝置52/53實現(xiàn)。其中，中心骨盤12為半鏤空的正六邊形碳纖維骨盤；第一采集裝置52可以采用高光譜及圖像檢測傳感器，第二采集裝置53可以采用光譜儀、照相機等裝置；電源模塊31為鋰電池組。該六旋翼無人機在電源模塊31供電的情況下，控制模塊控制升降模塊運動使機體抬高，對無人機的飛行角度、方向以及起飛和降落進(jìn)行控制，使高光譜圖像檢測系統(tǒng)能夠大面積地采集數(shù)據(jù)。該六旋翼無人機能夠有效提高機體的載荷和飛行姿勢的穩(wěn)定性，超視距飛行控制和高效率可業(yè)務(wù)化的運行為基于該六旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)的遙感監(jiān)測提供了充分且高效檢測的實現(xiàn)可能。如圖1所示，升降模塊包括螺旋槳21、電機22、設(shè)于機體下部的起落支架23以及控制中心骨盤12的遙控接收裝置24，遙控接收裝置24與控制模塊電連接，螺旋槳21通過旋翼支架25與中心骨盤12連接，電機22驅(qū)動螺旋槳21運動并與電源模塊31電連接。其中，旋翼支架25由六個等長的碳纖維支架組成，每個旋翼支架的一端與螺旋槳21連接、另一端與中心骨盤12連接。采用六個長短、材質(zhì)一致的碳纖維支架組成旋翼支架作為無人機上升動力的支撐系統(tǒng)，能夠提高無人機的機身平衡能力，并且可以有效增加小型無人機的載重量。實際使用操作本實施例的基于六旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)時，由于數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)設(shè)置在遠(yuǎn)程，而高光譜圖像檢測系統(tǒng)與數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，故操作人員只需在遠(yuǎn)程(如室內(nèi))操作控制，進(jìn)行對水質(zhì)的檢測。因此，采用該水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)更加簡便，極大程度地減少了對水質(zhì)檢測的限制條件。本實施例水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)以六旋翼無人機為航空遙感載體，具有三公斤以上的載重，能夠增加載荷和提高穩(wěn)定性，且便于實現(xiàn)大面積采集數(shù)據(jù)，在很大程度上提高了大面積水質(zhì)的檢測效率，可以在現(xiàn)場快速、有效地對湖泊和海灣的水質(zhì)進(jìn)行遙感檢測；同時采用高光譜圖像檢測系統(tǒng)對水質(zhì)的高光譜信息進(jìn)行采集并為數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)提供源數(shù)據(jù)，通過高光譜圖像檢測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)信息至數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，當(dāng)數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)接收到信息時，可以實時地對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析并輸出相關(guān)指標(biāo)，包括了數(shù)據(jù)歸一化、平滑以及各種指標(biāo)分析，如葉綠素、懸浮質(zhì)以及可能污染等指標(biāo)。本實施例的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)中的信息傳輸至少包括數(shù)據(jù)的傳遞以及微波信號的接收。該基于六旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)能夠?qū)λ|(zhì)進(jìn)行遙感檢測，具有快速、便捷、可連續(xù)多頻次測量等優(yōu)勢；作為對水質(zhì)遙感檢測的一種新的重要方法，對內(nèi)陸和海灣水質(zhì)的準(zhǔn)確、快速檢測具有相當(dāng)重要的意義。實施例2
如圖4所示為本發(fā)明基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)的第二實施例，與實施例1不同的是，六旋翼無人機還包括與控制模塊電連接的云臺控制接收裝置60，云臺控制接收裝置60連接有云臺61，云臺61上設(shè)有照相機和/或攝像機。除了在實施例1的無人機上設(shè)置第一采集裝置52和第二采集裝置53，本實施例的無人機還可以在云臺61上設(shè)置照相機和/或攝像機，增加采集數(shù)據(jù)的可能性，進(jìn)一步提高水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)的水質(zhì)遙感檢測效率和精度。顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，其特征在于，包括多旋翼無人機以及數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，所述多旋翼無人機上設(shè)有高光譜圖像檢測系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)接收高光譜圖像檢測系統(tǒng)采集的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，其特征在于，所述多旋翼無人機包括設(shè)有中心骨盤的機體、設(shè)置于機體上的升降模塊、控制模塊以及為機體供電的電源模塊，所述升降模塊與中心骨盤連接、與控制模塊電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，其特征在于，所述高光譜圖像檢測系統(tǒng)包括采集控制系統(tǒng)以及與采集控制系統(tǒng)電連接的第一采集裝置、第二采集裝置，所述采集控制系統(tǒng)與控制模塊電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，其特征在于，所述升降模塊包括螺旋槳、電機以及設(shè)于機體下部的起落支架，所述螺旋槳通過旋翼支架與中心骨盤連接，電機驅(qū)動螺旋槳運動并與電源模塊電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，其特征在于，所述旋翼支架由六個等長的碳纖維支架組成，每個旋翼支架的一端與螺旋槳連接、另一端與中心骨盤連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，其特征在于，所述中心骨盤為正六邊形碳纖維骨盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，其特征在于，所述升降模塊還包括控制中心骨盤的遙控接收裝置，遙控接收裝置與控制模塊電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7任一項所述的基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，其特征在于，所述多旋翼無人機還包括與控制模塊電連接的云臺控制接收裝置，所述云臺控制接收裝置連接有云臺。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，其特征在于，所述云臺上設(shè)有照相機和/或攝像機。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至7任一項所述的基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊為鋰電池組。
全文摘要
本發(fā)明涉及多旋翼無人飛行器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于多旋翼無人機的水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)，包括多旋翼無人機以及數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，所述多旋翼無人機上設(shè)有高光譜圖像檢測系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)接收高光譜圖像檢測系統(tǒng)采集的信息。該水質(zhì)高光譜航空遙感系統(tǒng)以多旋翼無人機為航空遙感載體，能夠增加載荷和提高穩(wěn)定性，且便于實現(xiàn)大面積采集數(shù)據(jù)；同時采用高光譜圖像檢測系統(tǒng)對水質(zhì)的高光譜信息進(jìn)行采集并為數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)提供源數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)實時地對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析并輸出相關(guān)指標(biāo)，包括了數(shù)據(jù)歸一化、平滑以及各種指標(biāo)分析，提高了水質(zhì)遙感檢測效率和精度，適合湖泊和海灣水質(zhì)的遙感監(jiān)測。
文檔編號G01N21/25GK103175789SQ20131006926
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者楊頂田 申請人:中國科學(xué)院南海海洋研究所