一种基于无人机的气体浓度检测标识系统及其检测标识方法与流程

本发明涉及无人机领域，具体涉及一种基于无人机的气体浓度检测标识系统及检测标识方法。

背景技术

目前，现有技术中在进行气体浓度检测时，基本都是人为接触式测量不安全，测量高度受限不便捷，地形复杂难以测量不灵活。测量范围小太局部化，针对大范围连续测量技术不成熟。

专利号201420103431.6的实用新型专利公开了一种无人机载化学气体检测系统。虽然利用无人机方便了对高空或危险区域的检测，操作方便。但该种技术未解决易受环境影响，对大范围区域检测需要多次设定检测点并需要人为控制无人机前往检测的缺陷。

专利号201720431111.7的发明专利提供了一种无人机检测装置及系统，优点在于能利用维护人员能够通过终端设备获取无人机的检测结果，操作简便，使用安全。但大范围区域检测时，无法提供较为直观易为操作员明确区域内气体浓度变化的标识图像。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于无人机的气体浓度检测标识系统及检测标识方法，以解决现有技术中难以对大范围区域进行全面检测，并无法提供表明区域内各位置气体浓度变化趋势的图像的缺陷。

的基于无人机的气体浓度检测标识系统，包括地面控制系统和设在无人机上的飞控系统，飞控系统包括：

气体浓度采集单元，与数据融合单元相连，用于检测获取并发送检测点的气体浓度数据；

无人机数据传输单元，与地面数据传输单元无线通信连接；

飞控单元，与无人机数据传输单元相连，用于获取无人机的飞行姿态、位置和高度信息在内的飞控信息并结合地面控制系统发送的图像数据信息控制无人机飞行；

数据融合单元，与飞控单元相连获取无人机位置信息，用于将气体浓度数据经滤波后和对应的无人机位置信息融合打包成数据包，再经飞控单元发送到无人机数据传输单元；

地面控制系统包括：

地面数据传输单元，与数据处理分析单元相连；

人机交互显示单元，与数据处理分析单元相连，用于与操作员进行人机信息交互；

数据处理分析单元，用于提供地图信息并结合操作员输入的气体采样的地址、检测范围和检测高度转化为图像数据信息发送到地面数据传输单元，还用于将获取的数据包拆分结合数据图像信息转化为气体标识图像发送到人机交互显示单元。

优选的，飞控单元包括姿态传感器、导航定位系统、高度仪和飞控计算器，姿态传感器、导航定位系统和高度仪分别连接到飞控计算器，飞控计算器还分别连接到数据融合单元和无人机数据传输单元。

优选的，高度仪为红外辅助气压计。

优选的，气体浓度采集单元包括设在无人机机体上的进气道、气体检测器、气压感应器、温度感应器和微处理器，进气道入口处设有吸气扇，气体检测器、气压感应器和温度感应器设在进气道内并与微处理器相连接。

优选的，气体检测器包括多个检测对应气体种类的半导体传感器。

本发明还提供了一种基于无人机的气体浓度检测标识系统的检测标识方法，包括如下步骤：

s1、操作员从数据处理分析单元获取待检测地区的地图，输入需要气体采样检测的检测位置，输入检测范围和检测高度并进一步制定航线，数据处理分析单元将操作员输入的信息与地图信息结合生成图像数据信息，通过地面数据传输单元发送向无人机的飞控系统；

s2、无人机的飞控单元从无人机数据传输单元获取图像数据信息，飞往待检测地区并依照航线飞行；

s3、飞控单元在飞行过程中通过气体浓度采集单元不断检测得到各处的气体浓度信息，发送到数据融合单元与飞控单元采集到的相对应无人机位置信息结合打包，并将生成的数据包经飞控单元发送到无人机数据传输单元；

s4、地面数据传输单元获得飞控系统发出的数据包，数据处理分析单元获取数据包后将其拆分并结合数据图像信息依照气体在不同位置的浓度在地图上进行标识，形成气体标识图像发送到人机交互显示单元；

s5、操作员确认检测任务完成后从地面控制系统发出信息让无人机在飞控系统的控制下返回降落。

优选的，步骤s1还包括，数据处理分析单元根据操作员输入的信息以检测位置为中心自动生成等距网状的飞行检测区域和垂直方向的等高飞行任务，经操作员进一步调整飞行检测区域上各线条间距，设定通过飞行检测区域的航线，并最后对飞行检测区域、航线以及各飞行检测区域的高度确认后，数据处理分析单元再形成图像数据信息。

优选的，步骤s4还包括，数据处理分析单元结合当前的数据图像信息把气体浓度信息写入与无人机位置信息对应的地图坐标，图像上航线的每个像素点可以通过该处的气体浓度数据显示为对应的半透明颜色，气体浓度用rgb颜色值成比例对应的方式显示；不在航线上但属于飞行检测区域内的每个像素点通过数据处理分析单元比较相邻各航线上的浓度估计出飞行检测区域上每个像素的浓度值，并显示为对应的半透明颜色，同时数据处理分析单元用最小曲率算法将飞行检测区域绘制成气体浓度的等高线图，最终形成气体标识图像。

本发明的优点在于：操作员能在地面控制系统通过数据处理分析单元的辅助设定好大范围的气体检测区域和航线，无需逐个设置检测点并直接控制无人机到达检测点。因此本检测标识系统在制定无人机的航线速度快，检测过程效率更高，并能对该区域一次设定好对多个高度进行检测。数据处理分析单元还能将飞控系统发送的数据包与图像数据信息结合成对网状的飞行检测区域进行以不同颜色标识浓度，并以等高线图标识三维结构浓度在区域内变化趋势的气体标识图像。实现了以不同经纬度的浓度梯度进行大范围建模，气体标识图像高效直观地表现出区域内气体浓度变化趋势。

附图说明

图1为本发明实施例的系统结构示意图；

图2为本发明实施例的检测标识方法流程图；

图3为本发明实施例的制定航线前人机交互显示单元显示的图像；

图4为本发明实施例的最后生成的气体标识图像之一。

其中，1、人机交互显示单元，2、数据处理分析单元，3、地面数据传输单元，4、无人机数据传输单元，5、气体浓度采集单元，6、数据融合单元，7、飞控计算器，8、高度仪，9、导航定位系统，10、姿态传感器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例

本发明提供了一种基于无人机的气体浓度检测标识系统及检测标识方法。如图1-图4所示，基于无人机的气体浓度检测标识系统包括地面控制系统和设在无人机上的飞控系统。飞控系统包括气体浓度采集单元5、无人机数据传输单元4、飞控单元和数据融合单元6。

气体浓度采集单元5与数据融合单元6相连，用于检测获取并发送检测点的气体浓度数据。气体浓度采集单元5包括设在无人机机体上的进气道、气体检测器、气压感应器、温度感应器和微处理器，进气道入口处设有吸气扇，气体检测器、气压感应器和温度感应器设在进气道内并与微处理器相连接。气体检测器、气压感应器和温度感应器分别用于检测气体浓度、气压和温度，将检测得到的数据发送到微处理器，微处理器根据气压和温度的数据对气体浓度的数据进行修正。气体检测器包括多个检测对应气体种类的半导体传感器。半导体传感器体积小、灵敏度高适合用于无人机内的狭小空间，能够设置多种针对不同气体的传感器。

无人机数据传输单元4，与地面数据传输单元3无线通信连接。

飞控单元与无人机数据传输单元4相连，飞控单元包括姿态传感器10、导航定位系统9、高度仪8和飞控计算器7，姿态传感器10、导航定位系统9和高度仪8分别连接到飞控计算器7，飞控计算器7还分别连接到数据融合单元6和无人机数据传输单元4。其中高度仪8为红外辅助气压计。

姿态传感器10、导航定位系统9和高度仪8分别用于获取无人机的飞行姿态、位置和高度信息，这些信息构成飞控信息与地面控制系统发出的图像数据信息结合以控制无人机按照制定的航线飞行。

数据融合单元6与飞控单元相连获取无人机位置信息，用于将气体浓度数据经滤波后和此时对应的无人机位置信息融合打包成数据包发送到飞控单元，飞控单元再发送到无人机数据传输单元4。

地面控制系统包括地面数据传输单元3、人机交互显示单元1和数据处理分析单元2。

地面数据传输单元3与数据处理分析单元2相连，用于实现无人机的飞控系统和数据处理分析单元2之间进行数据交换。

人机交互显示单元1与数据处理分析单元2相连，用于与操作员进行人机信息交互，并与数据处理分析单元2进行信息交换。数据处理分析单元2生成的各种图像信息均通过其展示给操作员。

数据处理分析单元2用于提供地图信息并结合操作员输入的气体采样的地址、检测范围和检测高度转化为图像数据信息发送到地面数据传输单元3，地面数据传输单元3再发送给飞控系统。图像数据信息包含待检测地区地址信息和地图信息、网状的飞行检测区域信息、航线信息和检测高度信息。

数据处理分析单元2还用于将获取的数据包拆分结合数据图像信息转化为气体标识图像发送到人机交互显示单元1。

本发明还提供了一种基于无人机的气体浓度检测标识系统的检测标识方法，包括如下步骤：

s1、操作员从数据处理分析单元2获取待检测地区的地图，输入需要气体采样检测的检测位置，输入检测范围和检测高度并进一步制定航线，数据处理分析单元2将操作员输入的信息与地图信息结合生成图像数据信息，通过地面数据传输单元3发送向无人机的飞控系统；

s2、无人机的飞控单元从无人机数据传输单元4获取图像数据信息，飞往待检测地区并依照航线飞行；

s3、飞控单元在飞行过程中通过气体浓度采集单元5不断检测得到各处的气体浓度信息，发送到数据融合单元6与飞控单元采集到的相对应无人机位置信息结合打包，并将生成的数据包经飞控单元发送到无人机数据传输单元4；

s4、地面数据传输单元3获得飞控系统发出的数据包，数据处理分析单元2获取数据包后将其拆分并结合数据图像信息依照气体在不同位置的浓度在地图上进行标识，形成气体标识图像发送到人机交互显示单元1；

s5、操作员确认检测任务完成后从地面控制系统发出信息让无人机在飞控系统的控制下返回降落。

其中步骤s1还包括，数据处理分析单元2根据操作员输入的信息以检测位置为中心自动生成等距网状的飞行检测区域和垂直方向的等高飞行任务，经操作员进一步调整飞行检测区域上各线条间距，设定通过飞行检测区域的航线，并最后对飞行检测区域、航线以及各飞行检测区域的高度确认后，数据处理分析单元2再形成图像数据信息。

操作员能在地面控制系统通过数据处理分析单元2的辅助设定好大范围的气体检测区域和航线，无需逐个设置检测点并直接控制无人机到达检测点。因此本检测标识系统在制定无人机的航线速度快，检测过程效率更高，并能对该区域一次设定好对多个高度进行检测。

其中步骤s4还包括，数据处理分析单元2结合当前的数据图像信息把气体浓度信息写入与无人机位置信息对应的地图坐标，图像上航线的每个像素点可以通过该处的气体浓度数据显示为对应的半透明颜色，气体浓度用rgb颜色值成比例对应的方式显示；不在航线上但属于飞行检测区域内的每个像素点通过数据处理分析单元2比较相邻各航线上的浓度估计出飞行检测区域上每个像素的浓度值，并显示为对应的半透明颜色，同时数据处理分析单元2用最小曲率算法将飞行检测区域绘制成气体浓度的等高线图，最终形成气体标识图像。

数据处理分析单元2将网状的飞行检测区域中检测得到的气体浓度信息以不同颜色标识浓度，并以等高线图标识三维结构浓度在区域内变化趋势的气体标识图像。实现了以不同经纬度的浓度梯度进行大范围建模，气体标识图像高效直观地表现出区域内气体浓度变化趋势，便于操作员制定相应的解决方案。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。