一种基于无人机的摄影测量装置及测绘方法与流程

1.本发明属于无人机摄影设备技术领域，具体的说是一种基于无人机的摄影测量装置及测绘方法。


背景技术：

2.近年来，随着无人机技术的高速发展，为实现大型户外文物数字化提供了技术支持，通过于无人机上搭载摄影装置，进行摄影测量的技术不断的完善，其中武汉大学遥感信息工程学院张祖勋院士提出的贴近摄影测量作为区别于垂直航空摄影测量、倾斜摄影测量的第三种摄影测量方式，已经被广泛应用于文物的摄影测量中，但是由于贴近摄影测量过程中，无人机距离拍摄面的距离较近，一般为增强摄影的高清画面，无人机距离拍摄面距离甚至能达到5-8m的距离，而无人机与拍摄面的距离的缩进对于操纵无人机飞行的难度提出了更高的要求，且在飞行拍摄过程中，也很容易因为碰撞、信号中断等问题，导致无人机坠落的现象产生，在相关技术中，通过于无人机的底部安装缓冲装置，如弹力杆等，对坠落的无人机进行缓冲，进而避免无人机在掉落时损伤，但是由于在无人机的飞行过程中，当无人机的飞行高度较高时，很容易导致无人机在坠落的过程中，经重力加速后，形成较大的冲击，进而导致超出缓冲机构的限度，进而导致无人机坠毁严重的问题，公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
3.鉴于此，本发明提出了一种基于无人机的摄影测量装置及测绘方法，用于解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.为了弥补现有技术的不足，解决上述问题，本发明提出的一种基于无人机的摄影测量装置及测绘方法。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明通过设置强制减速组件以及多级防护组件，在无人机以及搭载的摄影组件向下坠落时，当其下落速度达到一定的程度后，强制减速组件启动，进而使强制组件利用空气阻力，对无人机、摄影组件进行强制减速，减缓无人机以及摄影组件的坠落速度，同时当其在下落至接近地面时，通过多级防护组件的设置，分别对无人机、摄影组件进行多级缓冲保护，进而降低冲击力对无人机、摄影组件的损坏程度，降低无人机坠落后的损失，进而解决上述技术问题；本发明所述的一种基于无人机的摄影测量装置，包括无人机，所述无人机为多旋翼无人机，所述无人机内部装载有无人机系统，用于操纵无人机；摄影组件，所述摄影组件转动安装于无人机下方，所述摄影组件为多个摄像头组装而成；
还包括强制减速组件，所述强制减速组件用于强制减缓无人机的下降速度；多级防护组件，所述多级防护组件安装于无人机上，用于对无人机、摄影组件进行防护。
6.优选的，所述强制减速组件包括风阻板，所述无人机顶部开设有安装槽，所述安装槽内安装有风阻板；连接带，所述安装槽侧壁开设有均匀分布的连接槽，所述连接槽远离安装槽一侧固定安装有连接带，所述连接带延伸至安装槽内，且连接带位于安装槽内一端与风阻板固定连接。
7.优选的，所述风阻板由收纳板、延伸板和延伸膜组合而成，所述收纳板外圈开设有收纳槽，所述延伸板均为不完整环形板制成，所述收纳槽内固定安装有延伸膜，所述延伸膜远离收纳槽一端与延伸板均固定连接，初始状态下所述延伸膜与延伸板均位于收纳槽内。
8.优选的，所述收纳板上端通过轴承转动安装有旋转柱，所述旋转柱上固定安装有均匀分布的弹力线，所述弹力线远离旋转柱一侧均与延伸膜固定连接。
9.优选的，所述弹力线延伸入延伸膜内部，且弹力线与延伸膜仅远离旋转柱一端固定连接。
10.优选的，所述多级防护组件包括支腿，所述无人机下方转动安装有对称设计的支腿，所述支腿与无人机之间通过扭簧弹性连接，初始状态下所述支腿呈倾斜安装状态；缓冲板，所述缓冲板由固定端与伸缩端通过弹簧弹性套接而成，所述缓冲板固定安装于无人机下方，所述缓冲板对称安装于摄影组件的两侧，初始状态下所述缓冲板呈收缩状态；传动绳，所述支腿远离无人机一侧固定安装有传动绳，所述传动绳延伸至缓冲板内部，用于驱使缓冲板伸展。
11.优选的，所述支腿为四边形框架结构，所述支腿内侧开设有滑动槽，所述滑动槽内滑动安装有滑动杆，所述滑动槽位于滑动杆下方固定安装有伸展膜，所述伸展膜为弹性膜材料制成。
12.优选的，所述支腿转动连接于无人机上的一端，延伸至无人机内腔中，所述支腿位于无人机内腔中一端固定安装有传动轮，所述传动轮上固定安装有钩杆，所述旋转柱底部固定安装有卡杆，所述卡杆上开设有钩槽，初始状态下所述钩杆与钩槽相连接。
13.优选的，所述缓冲板底部固定安装有重力块。
14.一种基于无人机的摄影测量装置的测绘方法，所述基于无人机的摄影测量装置的测绘方法包括以下步骤：s1：检查各构件的完整性，手动旋转旋转柱，旋转柱转动拉扯弹力线，进而拉扯与弹力线固定连接的延伸膜向收纳槽内折叠、收纳，直至延伸板进入收纳槽内，将收纳板压入安装槽内；s2：通过操纵无人机系统，控制无人机搭配航线规划系统进行飞行，飞行摄影测量完成后将数据搭配pc工作站，生成dsm地表模型数据、dom正射影像及实景三维粗模；s3：搭配航线规划系统生成精细化航线，并采取贴近摄影测量的方式，距拍摄面保
持等间距5m的距离进行精细化拍摄，拍摄完成后，将数据进行上传后，搭配三维建模软件，将摄影测量数据进行处理后，即完成测绘。
15.本发明的有益效果如下：1.本发明所述的一种基于无人机的摄影测量装置及测绘方法，通过设置强制减速组件以及多级防护组件，在无人机以及搭载的摄影组件向下坠落时，当其下落速度达到一定的程度后，强制减速组件启动，进而使强制组件利用空气阻力，对无人机、摄影组件进行强制减速，减缓无人机以及摄影组件的坠落速度。
16.2.本发明所述的一种基于无人机的摄影测量装置及测绘方法，通过多级防护组件的设置，分别对无人机、摄影组件进行多级缓冲保护，进而降低冲击力对无人机、摄影组件的损坏程度，降低无人机坠落后的损失。
附图说明
17.下面结合附图对本发明作进一步说明。
18.图1是基于无人机的摄影测量装置的正常状态的立体图；图2是基于无人机的摄影测量装置的坠落状态的立体图；图3是基于无人机的摄影测量装置的剖视图；图4是图3中a处局部放大图；图5是支腿的立体图；图6是基于无人机的摄影测量装置的测绘方法的方法流程图；图中：1、无人机；11、摄影组件；2、风阻板；21、安装槽；22、连接带；23、连接槽；24、收纳板；25、延伸板；26、延伸膜；27、收纳槽；3、旋转柱；31、弹力线；4、支腿；41、扭簧；42、缓冲板；43、传动绳；5、滑动槽；51、滑动杆；52、伸展膜；53、传动轮；54、钩杆；55、卡杆；56、钩槽；57、重力块。
具体实施方式
19.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
20.如图1至图6所示，本发明所述的一种基于无人机的摄影测量装置，包括无人机1，所述无人机1为多旋翼无人机1，所述无人机1内部装载有无人机1系统，用于操纵无人机1；摄影组件11，所述摄影组件11转动安装于无人机1下方，所述摄影组件11为多个摄像头组装而成；还包括强制减速组件，所述强制减速组件用于强制减缓无人机1的下降速度；多级防护组件，所述多级防护组件安装于无人机1上，用于对无人机1、摄影组件11进行防护；本实施例中，通过无人机1作为搭载平台，将摄影组件11安装于无人机1上，利用无人机1的机动性，携带摄影组件11对地貌、景观等进行摄影测量，在整个测量过程中，无人机1的飞行、运动、降落均依靠无人机1系统进行操控，无人机1系统为由相关的控制站、所需的
指令与控制数据链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统，也称远程驾驶航空器系统，而在飞行过程中，摄影组件11用于拍摄、摄影，摄影组件11可以优选为摄像机、摄像头、单反等，当无人机1在飞行过程中，因为遭遇碰撞、电量不足、信号断开、故障等状况向下掉落时，由于无人机1飞行的高度较高，当其从高空进行坠落时，在重力加速度的加速作用下，会致使无人机1掉落在地面时的速度较快，进而导致无人机1以及搭载的摄影组件11损坏，严重时，甚至会导致用于摄影组件中储存拍摄资料的硬件损坏，进而导致整个拍摄过程完全无做工，本实施例中，通过设置强制减速组件以及多级防护组件，在无人机1以及搭载的摄影组件11向下坠落时，当其下落速度达到一定的程度后，强制减速组件启动，进而使强制组件利用空气阻力，对无人机1、摄影组件11进行强制减速，减缓无人机1以及摄影组件11的坠落速度，同时当其在下落至接近地面时，通过多级防护组件的设置，分别对无人机1、摄影组件11进行多级缓冲保护，进而降低冲击力对无人机1、摄影组件11的损坏程度，降低无人机1坠落后的损失。
21.作为本发明的一个实施例，所述强制减速组件包括风阻板2，所述无人机1顶部开设有安装槽21，所述安装槽21内安装有风阻板2；连接带22，所述安装槽21侧壁开设有均匀分布的连接槽23，所述连接槽23远离安装槽21一侧固定安装有连接带22，所述连接带22延伸至安装槽21内，且连接带22位于安装槽21内一端与风阻板2固定连接；本实施例中，当无人机1在坠落的过程中，此时无人机1上安装的强制减速组件处于失重状态，且由于强制减速组件安装于无人机1的顶部，因此随着无人机1的不断坠落，风阻板2与无人机1上开设的安装槽21逐渐脱离，当风阻板2与安装槽21完全脱离后，风阻板2在空气阻力作用下具备远离无人机1的趋势，但是由于风阻板2与无人机1之间通过连接带22连接，在连接带22的拉扯作用下，风阻板2与无人机1之间弹性连接，此时在风阻板2的作用下，增大设备整体与空气的接触面积，有效的增大无人机1坠落时的阻力，且随着无人机1坠落速度逐渐增大，由于物体坠落时的空气阻力与其速度的平方成正比，设备整体受到的空气阻力增大，且由于物体在空中坠落的过程中，受到重力以及阻力的合力作用，因此当无人机1在重力加速度的作用下达到一定的速度后，其受到的空气的阻力与其重力相同后，此时物体处于匀速下降过程，在本实施例中，通过设置风阻板2，在无人机1以及搭载的摄影组件11的坠落的过程中，利用风阻板2增大设备整体与空气的接触面积，因此在设备整体向下掉落的过程中，利用风阻板2增大设备整体的空气阻力，进而致使无人机1下落的速度受到限制，进而有效的降低无人机1在掉落在地面时的冲击力，降低无人机1坠落后的受损程度，进而有效的增强无人机1以及搭载的摄影组件11的安全性。
22.作为本发明的一个实施例，所述风阻板2由收纳板24、延伸板25和延伸膜26组合而成，所述收纳板24外圈开设有收纳槽27，所述延伸板25均为不完整环形板制成，所述收纳槽27内固定安装有延伸膜26，所述延伸膜26远离收纳槽27一端与延伸板25均固定连接，初始状态下所述延伸膜26与延伸板25均位于收纳槽27内；本实施例中，风阻板2由收纳板24、延伸板25和延伸膜26组合而成，在无人机1以及强制减速组件安装的过程中，将延伸板25以及延伸膜26均安装于收纳板24上开设的收纳槽27内部，并将延伸板25与连接带22进行固定连接，因此在无人机1向下坠落的过程中，风阻
板2整体处于失重状态后，风阻板2具备远离无人机1的运动趋势，且在此趋势下，风阻板2与无人机1上的安装槽21脱离，而后在空气阻力的作用下，风阻板2与无人机1之间的距离逐渐增大，由于延伸板25与无人机1之间通过连接带22弹性固定连接，因此在连接带22的拉力以及空气阻力的作用下，延伸板25逐渐脱离收纳槽27，并在延伸板25脱离收纳槽27的过程中，与延伸板25之间固定连接的延伸膜26展开，最终当延伸膜26完全展开后，由延伸板25、延伸膜26、收纳板24共同组成的风阻板2的整体体积增大，风阻板2与空气的迎风面积增大，进而使风阻板2在相同的下落速度下受到的空气阻力增大，进而通过连接带22的连接，将阻力作用于无人机1以及无人机1上搭载的摄影组件11，降低其下落的速度，本实施例通过使风阻板2具备折叠、收纳、展开的功能，在安装过程中，风阻板2具备收纳、折叠功能，可以有效的减小风阻板2的体积、表面积，进而降低风阻板2在无人机1上的安装难度，同时也能降低风阻板2对无人机1飞行的负面影响，而风阻板2具备展开的功能，则能够在无人机1坠落的过程中，增大其受到的空气阻力，进而减缓无人机1坠落的速度，最终使无人机1在坠落至地面上后，其冲击力受到削弱，进而降低无人机1以及搭载的摄影组件11在坠落后的损伤程度，增强无人机1以及搭载的摄影组件11的使用安全性。
23.作为本发明的一个实施例，所述收纳板24上端通过轴承转动安装有旋转柱3，所述旋转柱3上固定安装有均匀分布的弹力线31，所述弹力线31远离旋转柱3一侧均与延伸膜26固定连接；在本实施例中，在无人机1起飞前的安装过程中以及在无人机1坠落后的整理过程中，通过设置安装柱以及弹力线31，由于旋转柱3通过轴承转动安装于收纳板24上，因此手动转动旋转柱3，使旋转柱3与收纳板24之间产生相对转动，在旋转柱3转动的过程中，旋转柱3将弹力线31进行拉扯、缠绕，进而在弹力线31逐渐收拢的过程中，弹力线31拉扯延伸膜26向收纳槽27方向运动，并逐渐进入收纳槽27内，并最终使与延伸膜26之间固定连接的延伸板25移动至收纳槽27内，完成风阻板2的组装过程，在实际使用过程中，通过旋转柱3进行旋转将延伸膜26与延伸板25进行收纳的设计，可以有效的增强风阻板2的收纳组装的便捷程度，同时在无人机1坠落的过程中，安装于延伸膜26上的弹力线31，能够对延伸膜26形成增强作用，进而有效的增强延伸膜26的强度，避免延伸膜26在与空气相互作用时破裂，进而导致强制减速组件无法发挥相应的作用，进而导致无法延缓无人机1坠落的速度，致使无人机1坠毁严重。
24.作为本发明的一个实施例，所述弹力线31延伸入延伸膜26内部，且弹力线31与延伸膜26仅远离旋转柱3一端固定连接；本实施例中，通过将弹力线31延伸于延伸膜26内部，且弹力线31与延伸膜26仅远离旋转柱3一端固定连接，在实际使用过程中，利用旋转柱3进行转动收拢弹力线31时，由于弹力线31延伸入延伸膜26内部，且弹力线31与延伸膜26仅远离旋转柱3一端固定连接，因此当弹力线31逐渐缠绕于旋转柱3上时，延伸膜26远离旋转柱3一端首先受到拉动，在延伸膜26边缘向收纳槽27方向靠拢的过程中，弹力线31逐渐脱离延伸膜26，并缠绕于旋转柱3上，进而导致位于延伸膜26内的弹力线31逐渐缩短，而由于延伸膜26两端受限，进而导致延伸膜26在弹力线31上进行压缩、折叠，在弹力线31的导向作用下，延伸膜26折叠较为均匀，能够有效的便于折叠后的延伸膜26向收纳槽27内进行运动，并最终完全收纳与收纳槽27内。
25.作为本发明的一个实施例，所述多级防护组件包括
支腿4，所述无人机1下方转动安装有对称设计的支腿4，所述支腿4与无人机1之间通过扭簧41弹性连接，初始状态下所述支腿4呈倾斜安装状态；缓冲板42，所述缓冲板42由固定端与伸缩端通过弹簧弹性套接而成，所述缓冲板42固定安装于无人机1下方，所述缓冲板42对称安装于摄影组件11的两侧，初始状态下所述缓冲板42呈收缩状态；传动绳43，所述支腿4远离无人机1一侧固定安装有传动绳43，所述传动绳43延伸至缓冲板42内部，用于驱使缓冲板42伸展；本实施例中，当无人机1在强制减速组件的作用下，掉落在地面上时，多级防护组件中的支腿4首先与地面接触，在支腿4与地面接触的过程中，无人机1下落时形成的冲击力致使无人机1仍旧向地面方向运动，此时位于无人机1与地面之间的支腿4受到压力作用，因此支腿4在压力的作用下压缩扭簧41，并相较于无人机1倾斜角度增大，在支腿4倾斜角度增大的过程中，支腿4上固定安装的传动绳43受到拉扯，进而使传动绳43拉动缓冲板42伸缩端向地面方向运动，直至缓冲板42伸缩端与地面接触，此时在传动绳43的作用下，缓冲板42伸缩端同时受向下与向上的两个作用力作用，且作用力均源于无人机1下降时的冲击力，因此此时的缓冲板42伸缩端对无人机1形成强制停止作用，但是由于缓冲板42的伸出端与固定端之间通过弹簧弹性连接、传动绳43为弹性尼龙材料制成，因此在传动绳43伸长以及弹簧压缩的缓冲作用下，可以有效的对冲击力形成消耗，进而降低冲击力对无人机1以及无人机1上搭载的摄影组件11的损伤，本实施例中通过传动绳43与弹簧双重缓冲、阻尼效果，有效的对无人机1降落时的缓冲力进行减缓，在无人机1向下掉落的过程中，能够降低冲击力对无人机1形成的损伤，进而对无人机1以及无人机1上搭载的摄影组件11形成保护作用，而支腿4与缓冲板42的设定，还能够在无人机1正常降落以及运输过程中，对无人机1形成支撑作用，当无人机1在运输过程中发生抖动时，弹簧以及传动绳43的阻尼作用可以有效的起到减震作用，增强无人机1以及无人机1上搭载的摄影组件11的安全性。
26.作为本发明的一个实施例，所述支腿4为四边形框架结构，所述支腿4内侧开设有滑动槽5，所述滑动槽5内滑动安装有滑动杆51，所述滑动槽5位于滑动杆51下方固定安装有伸展膜52，所述伸展膜52为弹性膜材料制成；在本实施例中，当无人机1在向下坠落的过程中，支腿4上的滑动杆51处于失重状态，进而导致滑动杆51在滑动槽5内进行滑动，且滑动方向为远离无人机1运动的方向，因此当无人机1坠落时，滑动杆51滑动时拉扯伸展膜52打开，打开后的伸展膜52受到空气阻力的作用，进而有效的对无人机1的坠落速度形成减缓，降低无人机1坠落时的冲击力，同时在无人机1着陆的过程中，展开的伸展膜52以及支腿4其表面积较大，当地面上具备凸出的物体时，伸展膜52搭配支腿4能够为无人机1机身形成遮挡，降低无人机1机身受损程度，进而增强对无人机1的防护作用，同时在空中坠落的过程中，伸展膜52的设置，致使支腿4受到的空气阻力增大，在延缓无人机1降落速度的过程中，转动的支腿4致使缓冲板42伸展，伸展的缓冲板42对摄影组件11形成包围，进而在降落的过程中，降低摄影组件11受到的损伤。
27.作为本发明的一个实施例，所述支腿4转动连接于无人机1上的一端，延伸至无人机1内腔中，所述支腿4位于无人机1内腔中一端固定安装有传动轮53，所述传动轮53上固定安装有钩杆54，所述旋转柱3底部固定安装有卡杆55，所述卡杆55上开设有钩槽56，初始状
态下所述钩杆54与钩槽56相连接；本实施例中，由于无人机1正常下落时，同样具备空气阻力，在无人机1下落的过程中，支腿4以及其上安装的伸展膜52首先受到空气阻力的作用，随着无人机1下降的速度逐渐增大，在支腿4逐渐旋转的过程中，支腿4位于无人机1内腔中一端上固定连接的传动轮53上的钩杆54进行转动，进而使转动后的钩杆54与卡杆55上的钩槽56脱离，当钩杆54与钩槽56脱离后，初始状态下受到钩杆54限制的卡杆55失去限制，进而使风阻板2失去限制，在空气阻力以及失重状态的影响下，风阻板2向远离无人机1的方向运动，完成风阻板2的展开，实现对无人机1下落速度的缓冲作用，具体的，在实际应用时，由于支腿4底部固定安装有传动绳43，当无人机1落在地面上，在传动绳43的作用下，支腿4底部仅能旋转至与缓冲板42底部平行，此时支腿4旋转的角度不足以使钩杆54与钩槽56脱离，而在空中下落的过程中，缓冲板42伸出端不受阻碍，因此支腿4在空气阻力的作用下，可以向无人机1机身方向运动，此时的支腿4的旋转角度能够促使钩杆54与钩槽56分离，同时决定支腿4旋转角度的力分别为扭簧41的扭转力、传动绳43的拉力以及空气的阻力，其中扭簧41的扭转力以及传动绳43的拉力均在安装时可以根据其型号进行选择，而根据空气阻力的计算公式（空气阻力的公式:f=(1/2)cpsv，计算式中:c为空气阻力系数;p为空气密度;s物体迎风面积;v为物体与空气的相对运动速度），由于在无人机1下落的过程中，空气阻力系数、空气密度均为确定值，物体与空气的相对运动速度为预定值，即在强制减速组件的设计过程中，如预设无人机1在下降速度达到vm/s时，强制减速组件展开，则在支腿4以及伸展膜52面积的选择时，可以确定此时支腿4以及伸展膜52的迎风面积为：s=f/（1/2）cpv，其中f为扭簧41与传动绳43在支腿4旋转至最大角度时的拉力之和，而同时由于支腿4以及伸展膜52的迎风面积还与支腿4的倾斜角度有关，在实际进行设计时，测量支腿4旋转至最大角度时，伸展膜52以及支腿4相较于地面的角度a，即可确定其支腿4与伸展膜52的面积s=s/cosa，即在实际应用中，通过上述计算公式逐步调整上述参数，即可在无人机1的坠落速度达到并超出预设的速度时，无人机1上的强制减速组件才会展开，并对无人机1进行减速，在实际的正常降落过程中，只要速度不超出设定值，既可以避免强制减速组件对无人机1的正常降落形成阻碍。
28.作为本发明的一个实施例，所述缓冲板42底部固定安装有重力块57；本实施例中，通过于缓冲板42底部固定安装重力块57，因此不管缓冲板42是否处于收缩、伸展状态，由于缓冲板42位于无人机1机身的底部，重力块57均可对无人机1的重心进行调整，进而使无人机1在降落或坠落时，保持其底部正对地面。
29.一种基于无人机1的摄影测量装置的测绘方法，所述基于无人机1的摄影测量装置的测绘方法包括以下步骤：s1：检查各构件的完整性，手动旋转旋转柱3，旋转柱3转动拉扯弹力线31，进而拉扯与弹力线31固定连接的延伸膜26向收纳槽27内折叠、收纳，直至延伸板25进入收纳槽27内，将收纳板24压入安装槽21内；s2：通过操纵无人机1系统，控制无人机1搭配航线规划系统进行飞行，飞行摄影测量完成后将数据搭配pc工作站，生成dsm地表模型数据、dom正射影像及实景三维粗模；
s3：搭配航线规划系统生成精细化航线，并采取贴近摄影测量的方式，距拍摄面保持等间距5m的距离进行精细化拍摄，拍摄完成后，将数据进行上传后，搭配三维建模软件，将摄影测量数据进行处理后，即完成测绘。
30.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。