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专利号: 2021112027838
申请人: 贵州师范学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于无人机和北斗定位的洪水灾情检测系统,其特征在于,其包括地面控制终端、无人机、北斗定位设备、超声波测距设备、数据存储设备和数据处理设备;

所述地面控制终端与所述无人机无线连接,以此控制所述无人机的飞行状态;

所述北斗定位设备用于确定所述无人机在目标区域上空飞行过程中悬浮停靠在任意地点的RTK坐标数据;

所述超声波测距设备设置在所述无人机上,其用于在所述无人机悬浮停靠在任意地点时,向对应地点的地面或者水面发射与接收超声波,从而确定所述目标区域在洪灾发生前后无人机与地面或者水面之间的高度数据;

所述数据存储设备分别与所述北斗定位设备和所述超声波测距设备连接,以用于存储所述RTK坐标数据和所述高度数据;

所述数据处理设备与所述数据存储设备连接,其用于对所述RTK坐标数据和所述高度数据进行处理,从而确定所述目标区域的任意地点在洪灾发生前后水位高度变化对照数据。

2.如权利要求1所述的基于无人机和北斗定位的洪水灾情检测系统,其特征在于:所述地面控制终端包括触摸控制面板和蜂窝网络路由;

所述无人机包括有蜂窝网络信号接收器和飞行控制器;

所述触摸控制面板与所述蜂窝网络路由连接,其用于通过所述蜂窝网络路由向所述无人机发送飞行控制指令信号;其中,所述飞行控制指令信号包括飞行路径控制指令、飞行高度控制指令和飞行速度控制指令中的至少一者;

所述蜂窝网络信号接收器用于接收所述飞行控制指令信号,以使所述飞行控制器根据所述飞行控制指令信号调整所述无人机在目标区域上空的飞行路径、飞行高度和飞行速度中的至少一者。

3.如权利要求2所述的基于无人机和北斗定位的洪水灾情检测系统,其特征在于:所述无人机还包括蜂窝网络信号强度识别器;

所述蜂窝网络信号强度识别器用于检测所述飞行控制指令信号的信号强度,以及将所述信号强度与预设信号强度阈值进行比对;

所述飞行控制器用于根据所述比对结果,变更所述无人机的飞行状态:当所述信号强度大于或者等于预设信号强度阈值,则指示所述无人机继续沿当前飞行路径飞行;

当所述信号强度小于预设信号强度阈值,则指示所述无人机停止飞行。

4.如权利要求1所述的基于无人机和北斗定位的洪水灾情检测系统,其特征在于:所述北斗定位设备包括定位参照基站和定位移动基站;

所述定位参照基站设置在所述地面控制终端上,所述定位移动基站设置在所述无人机上;

所述定位参照基站和所述定位移动基站均与北斗卫星连接,从而分别获得所述地面控制终端和所述无人机各自的实时北斗卫星定位数据。

5.如权利要求4所述的基于无人机和北斗定位的洪水灾情检测系统,其特征在于:所述北斗定位设备还包括定位数据处理器;

所述定位数据处理器分别与所述定位参照基站和所述定位移动基站连接;

所述定位数据处理器用于分析所述地面控制终端和所述无人机各自的实时北斗卫星定位数据,从而确定所述无人机在目标区域上空飞行过程中悬浮停靠在任意地点的RTK坐标数据。

6.如权利要求1所述的基于无人机和北斗定位的洪水灾情检测系统,其特征在于:所述超声波测距设备包括超声波发射器、超声波接收器和计时器;

所述超声波发射器用于在洪灾发生前后所述无人机悬浮停靠在任意地点时,向对应地点的地面或者水面发射超声波;

所述超声波接收器用于在洪灾发生前后所述无人机悬浮停靠在任意地点时,接收对应地点的地面或者水面反射的超声波;

所述计时器用于记录所述超声波发射器发射超声波的第一时刻,以及记录所述超声波接收器接收超声波的第二时刻。

7.如权利要求6所述的基于无人机和北斗定位的洪水灾情检测系统,其特征在于:所述超声波测距设备还包括距离计算器;

所述距离计算器用于根据所述第二时刻与所述第一时刻之间的时间差,确定所述目标区域的任意地点在洪灾发生前后无人机与地面或者水面之间的高度数据。

8.如权利要求1所述的基于无人机和北斗定位的洪水灾情检测系统,其特征在于:所述数据存储设备包括数据存储器和数据交互传输器;

所述数据获取传输器分别与所述北斗定位设备和所述超声波测距设备无线连接;

所述数据交互传输器周期性地分别向所述北斗定位设备和所述超声波测距设备发送数据获取指令;

所述北斗定位设备和所述超声波测距设备用于响应所述数据获取指令,周期性地向所述数据交互传输器上传所述RTK坐标数据和所述高度数据;

所述数据交互传输器还将所述RTK坐标数据和所述高度数据存储至所述数据存储器。

9.如权利要求1所述的基于无人机和北斗定位的洪水灾情检测系统,其特征在于:所述数据处理设备包括水位高度计算标定单元和水位高度变化计算单元;

所述水位高度计算标定单元用于根据所述RTK坐标数据和洪灾发生后无人机与地面或者水面之间的高度数据,生成目标区域任意地点位置处洪灾发生后的水位高度对照数据表;

所述水位高度变化计算单元用于根据所述RTK坐标数据和洪灾发生前后无人机与地面或者水面之间的高度数据,生成目标区域任意地点位置处洪灾发生前后的水位高度变化对照数据表;

所述数据处理设备还包括云端服务器;

所述云端服务器用于将所述水位高度对照数据表和所述水位高度变化对照数据表上传至云端数据终端上,以此实现数据表共享。

10.如权利要求9所述的基于无人机和北斗定位的洪水灾情检测系统,其特征在于:当所述无人机在目标区域上空飞行过程中,利用无人机的摄像头设备中的红外摄像传感器进行人体特征识别,以此确定目标区域是否存在受困人员;若确定存在受困人员,则指示所述无人机在受困人员上方进行悬浮停靠,通过北斗定位设备将所述无人机当前悬浮停靠对应的RTK坐标数据上传至云端数据终端以及触发报警信号;若确定受困人员随着洪水进行移动,则指示所述无人机实时调整飞行状态并跟踪受困人员和将受困人员对应的RTK坐标数据上传至云端数据终端,其中当目标区域存在多个受困人员,则优先跟踪与无人机距离最近的受困人员,其具体包括:步骤S1,指示无人机首先飞行至目标区域的上方,并上升到摄像头设备能够对目标区域的整个范围进行完全覆盖拍摄的高度,再利用摄像头设备中的红外摄像传感器对目标区域进行拍摄,以此得到目标区域对应的红外影像,接着通过对所述红外影像进行人体特征识别以及利用红色矩形框对识别得到的人体进行框选,所述红色矩形框的中心点所在的像素点位置即为受困人员在红外影像上的像素坐标点,利用下面公式(1),根据所述红外影像上的像素坐标点,确定距离所述无人机最近的受困人员,

在上述公式(1)中,Smin表示无人机在红外影像中的中心点位置与距离所述无人机的中心点最近的受困人员在红外影像中的影像距离;(ia,ja)表示第a个受困人员的像素坐标点,即第a个受困人员的中心点在红外影像中第ia行第ja列;K表示在红外影像上识别到的受困人员的总数;n表示红外影像中每一列像素包含的像素数量;m表示红外影像中每一行像素包含的像素数量;

根据无人机在红外影像中的中心点位置与距离所述无人机的中心点最近的受困人员在红外影像中的影像距离,即可确定在实际环境空间中与无人机距离最近的受困人员,其对应的像素坐标点即为距离无人机最近的受困人员的像素坐标点,并将其记做(ia,min,ja,min);

当确定距离无人机最近的受困人员后,指示无人机进行移动,以使无人机根据距离无人机最近的受困人员时刻跟随在对应的受困人员上方;

步骤S2,利用下面公式(2),根据距离无人机最近的受困人员的像素坐标点,确定无人机的移动方向,

在上述公式(2)中,θ(t)表示无人机当前时刻需要移动的方向,若θ(t)>0,则无人机当前时刻需要顺时针转动|θ(t)|角度后进行向前运动直至移动到θ(t)=0,若θ(t)<0,则无人机当前时刻需要逆时针转动|θ(t)|角度后进行向前运动直至移动到θ(t)=0,若θ(t)=0,则无人机当前时刻需要停止移动并悬浮停靠在当前位置;t表示当前时刻;(ia,min(t),ja,min(t))表示当前时刻距离无人机最近的受困人员的像素坐标点;||表示取绝对值运算;

步骤S3,当无人机时刻跟踪在受困人员上方时,利用下面公式(3),根据距离无人机最近的受困人员对应被框选的红色矩形框的大小控制无人机的飞行高度,以使无人机的摄像头设备拍摄的图像大小是距离无人机最近的受困人员对应被框选的红色矩形框大小的两倍,从而对距离无人机最近的受困人员进行跟踪观察,在上述公式(3)中,ΔH(t)表示当前时刻指示无人机需要变更的高度值,若ΔH(t)<0,则指示无人机需要上升|ΔH(t)|的高度值,若ΔH(t)>0,则指示无人机需要下降|ΔH(t)|的高度值;H(t)表示当前时刻无人机所处的高度值;pa,min(t)表示当前时刻距离无人机最近的受困人员对应被框选的红色矩形框横向方向上包含的像素点的个数;qa,min(t)表示当前时刻距离无人机最近的受困人员对应被框选的红色矩形框纵向方向上包含的像素点的个数。