三維空間中的放射源交叉定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了三維空間中的放射源交叉定位方法及系統(tǒng)。該方法包括：利用空中機器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域；控制空中機器人進入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，重定位放射源污染區(qū)域；控制空中機器人進入重定位的放射源污染區(qū)域飛行，定位放射源在空中的位置；控制陸地機器人進入與放射源在空中的位置相對應的陸地處，根據陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源。該放射源交叉定位方法及系統(tǒng)采用多機器人協作、多層次、空間立體搜索，通過大范圍探測到鎖定小范圍區(qū)域，從而高精度方向辨識和空間辨識，實現放射源快速探測及精準定位，不僅可以對已知放射源進行監(jiān)管、處置，而且可對未知放射源進行準確定位。
【專利說明】三維空間中的放射源交叉定位方法及系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及放射性物質探測【技術領域】，具體涉及三維空間中的放射源交叉定位方法及系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]隨著核能和核技術的開發(fā)和利用，放射源在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療、科研和教育等領域的應用日益廣泛，我國應用放射源的單位達數萬家，掌握的放射源也有數十萬余枚；放射源在給我們帶來利益的同時，其強放射性也會對人類造成致命傷害，一旦失控，社會影響極大；由于使用、保管等諸多原因，放射源丟失、被盜、失控等事故時有發(fā)生；最近幾年，國內發(fā)生放射源被卡失控事件，造成大量人員健康損害和環(huán)境放射性污染，帶來了巨大的經濟損失，甚至引起局部地區(qū)的社會動蕩；與此同時，近年來恐怖分子活動猖獗，使得反恐形勢趨于嚴峻，放射源的失控有可能給恐怖分子可乘之機，進而給社會造成更大的危害。
[0003]目前，國內外市場的放射源定位轉置主要分為兩大類:一類是對已知放射源進行定位，通過在放射源上安裝RFID電子標簽等信號發(fā)送裝置，通過無線通信、GPS定位等技術進行定位，該類裝置不適用于對未知放射源進行定位；另一類是對未知放射源進行定位，通過伽馬相機，利用光學成像原理合成放射源的伽馬能譜分布圖像進行定位，該種定位方法使用靈活性受到限制，并且單個伽馬相機只能二維成像，導致對未知放射源的處置的深度?目息缺失。


【發(fā)明內容】

[0004]針對于現有技術中存在的上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種三維空間中的放射源交叉定位方法，實現了對三維空間中的放射源的精確定位。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是提供一種三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)。
[0006]為了實現上述目的，本發(fā)明提供了一種三維空間中的放射源交叉定位方法，包括:
[0007]利用空中機器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域；
[0008]控制空中機器人進入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，重定位放射源污染區(qū)域；
[0009]控制空中機器人進入重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，定位放射源在空中的位置；
[0010]控制陸地機器人進入與放射源在空中的位置相對應的陸地處，獲取通過陸地機器人所采集的陸地處周圍的環(huán)境信息，根據陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源。
[0011]進一步地，利用空中機器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域具體包括:
[0012]控制空中機器人根據設定的核輻射區(qū)域自主飛行路線進行自主飛行，同時獲取空中機器人所采集的飛行區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息；
[0013]根據核輻射劑量信息，采用區(qū)域法初步確定放射源污染區(qū)域。
[0014]進一步地，控制空中機器人進入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，重定位放射源污染區(qū)域具體包括:
[0015]獲取初步定位的放射源污染區(qū)域中核輻射劑量信息最小的點所在的區(qū)域，并將該區(qū)域劃分為若干個小區(qū)域，分別控制若干個空中機器人進入若干個小區(qū)域中飛行，同時獲取通過若干個空中機器人所采集的每個小區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息；
[0016]根據每個小區(qū)域的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法重定位放射源污染區(qū)域。
[0017]進一步地，控制空中機器人進入重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，定位放射源在空中的位置具體包括:
[0018]控制空中機器人進入重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取通過空中機器人所采集的重定位的放射源污染區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息；
[0019]獲取重定位的放射源污染區(qū)域內核輻射劑量信息最高的點，以該點為圓心，采用定點反螺旋搜索方法進行飛行，同時獲取通過空中機器人所采集的反螺旋搜索飛行區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息；
[0020]根據反螺旋搜索飛行區(qū)域內的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法定位放射源污染區(qū)域，同時根據區(qū)域邊界條件判斷所述放射源污染區(qū)域的邊界是否存在重合；
[0021]如果重合，繼續(xù)搜索，直至放射源污染區(qū)域的邊界沒有重合為止；
[0022]控制空中機器人進入放射源污染區(qū)域中核輻射劑量最大的區(qū)域飛行，獲取所采集的核輻射劑量最大的區(qū)域內的核輻射劑量信息、位置信息和圖像信息；
[0023]獲取核輻射劑量最大的區(qū)域內的核輻射劑量信息最大的點，即放射源在空中的位置。
[0024]進一步地，獲取重定位的放射源污染區(qū)域內核輻射劑量信息最高的點，以該點為圓心，采用定點反螺旋搜索方法進行飛行進一步包括:
[0025]以重定位的放射源污染區(qū)域內核輻射劑量信息最高的點為圓心，設定首次飛行半徑，然后以每次每圈半徑增加2.5m的遞增速度進行反螺旋自主飛行。
[0026]進一步地，根據所述反螺旋搜索飛行區(qū)域內的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法定位放射源污染區(qū)域，同時根據區(qū)域邊界條件判斷所述放射源污染區(qū)域的邊界是否存在重合進一步包括:
[0027]將反螺旋搜索飛行區(qū)域內核輻射劑量信息相同的點在電子地圖上構建成單一的封閉圖形；
[0028]比較所述單一封閉圖形處的核輻射劑量信息與初始設定的核輻射劑量信息，確定大于設定的核輻射劑量信息的封閉圖形構成的區(qū)域為放射源污染區(qū)域；
[0029]判斷放射源污染區(qū)域是否有共同的邊界；
[0030]若存在共同的邊界，增加飛行半徑繼續(xù)搜索，直至一個放射源污染區(qū)域完全包含另一放射源區(qū)域為止。
[0031]進一步，區(qū)域法具體包括:
[0032]將飛行區(qū)域內核輻射劑量信息相同的點在電子地圖上構建成單一的封閉圖形；
[0033]比較單一封閉圖形處的核輻射劑量信息與初始設定的核輻射劑量信息，確定大于設定的核輻射劑量信息的封閉圖形構成的區(qū)域為放射源污染區(qū)域。
[0034]進一步地，控制陸地機器人進入與放射源在空中的位置相對應的陸地處，獲取通過陸地機器人所采集的所述陸地處周圍的環(huán)境信息，根據所述陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源進一步包括:
[0035]控制陸地機器人進入與放射源在空中的位置相對應的陸地處，獲取通過陸地機器人的潛望式圖像采集設備、定向核輻射探測設備和三維激光掃描設備所采集的陸地處周圍的圖像信息、核輻射劑量信息和物體的點云數據；
[0036]比較所采集的陸地處周圍的核輻射劑量信息與放射源在空中位置處的核輻射劑量信息，確定陸地機器人是否進入放射源區(qū)域；
[0037]如果進入核輻射區(qū)域，控制定向核輻射探測設備進行360度轉動，同時獲取在轉動過程中所采集的周圍環(huán)境的圖像信息、核輻射劑量信息和物體的點云數據；
[0038]獲取在轉動過程中所采集的周圍環(huán)境的核輻射劑量信息中的最大值，根據最大值處的點的坐標，確定放射源的大致方向；
[0039]以放射源的大致方向為基本探測方向，獲取通過陸地機器人進行多次轉動時所采集的核輻射劑量信息及陸地機器人與所述最大值處的點的坐標的距離，根據核輻射劑量信息及距離信息，確定放射源的空間方位坐標，精確定位放射源。
[0040]本發(fā)明還提供了一種三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)，包括:
[0041]用于采集飛行區(qū)域內的環(huán)境信息并進行發(fā)送的空中機器人；
[0042]用于采集陸地區(qū)域內的環(huán)境信息并進行發(fā)送的陸地機器人；
[0043]用于接收空中機器人及陸地機器人的環(huán)境信息并根據所述環(huán)境信息精確定位放射源的地面控制中心。
[0044]進一步地，空中機器人包括核輻射探測器、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設備、定位設備、圖像采集設備、空中機器人控制設備和空中機器人通信設備；所述核輻射探測器、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設備、定位設備、圖像采集設備和空中機器人通信設備均與空中機器人控制設備相連接。
[0045]進一步地，陸地機器人包括設置于云臺上的潛望式圖像采集設備、定向核輻射探測設備及三維激光掃描設備、陸地機器人通信設備、陸地機器人控制設備；所述潛望式圖像采集設備、定向核輻射探測設備、三維激光掃描設備及陸地機器人通信設備均與陸地機器人控制設備相連接。
[0046]進一步地，地面控制中心包括后臺通信設備、服務器、陸地機器人控制手柄及空中機器人控制手柄；所述陸地機器人控制手柄與服務器相連接，服務器與后臺通信設備相連接。
[0047]本發(fā)明的空中機器人飛行控制操作性強，能夠適應復雜的飛行環(huán)境，且能超低空飛行，從而對放射源進行地毯式搜索，可快速將輻射源鎖定在數平方米范圍內，有效縮短大范圍搜索時間；利用空中機器人鎖定放射源的范圍后，通過陸地機器人攜帶定向核輻射探測儀器在鎖定的范圍區(qū)域內進行空間方位分析，進行高精度角度辨識。
[0048]本發(fā)明的三維空間中的放射源交叉定位方法及系統(tǒng)采用多機器人協作、多層次、空間立體搜索，通過大范圍探測到鎖定小范圍區(qū)域，從而高精度方向辨識和空間辨識，實現放射源快速探測及精準定位，不僅可以對已知放射源進行監(jiān)管、處置，而且可對未知放射源進行準確定位。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1為本發(fā)明的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)的一個實施例的結構框圖；
[0050]圖2為本申請的三維空間中的放射源交叉定位方法的一個實施例的流程圖；
[0051]圖3為本申請的初步定位放射源污染區(qū)域的一個實施例的流程圖；
[0052]圖4為本申請的重定位放射源污染區(qū)域的一個實施例的流程圖；
[0053]圖5為本申請的定位放射源在空中的位置的一個實施例的流程圖；
[0054]圖6為本申請的采用陸地機器人精確定位放射源的位置的一個實施例的流程圖；
[0055]圖7為本申請的采用定點反螺旋搜索方法飛行搜索的示意圖。

【具體實施方式】
[0056]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明具體實施例及相應的附圖對本發(fā)明技術方案進行清楚、完整地描述。
[0057]參考圖1，圖1為本發(fā)明的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)的一個實施例的結構框圖；該放射源交叉定位系統(tǒng)包括空中機器人1、陸地機器人2、地面控制中心3和收放線設備4 ;空中機器人I包括核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設備12、定位設備13、圖像采集設備14、空中機器人控制設備15和空中機器人通信設備16 ;空中機器人控制設備15與空中機器人通信設備16連接；空中機器人通信設備16包括3G、4G和2.4G無線通信模塊，其中，3G、4G無線通信模塊用于傳輸核輻射劑量、姿態(tài)、經瑋度、高度和圖像信息，2.4G無線通信模塊用于服務器32的控制指令；2.4G無線通信模塊用于傳輸空中機器人控制手柄34的控制指令；核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設備12、定位設備13和圖像采集設備14均與空中機器人控制設備15連接。
[0058]陸地機器人2包括云臺21、潛望式圖像采集設備211、定向核輻射探測設備212和三維激光掃描設備213、陸地機器人通信設備22、逆變箱23和陸地機器人控制設備24 ;潛望式圖像采集設備211、定向核輻射探測設備212和三維激光掃描設備213安裝固定在云臺21上，并且潛望式圖像采集設備211的高清相機和三維激光掃描設備213安裝在屏蔽罩內；陸地機器人上2所有設備都由屏蔽機箱內的逆變箱23供電；逆變箱23通過電纜與收放線設備4連接；陸地機器人通信設備22包括交換機221、串口服務器222和視頻服務器223 ;交換機221與串口服務器222和視頻服務器223之間分別采用網線連接；逆變箱23通過網線接入交換機221 ;定向核輻射探測設備212、三維激光掃描設備213和陸地機器人控制設備24采用串口線分別與串口服務器222的端口連接；潛望式圖像采集設備211通過網線與視頻服務器223連接；定向核輻射探測設備212包括定向核輻射探測儀器、核能譜儀和預留伽馬相機接口 ；定向核輻射探測儀器由準直器和核輻射探測器組成，準直器材料采用金屬鎢加工而成，屏蔽非正面入射的伽馬射線。
[0059]地面控制中心3包括后臺通信設備31、服務器32、陸地機器人控制手柄33和空中機器人控制手柄34 ;后臺通信設備31包括有線通信模塊和無線通信模塊，有線通信模塊主要起橋接作用，無線通信模塊主要為3G、4G、2.4G無線通信模塊；服務器32包括定位模塊、圖像獲取模塊、數據處理模塊和空中機器人自主飛行模塊，用于獲取、處理和存儲空中機器人及陸地機器人所采集的信息；地面控制中心3的服務器32與后臺通信設備31采用網線連接；陸地機器人控制手柄33通過數據線與服務器32連接。
[0060]空中機器人I通過3G、4G無線通信模塊與后臺通信設備31連接；空中機器人I通過2.4G無線通信模塊與空中機器人控制手柄34連接；陸地機器人2通過電纜線與收放線設備4連接；收放線設備4通過網線與服務器32連接。
[0061]參見圖2，圖2所示為本發(fā)明的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)的一個實施例的流程圖；該實施例SlOO包括如下步驟SlOl至S104 ；
[0062]在步驟SlOl中，利用空中機器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域；
[0063]根據本申請的一個實施例，初步定位放射源污染區(qū)域包括以下步驟:
[0064]參見圖3，圖3所示為本申請的初步定位放射源污染區(qū)域的一個實施例SlOl的流程圖；具體過程為:
[0065]Al、空中機器人1、空中機器人控制手柄34和地面控制中心3上電開機運行；服務器32中的空中機器人自主飛行模塊設定空中機器人核輻射區(qū)域自主飛行范圍；空中機器人自主飛行模塊的數據接口與谷歌地球應用系統(tǒng)接口連接，能夠快速導入包含所有點經瑋度信息的地圖；在地圖上點擊鼠標編輯航點，并依次自動將航點連成航線，完成空中機器人在核輻射區(qū)域自主飛行路線的設定；
[0066]A2、用空中機器人控制手柄34控制空中機器人I上升到指定高度5m后，切換到服務器32的軟件控制方式，通過服務器32向后臺通信設備31發(fā)送控制指令，再通過3G、4G、
2.4G無線通信模塊傳輸到空中機器人通信設備16，空中機器人通信設備16把控制指令傳到空中機器人控制設備15，隨即空中機器人I進入自主飛行模式；
[0067]A3、空中機器人I進入自主飛行模式后，啟動核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設備12、定位設備13和圖像采集設備14獲取飛行區(qū)域的經瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息，同時空中機器人通信設備16通過3G、4G、2.4G無線通信模塊將該數據信息發(fā)送到地面控制中心3 ;地面控制中心3的后臺通信設備31接收到該數據信息通過網線傳輸到服務器32 ；
[0068]A4、服務器32接收到經瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息，經過圖像獲取模塊和數據處理模塊進行處理、濾波后，再在電子地圖上顯示并記錄；在電子地圖上以D(x、y、h)的形式顯示每點采集到的核輻射劑量和經瑋度信息，并進行存儲；最后通過服務器32的定位模塊根據記錄數據中D相同的點在電子地圖上構成單一的封閉圖形，采用不同顏色表示不同區(qū)域核輻射劑量的值，從紅色到紫色表示核輻射的劑量由大到小，如核輻射劑量值D在Dl與D2之間用紅色表示，在D2與D3之間用橙色表示；同時在服務器32的定位模塊設定核輻射劑量值大于某值DO的點構成的區(qū)域為放射源污染區(qū)域。
[0069]在步驟S102中，控制空中機器人進入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，重定位放射源污染區(qū)域；
[0070]根據本申請的一個實施例，重定位放射源污染區(qū)域包括以下步驟:
[0071]參見圖4，圖4所示為本申請的重定位放射源污染區(qū)域的一個實施例S102的流程圖；具體過程為:
[0072]B1、將初步定位的放射源污染區(qū)域中核輻射劑量最小的單一封閉圖形所在的區(qū)域分成N1、N2、N3、N4這四個放射源污染區(qū)域；
[0073]B2、用四個空中機器人控制手柄34遙感——對應控制四個空中機器人nl、n2、n3、n4，分別進入N1、N2、N3、N4這四個放射源污染區(qū)域飛行，同時啟動每個空中機器人上的核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設備12、定位設備13和圖像采集設備14獲取每個放射源污染區(qū)域的經瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息，同時空中機器人通信設備16將該信息反饋到地面控制中心3 ;
[0074]B3、地面控制中心3的后臺通信設備31接收四個空中機器人nl、n2、n3、n4傳回的bl、b2、b3、b4四組數據，并傳給服務器32 ;服務器32中的數據處理模塊對bl、b2、b3、b4四組數據進行處理、存儲；
[0075]B4、服務器32中的定位模塊根據處理后的核輻射劑量、經瑋度信息采用步驟A4中的方法重新確定放射源污染區(qū)域；然后，用四個空中機器人控制手柄34遙感控制四個空中機器人I進行降落。
[0076]在步驟S103中，控制空中機器人進入所述重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，定位放射源在空中的位置；
[0077]根據本申請的一個實施例，定位放射源在空中的位置包括以下步驟:
[0078]參見圖5，圖5所示為本申請的定位放射源在空中的位置的一個實施例S103的流程圖；具體過程為:
[0079]Cl、通過空中機器人控制手柄34遙感空中機器人I進入B4步驟中重新確定的放射源污染區(qū)域飛行，同時啟動核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設備12、定位設備13和圖像采集設備14獲取重定位區(qū)域內的經瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息；服務器32的定位模塊根據上述核輻射劑量、經瑋度信息，用空中機器人控制手柄控制空中機器人尋得重定位的放射源污染區(qū)域內核輻射劑量最高的點Dm(xm、ym、hm);
[0080]C2、在服務器32的空中機器人自主飛行模塊的電子地圖上設定定點反螺旋飛行搜索方法的自主飛行模式；以核輻射劑量信息最大的點Dm(xm、ym、hm)為圓心，設定首次飛行半徑為5m，之后以每次每圈半徑增加2.5m的圓弧進行自主飛行，如圖7所示；同時啟動核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設備12、定位設備13和圖像采集設備14獲取反螺旋搜索飛行區(qū)域的經瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息，同時空中機器人通信設備16將該信息反饋到地面控制中心3 ;
[0081]C3、地面控制中心3接受到數據信息通過服務器32的圖像獲取模塊和數據處理模塊對數據進行濾波、平滑處理，并進行存儲；然后通過服務器32的定位模塊根據記錄數據中D相同的點在電子地圖上構成單一的封閉圖形，采用不同顏色表示劑量的大小，從紅色到紫色表示核福射的劑量由大到??；
[0082]C4、如圖7所示，通過封閉圖像的邊界條件關系來判斷放射源污染區(qū)域定位是否準確；其不同的區(qū)域不能擁有共同的邊界，若擁有共同的邊界條件，則增加飛行半徑繼續(xù)收索，直到劑量低的區(qū)域完全包含劑量高的區(qū)域且沒有共同的邊界為止；若滿足此條件，則進入步驟C5 ；
[0083]C5、通過空中機器人控制手柄34遙感空中機器人I到達放射源污染區(qū)域中核輻射劑量最大的區(qū)域(圖7中的灰色區(qū)域)飛行，同時啟動核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設備12、定位設備13和圖像采集設備14獲取該核輻射劑量最大的區(qū)域內的經瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息，同時空中機器人通信設備16將該信息反饋到地面控制中心3 ;空中機器人I找到核輻射劑量最大的區(qū)域中(圖7中的灰色區(qū)域)核輻射劑量最高的點D'm(x'm、y'm、h'm)，即為放射源在空中的位置。
[0084]在步驟S104中，控制陸地機器人進入與放射源在空中的位置相對應的陸地處，獲取通過陸地機器人所采集的所述陸地處周圍的環(huán)境信息，根據所述陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源。
[0085]根據本申請的一個實施例，定位放射源在空中的位置包括以下步驟:
[0086]參見圖6，圖6所示為本申請的精確定位放射源的位置的一個實施例S104的流程圖；具體過程為:
[0087]D1、陸地機器人2通過定向核輻射探測設備212獲取核輻射劑量，通過多次能譜測量確定核素信息；通過潛望式圖像采集設備211獲取核輻射現場的圖像信息；核輻射劑量、能譜和圖像信息通過通信電纜實時傳送到地面控制中心3 ;地面控制中心3的服務器32的圖像獲取模塊、數據處理模塊對數據進行處理，分析與顯示；根據核輻射劑量大小與步驟C5中精確定位的坐標D'm(x'm、y'm、h'm)處的核輻射劑量進行對比，判斷是否進入放射源污染區(qū)域；若是，則進入步驟D2 ;若不是，則繼續(xù)探測與觀測；
[0088]D2、以陸地機器人I上的三維激光掃描設備213的幾何中心為觀測原點O (0、0、0)，建立坐標系，在服務器32的定位模塊里建立坐標系(x、y、z);陸地機器人靜止不動，轉動云臺21，利用潛望式圖像采集設備211采集環(huán)境圖像信息，定向核輻射探測設備212探測核輻射劑量和核素信息，三維激光掃描設備213獲取物體的點云數據；通過陸地機器人通信設備把所有信息傳回到地面控制中心3的服務器32 ;三維激光掃描設備213輸出觀測數據有兩個角度值和一個距離值，而且還有掃描點的反射強度I，該反射強度I用來給反射點匹配顏色，通過計算得出三維激光掃描設備測量的物體的點坐標(Xp、yp、zp);陸地機器人控制手柄33控制云臺21進行360度全圓轉向得到360度轉向后的核輻射劑量、測量的物體的點坐標，從而構成核輻射劑量數據和被測量物體的點云數據；在核輻射劑量數據和點云數據中首先找到核輻射劑量最大值，再根據此值找到該物體S的坐標(Xl、Y1, Z1)，連接原點O和S點構成OS方向，且原點O到S點的距離為L ;陸地機器人控制手柄33控制陸地機器人I移動，并重復測量5次；比較5次測量結果，確定放射源的大致方向；
[0089]D3、根據步驟D2事先確定放射源的大致方向；以陸地機器人2的云臺21為基本點K，OS方向為探測方向，選取前方障礙物少的方向進行探測；陸地機器人2以Y軸為基準向左移動相對于Y軸Θ角度，陸地機器人2的云臺21上設備正前方延長線與步驟D2中確定的S點相交，即KS方向，進行第一次探測并記錄核輻射劑量Dl、三維激光掃描設備213測量的物體的點云數據、S點到Kl點的距離11 ;第二次測量:陸地機器人以Y軸基準向左移動相對于Y軸2 Θ角度，并記錄核輻射劑量D2、三維激光掃描設備213測量的數據、S點到Kl點的距離12 ;從兩次核輻射劑量的測量值D2、D1可求得核輻射劑量差值D3，然后對D3求絕對值得到D4 ;從兩次距離的測量值12、11可求得距離差值13，然后對13求絕對值得到14 ;根據直角三角形三邊的關系，正弦、余弦相關定理，核輻射劑量數據D1、D2、D3，距離11、12、14，轉動角度θ、2Θ，可確定放射源的空間方位坐標；重新選取Θ角度值，重復5次測量，并對結果進行比較，最終確定放射源的空間方位坐標；
[0090] D4、根據核輻射現場的情況判斷陸地機器人是否還需要繼續(xù)探測；若需要，則返回步驟Dl繼續(xù)探測；若不需要，則完成對放射源的精確定位。
【權利要求】
1.三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，包括: 利用空中機器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域；控制空中機器人進入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，重定位放射源污染區(qū)域； 控制空中機器人進入所述重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，定位放射源在空中的位置；以及 控制陸地機器人進入與放射源在空中的位置相對應的陸地處，獲取通過陸地機器人所采集的所述陸地處周圍的環(huán)境信息，根據所述陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源。
2.根據權利要求1所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述利用空中機器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域具體包括: 控制空中機器人根據設定的核輻射區(qū)域自主飛行路線進行自主飛行，同時獲取空中機器人所采集的飛行區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息； 根據所述核輻射劑量信息，采用區(qū)域法初步確定放射源污染區(qū)域。
3.根據權利要求1所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述控制空中機器人進入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，重定位放射源污染區(qū)域具體包括: 獲取初步定位的放射源污染區(qū)域中核輻射劑量信息最小的點所在的區(qū)域，并將該區(qū)域劃分為若干個小區(qū)域，分別控制若干個空中機器人進入所述若干個小區(qū)域中飛行，同時獲取通過若干個空中機器人所采集的每個小區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息；根據所述每個小區(qū)域的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法重定位放射源污染區(qū)域。
4.根據權利要求1所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，控制空中機器人進入所述重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，定位放射源在空中的位置具體包括: 控制空中機器人進入所述重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時獲取通過空中機器人所采集的重定位的放射源污染區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息； 獲取重定位的放射源污染區(qū)域內核輻射劑量信息最高的點，以該點為圓心，采用定點反螺旋搜索方法進行飛行，同時獲取通過空中機器人所采集的反螺旋搜索飛行區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息； 根據所述反螺旋搜索飛行區(qū)域內的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法定位放射源污染區(qū)域，同時根據區(qū)域邊界條件判斷所述放射源污染區(qū)域的邊界是否存在重合； 如果重合，繼續(xù)搜索，直至放射源污染區(qū)域的邊界沒有重合為止； 控制空中機器人進入所述放射源污染區(qū)域中核輻射劑量最大的區(qū)域飛行，獲取所采集的核輻射劑量最大的區(qū)域內的核輻射劑量信息、位置信息和圖像信息； 獲取核輻射劑量最大的區(qū)域內的核輻射劑量信息最大的點，即放射源在空中的位置。
5.根據權利要求4所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述獲取重定位的放射源污染區(qū)域內核輻射劑量信息最高的點，以該點為圓心，采用定點反螺旋搜索方法進行飛行進一步包括: 以重定位的放射源污染區(qū)域內核輻射劑量信息最高的點為圓心，設定首次飛行半徑，然后以每次每圈半徑增加2.5m的遞增速度進行反螺旋自主飛行。
6.根據權利要求4所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述根據所述反螺旋搜索飛行區(qū)域內的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法定位放射源污染區(qū)域，同時根據區(qū)域邊界條件判斷所述放射源污染區(qū)域的邊界是否存在重合進一步包括: 將反螺旋搜索飛行區(qū)域內核輻射劑量信息相同的點在電子地圖上構建成單一的封閉圖形； 比較所述單一封閉圖形處的核輻射劑量信息與初始設定的核輻射劑量信息，確定大于設定的核輻射劑量信息的封閉圖形構成的區(qū)域為放射源污染區(qū)域； 判斷放射源污染區(qū)域是否有共同的邊界； 若存在共同的邊界，增加飛行半徑繼續(xù)搜索，直至一個放射源污染區(qū)域完全包含另一放射源區(qū)域為止。
7.根據權利要求2至6任一所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述區(qū)域法具體包括: 將飛行區(qū)域內核輻射劑量信息相同的點在電子地圖上構建成單一的封閉圖形； 比較所述單一封閉圖形處的核輻射劑量信息與初始設定的核輻射劑量信息，確定大于設定的核輻射劑量信息的封閉圖形構成的區(qū)域為放射源污染區(qū)域。
8.根據權利要求1所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述控制陸地機器人進入與放射源在空中的位置相對應的陸地處，獲取通過陸地機器人所采集的所述陸地處周圍的環(huán)境信息，根據所述陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源進一步包括: 控制陸地機器人進入與放射源在空中的位置相對應的陸地處，獲取通過陸地機器人的潛望式圖像采集設備、定向核輻射探測設備和三維激光掃描設備所采集的陸地處周圍的圖像信息、核輻射劑量信息和物體的點云數據； 比較所采集的陸地處周圍的核輻射劑量信息與放射源在空中位置處的核輻射劑量信息，確定陸地機器人是否進入放射源區(qū)域； 如果進入核輻射區(qū)域，控制定向核輻射探測設備進行360度轉動，同時獲取在轉動過程中所采集的周圍環(huán)境的圖像信息、核輻射劑量信息和物體的點云數據； 獲取在轉動過程中所采集的周圍環(huán)境的核輻射劑量信息中的最大值，根據所述最大值處的點的坐標，確定放射源的大致方向； 以所述放射源的大致方向為基本探測方向，獲取通過陸地機器人進行多次轉動時所采集的核輻射劑量信息及陸地機器人與所述最大值處的點的坐標的距離，根據所述核輻射劑量信息及距離信息，確定放射源的空間方位坐標，精確定位放射源。
9.三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)，其特征是，包括: 用于采集飛行區(qū)域內的環(huán)境信息并進行發(fā)送的空中機器人； 用于采集陸地區(qū)域內的環(huán)境信息并進行發(fā)送的陸地機器人； 用于接收空中機器人及陸地機器人的環(huán)境信息并根據所述環(huán)境信息精確定位放射源的地面控制中心。
10.根據權利要求9所述的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)，其特征是；所述空中機器人包括核輻射探測器、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設備、定位設備、圖像采集設備、空中機器人控制設備和空中機器人通信設備；所述核輻射探測器、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設備、定位設備、圖像采集設備和空中機器人通信設備均與空中機器人控制設備相連接。
11.根據權利要求9所述的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)，其特征是:所述陸地機器人包括設置于云臺上的潛望式圖像采集設備、定向核輻射探測設備及三維激光掃描設備、陸地機器人通信設備、陸地機器人控制設備；所述潛望式圖像采集設備、定向核輻射探測設備、三維激光掃描設備及陸地機器人通信設備均與陸地機器人控制設備相連接。
12.根據權利要求9所述的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)，其特征是:所述地面控制中心包括后臺通信設備、服務器、陸地機器人控制手柄及空中機器人控制手柄；所述陸地機器人控制手柄與服務器相連接，服務器與后臺通信設備相連接。
【文檔編號】G05D1/02GK104460671SQ201410640941
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權日:2014年11月12日
【發(fā)明者】張華 , 霍建文, 張靜, 王姮, 王坤朋, 劉滿祿, 劉鳳超, 李培培 申請人:西南科技大學