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专利号: 2020110662526
申请人: 浙江安防职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 飞行器;航空;宇宙航行
更新日期:2024-06-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于无人机技术的测绘扫描设备,其特征在于,包括:扫描采集单元、数据滤波修正单元、数字地图构建单元和管理终端;

所述扫描采集单元用于数据采集传输和无人机导航控制,所述扫描采集单元包括测绘数据采集模块、无人机控制板和第一实时通信模块,所述测绘数据采集模块用于对实际地形的具体数据进行测绘,所述测绘数据采集模块包括机载测绘系统,所述测绘系统设置在无人机上,所述无人机控制板用于控制无人机的飞行距离、速度和角度,所述第一实时通信模块与所述测绘系统和所述无人机控制板相连接用于与所述管理终端通信;

所述数据滤波修正单元用于对采集数据进行预处理和筛选修正,所述数据滤波修正单元包括数据预处理模块和误差校正模块,所述数据预处理模块用于对采集数据进行滤波预处理,所述误差校正模块用于根据误差校验模型对系统误差进行校正保证点云数据精度,所述系统误差包括量测误差和集成误差,所述数据滤波修正单元与所述数字地图构建单元相连;

所述数字地图构建单元用于进行实时数据处理和成图构建,所述数字地图构建单元包括点云处理模块、三维重构模块和数据分析模块,所述三维重构模块根据三维点云数据生成高精度数字高程图,所述数据分析模块用于根据生成的高程图与环境数据分析测绘地形特点特征并记录,所述数字地图构建单元与所述管理终端相连;

所述管理终端用于将上行控制指令发送给所述扫描采集单元并接收所述扫描采集单元反馈的下行检测数据,所述管理终端包括智能显示模块、数据库存储模块、数据分类管理模块、无人机操控模块和第二实时通信模块,所述数据库存储模块用于存储分析数据和历史采集数据,所述数据分类管理模块用于对不同测绘地点的地形数据进行分类管理,所述无人机操控模块与所述第二实时通信模块相连接对无人机进行无线控制;

还包括供电管理单元,所述供电管理单元包括供电模块和电量计算模块;

所述供电模块包括机载供电模块和地面供电模块,所述电量计算模块与所述机载供电模块电连接,所述电量计算模块采用基于神经网络的剩余电量计算方法计算所述机载供电模块的剩余电量;

所述无人机控制板包括高动态的惯性测量单元IMU、GNSS全球导航定位模块和飞行舵机控制器,所述测绘系统包括激光扫描仪和数字航空摄影仪,所述高动态的惯性测量单元IMU、所述GNSS全球导航定位模块和所述激光扫描仪均与所述飞行舵机控制器相连,所述GNSS全球导航定位模块采用差分定位方式确定空间位置信息;

所述三维重构模块接收所述点云处理模块发送的顶点坐标数据形成模型视图矩阵,再由此得到投影矩阵,裁剪坐标进行视口变换,并规范设备坐标通过透视除法得到窗口坐标实现建模成像;

所述点云处理模块生成点云数据,所述误差校正模块采用基于特征点的安置角误差校正模型,将系统的所有误差集中为多个安置角误差;设置特征地物点并采用在规则格网中插值的方式对特征点进行提取和匹配,获取同名点对;用最小二乘拟合解算出安置角误差,所述安置角误差包括所述高动态的惯性测量单元IMU安装角度误差。

2.如权利要求1所述的基于无人机技术的测绘扫描设备,其特征在于,所述点云数据生成过程包括:根据扫描仪测量的激光发射点到激光测量点间的距离和两个扫描角得到测量激光点的坐标(X,Y,Z);根据激光扫描参考坐标系的x轴垂直于所述扫描仪的零度扫描线面并指向无人机前进方向,z轴是指向扫描角全部为零时的激光束方向得到激光扫描参考坐标系Xb,Yb,Zb;根据所述高动态的惯性测量单元IMU检测到的无人机当前姿态信息和第一位置偏移量将激光扫描参考坐标系转换为机体坐标系Xn,Yn,Zn;将所述机体坐标系转换为瞬时当地水平坐标系Xq,Yq,Zq并根据所述GNSS全球导航定位模块的位置数据和第二位置偏移量得到当地水平坐标系X′q,Y′q,Z′q,所述第一位置偏移量为所述激光扫描参考坐标系与所述机体坐标系中心偏移量,所述第二位置偏移量为定位天线相位中心和所述机体坐标系的参考中心的偏移量。

3.如权利要求2所述的基于无人机技术的测绘扫描设备,其特征在于,所述无人机操控模块根据公式t=s/v计算所述数字航空摄影仪两张照片的拍摄间隔时间,其中,s=d‑n,n=o*d,s为拍摄间隔距离,d为照片在飞行方向覆盖的地面距离,n为两张照片重叠部分长度,o为设定的前向重叠度。

4.如权利要求3所述的基于无人机技术的测绘扫描设备,其特征在于,所述无人机控制板、所述机载供电模块和所述电量计算模块均集成在一个方形塑料壳(4)内通过减震装置与无人机机体相连。

5.如权利要求4所述的基于无人机技术的测绘扫描设备,其特征在于,所述减震装置包括减震壳体(1)、盖子(11)和减震部,所述盖子(11)扣设在所述减震壳体(1)的上端,且所述减震壳体(1)与所述盖子(11)之间形成有一空腔,所述减震部容纳在所述空腔内,且所述减震部分别置于所述方形塑料壳(4)的上、下两端,所述减震部包括上端设置的第一减震部和下端设置的第二减震部,所述第一减震部包括一对减震弹簧(2)、一对基座(21)和抵压板(22),一对基座(21)对称设置所述盖子(11)的底面上,所述抵压板(22)与所述方形塑料壳(4)固定连接,一对减震弹簧(2)的上端均套设在对应的基座(21)上,一对减震弹簧(2)的下端均固定连接在所述抵压板(22)上,所述第二减震部包括一对减震器(3)、一对调节块(31)、减震平台(32)和一对连杆减震机构,一对减震器(3)对称设置在所述减震壳体(1)的内底壁上,一对调节块(31)均通过所述连杆减震机构活动设置在对应的减震器(3)内,且所述调节块(31)通过一对滑轮(311)与所述减震器(3)的内侧壁滑动配合,所述减震平台(32)固定在一对调节块(31)的上端,且所述减震平台(32)上等距间隔设有若干减震橡胶粒(321),若干减震橡胶粒(321)均抵压在所述方形塑料壳(4)的底面上,其中,所述连杆减震机构包括安装座(33)、一对连杆(331)、支撑座(34)和减震垫圈(35),所述安装座(33)固定在所述调节块(31)的底部,所述减震垫圈(35)固定在所述减震器(3)的内底壁上,所述支撑座(34)置于所述减震垫圈(35)的上端,且所述支撑座(34)内对称开设有一对滑槽(341),一对连杆(331)的上端均枢接在所述安装座(33)上,一对连杆(331)的下端均枢接在对应的滑槽(341)内的滑块(332)上,所述滑块(332)与所述滑槽(341)滑动配合,所述方形塑料壳(4)上外接有一出线管(5),所述出线管(5)设置在所述方形塑料壳(4)上用于导出连接线。