一种测绘无人机以及基于无人机的测绘方法与流程

本发明涉及无人机测绘技术领域，更具体地说，它涉及一种测绘无人机以及基于无人机的测绘方法。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“uav”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主操作。

测绘就是测量和绘图，以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础，以全球导航卫星定位系统、遥感、地理信息系统为技术核心，将地面已有的特征点和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形和位置信息，供工程建设的规划设计和行政管理之用，测量放样作为一项测绘技术来说，就是对任一空间物体的三维定位测量，它具体的工作，均反映在对距离、角度（方向）、高程三个量的测定上，不论采用什么样的方法放样，总是离不开运用各类不同的仪器将这三个量测量的结果，在施工现场予以标定。

人们对生产生活环境中的地理信息数据进行测绘和使用，并不断完善和精化，经过优选和确认的地理测绘信息收录于国家的地理信息数据库内，地理信息数据跟随社会和环境的变化而有所变化，因此数据信息是不断更新的，测绘的工作也从不停息，在靠近人们生产生活的区域进行测绘，可安排测绘人员达到像控点进行信息采集，而在大部分远离人们生产生活的区域，例如部分人员无法直接涉足的水域、山区等，测绘人员无法直接确定像控点，难以通过现有的技术实现像控点信息的采集，因此实现地理信息测绘的目的非常艰难。

如专利公开号为cn104386249a的中国专利公开的一种快速测绘多旋翼无人机的测绘方法，其具体公开了步骤一、分析相机的镜头参数，进行畸变矫正，确定拍摄高度和成像比例之间的关系；步骤二、根据步骤一所得到数据确定无人机飞行路线；步骤三、根据步骤二确定路线编程，烧录至主控制器内；步骤四、主控制器控制无人机在设定高度飞行，并控制云台机构翻转，使相机光轴始终垂直于地面拍摄目标影像，按设定飞行路线完成所有拍摄任务。

无人机内部的电机长时间工作会产生大量的热量，如果不及时消除这些热量，将会影像无人机的正常工作；另外，现有技术的测绘方法通过对多个区域分别进行连续帧拍摄形成平面摄像画面，并将不同的区域的图像进行拼接，形成大区域内的整体摄像画面，但是由于摄像角度的变化和拼接处理的不理想，导致生成的整体画面效果非常差，难以应用于实际的地理信息库中，或者，对整个区域进行像控点信息采集，通过点云数据形成dem模型，这些方式形成数据模型难以直观反映实际的地理面貌，使用不便。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种测绘无人机以及基于无人机的测绘方法，其用于解决现有技术不能消除无人机在工作时所产生的热量，以及在测绘过程中，不能直观反映实际的地理面貌的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种测绘无人机，包括：本体，内部呈中空，容置电源、信息收发单元、自动驾驶仪以及冷凝室，所述电源与本体外部的usb接口电性连接，所述信息收发单元包括处理器以及存储器，所述处理器内设置有gps接收模块，所述处理器与地面控制系统无线通信连接，所述处理器分别与电源、存储器电性连接，所述自动驾驶仪与处理器电性连接，所述冷凝室中装设有冷凝剂，所述冷凝剂按质量百分比计，包括4~10%的苯乙烯丙烯酯共聚物、40~50%的碳酸钙、0.3~0.5%的消泡剂、0.3~0.5%的流平剂、0.3~0.5%湿润分散剂以及40~50%的水，总量100%，所述本体的顶部设置有安全降落机构，所述安全降落机构包括第一电机以及伞包，所述第一电机分别与电源以及处理器电性连接，所述第一电机驱动伞包打开与收合；

机臂，等间距的设置于本体两侧，所述机臂的端部设置有第二电机，分别与电源以及处理器电性连接，所述第二电机上设置有螺旋桨，所述螺旋桨上设置有螺旋叶，所述螺旋叶表层设置有发热单元以及温度传感器，所述发热单元分别与温度传感器、电源以及处理器电性连接，所述温度传感器分别与电源以及处理器电性连接；

机架，设置于本体底部，所述机架呈“拱”形，所述机架内抵靠本体底部处设置有第三电机，所述第三电机分别与电源、处理器电性连接，所述第三电机通过云台机构与摄像装置连接，所述摄像装置分别与电源、处理器电性连接。

通过上述技术方案，通过在无人机的冷凝室内装有冷凝剂，可以消除无人机在工作时电机所产生的热量，以利于无人机能更好的测绘；还通过在无人机上设置安全降落装置，在出现意外事故时，可以操纵安全降落装置打开，借助安全降落装置使无人机平稳着陆，避免产生不必要的损失；还在无人机螺旋叶上平铺一层发热单元，与电源电性连接，当在温度比较低的潮湿环境下进行测绘时，可以操纵发热单元对螺旋叶加热，以避免螺旋叶受环境影响不能正常转动。

本发明进一步设置为：所述自动驾驶仪包括电路板，所述电路板上设置有cpu、陀螺仪、气压计、空速计以及遥控器接收机，所述cpu分别与陀螺仪、气压计、空速计以及遥控器接收机电性连接，所述cpu用于接收、处理和输出处理后的信号，便于自动驾驶仪工作，所述陀螺仪用于获取姿态信息传送给cpu，处理后输出给本体内的处理器，以供无人机平稳飞行，所述气压计用于获取大气压强高度信息传送给cpu，处理后输出给本体内的处理器，以控制无人机飞行高度，所述空速计用于将空中有效风速传送给cpu，处理后输出给本体内的处理器，以使无人机在空中航行稳定。

通过上述技术方案，通过在电路板上设置cpu、陀螺仪、气压计、空速计以及遥控器接收机，各部件进行相关工作，以保证无人机在空中航行的稳定性。

本发明进一步设置为：所述本体顶部设置有太阳能电池板，与电源电性连接。

通过上述技术方案，通过在无人机本体顶部设置太阳能电池板，接收光照进行发电，以给电源进行充电，实现电能的可连续性。

本发明进一步设置为：所述冷凝剂按质量百分比计包括6%的苯乙烯丙烯酯共聚物、46.5%的碳酸钙、0.37%的消泡剂、0.41%的流平剂、0.42%的湿润分散剂以及46.3%的水。

通过上述技术方案，本发明的流平剂是一种常用的涂料辅助剂，能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，使冷凝室内的流体不至于倒出，并且，通过设置冷凝剂，可以消除无人机在测绘过程中电机所产生的热量，以保证无人机的正常工作。

本发明还提供一种基于无人机的测绘方法，利用上述测绘无人机进行测绘，其具体包括如下步骤：

步骤s1：通过标定像控点围成封闭的目标区域，并在目标区域内标定多个待测样点；

步骤s2：地面控制系统确定无人机在目标区域内的航线并发送至无人机的处理器，处理器控制无人机沿航线从目标区域边缘向中心绕圈飞行或在目标区域内呈蛇形往复飞行，飞行中经过所有的待测样点；

步骤s3：无人机在飞行过程中利用摄像机持续进入航空摄影，并将影像信息发送至处理器，处理器将影像信息传送至存储器储存以及传送至地面控制系统，地面控制系统将影像信息进行空间三角形计算形成目标区域的粗测dem模型；

步骤s4：无人机在飞行至待测样点时悬停，每一处待测样点均进行多次经纬度打点定位和高程打点测量，并得出多组测量数据，无人机的处理器将多组数据标记为测得信息，并发送至存储器以及地面控制系统；

步骤s5：对待测样点的测得信息进行消除系统误差处理后，标定待测样点经纬度和高程的测定信息，同时地面控制系统将测定信息与粗测dem模型进行匹配，通过经纬度信息将待测样点定位至粗测dem模型，并根据测定信息对粗测dem模型上位置的高程进行修正；

步骤s6：修正粗测dem模型的高程信息后，获得精细dem模型，并对多个目标区域的精细dem模型进行拼接，获得整个区域的精细dem模型。

通过上述技术方案，本发明通过形成粗测dem模型，形成目标区域的轮廓，并通过无人机精确测量后进行数据修正，形成精细dem模型，双重测量提高了测量的精确度，使测定数据生成的模型更为可靠。

本发明进一步设置为：每一处待测样点进行多次经纬度打点定位测量后，以测得的多个点位为基准建立虚拟圆，使虚拟圆涵盖所有的点位且圆周穿过多个点位，并以虚拟圆的圆心作为测定点，测定点的经纬度作为测定的经纬度。

通过上述技术方案，可以避免无人机悬停在空中容易受到气流的干扰出现水平移动，影响测得的经纬度信息。

本发明进一步设置为：每一处待测样点进行多次高程打点定位测量后，以测得的多个高程数据的算术平均值作为测定的高程值。

本发明进一步设置为：在进行待测样点的高程修正时，直接将待测样点的测定高程作为该点的高程。

本发明进一步设置为：对于待测样点之间的其他点，采用内插法确定其高程。

通过上述技术方案，可以避免无人机悬停在空中容易受到气流的干扰出现水平移动，影响测得的高程信息。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)通过在无人机的冷凝室内装有冷凝剂，可以消除无人机在工作时电机所产生的热量，以利于无人机能更好的测绘；还通过在无人机上设置安全降落装置，在出现意外事故时，可以操纵安全降落装置打开，借助安全降落装置使无人机平稳着陆，避免产生不必要的损失；还在无人机螺旋叶上平铺一层发热单元，与电源电性连接，当在温度比较低的潮湿环境下进行测绘时，可以操纵发热单元对螺旋叶加热，以避免螺旋叶受环境影响不能正常转动，同时也保证力无人航行的稳定性；

(2)本发明通过形成粗测dem模型，形成目标区域的轮廓，并通过无人机精确测量后进行数据修正，形成精细dem模型，双重测量提高了测量的精确度，使测定数据生成的模型更为可靠；

(3)本发明采用无人机悬停直接测量的方式获取数据，摒弃了将无人机降落至目标区域的待测样点进行静止测量的方式，更加快捷高效，能选取更多的待测样点进行测量，提高了数据的测量精度，使测量的结果更加可靠，形成模型更为细化；本发明还采用不降落不停机的方式，避免了无人机的反复启停，减小了对无人机的损耗，使无人机的使用寿命大大提高。

附图说明

图1为本发明的测绘无人机的整体示意图；

图2为本发明的测绘无人机的另一整体示意图；

图3为本发明的测绘无人机的一局部示意图；

图4为本发明的基于无人机的测绘方法的方法流程图。

附图标记：1、本体；11、电源；12、信息收发单元；13、自动驾驶仪；14、冷凝室；15、usb接口；16、安全降落机构；161、第一电机；162、伞包；17、太阳能电池板；2、机臂；21、第二电机；211、螺旋桨；212、螺旋叶；213、发热单元；214、温度传感器；3、机架；31、第三电机；32、云台机构；33、摄像装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术效果、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当可以理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明所保护的范围。

下面结合附图对本发明进行详细描述。

请参见图1，为本发明的测绘无人机的整体示意图，如图所示，本发明提供一种测绘无人机，具体可以包括：本体1、机臂2以及机架3，所述机臂2均匀的设置于本体1的侧部，所述机架3设置于本体1的底部，下面针对各个部件进行详细的描述。

请参见图1-图3，如图所示，所述本体1的内部呈中空状，其内可以容置电源11、信息收发单元12以及自动驾驶仪13，所述本体1的侧部可以开设有usb接口15，与电源11电性连接，以通过usb接口15给电源11充电，所述信息收发单元12可以包括处理器以及存储器，所述处理器分别与电源以及存储器电性连接，所述处理器还与地面控制系统无线通信连接，较佳的，在本实施例中，所述本体1内还可以容置有冷凝室14，所述冷凝室14内容置冷凝剂，以消除无人机工作时电源11所产生的热量，维护无人机的正常运行，所述冷凝剂按照质量百分比可以包括4~10%的苯乙烯丙烯酯共聚物、40~50%的碳酸钙、0.3~0.5%的消泡剂、0.3~0.5%的流平剂、0.3~0.5%湿润分散剂以及40~50%的水，总量100%，且，具体的，在本实施例中，所述冷凝剂按照质量百分比可以包括6%的苯乙烯丙烯酯共聚物、46.5%的碳酸钙、0.37%的消泡剂、0.41%的流平剂、0.42%的湿润分散剂以及46.3%的水，借以，消除无人机工作时所产生的热量。

其中，所述自动驾驶仪13可以包括电路板，所述电路板上设置有cpu、陀螺仪、气压计、空速计以及遥控器接收机，所述cpu分别与陀螺仪、气压计、空速计以及遥控器接收机电性连接，所述cpu用于接收、处理和输出处理后的信号，便于自动驾驶仪工作，所述陀螺仪用于获取姿态信息传送给cpu，处理后输出给本体内的处理器，以供无人机平稳飞行，所述气压计用于获取大气压强高度信息传送给cpu，处理后输出给本体内的处理器，以控制无人机飞行高度，所述空速计用于将空中有效风速传送给cpu，处理后输出给本体内的处理器，以使无人机在空中航行稳定。

其中，较佳的，在本实施例中，所述本体1的顶部可以设置有安全降落机构16以及太阳能电池板17，所述安全降落机构16可以包括第一电机161以及伞包162，所述第一电机161分别与电源11以及处理器电性连接，并且，所述第一电机161可以驱动伞包162打开与收合动作，当出现意外事故时，通过地面控制系统给处理器发出信号，可以借助安全降落机构16的第一电机161驱动伞包162打开，以使无人机安全着陆，避免造成不必要的损失；所述太阳能电池板17可以平铺于本体1的顶部，与电源11电性连接，利用太阳光发电以给电源11充电。

请继续参见图1-图3，如图所示，所述机臂2不连接本体1的一端设置有第二电机21，所述第二电机21分别与电源11以及处理器电性连接，所述第二电机21上设置有螺旋桨211，所述螺旋桨211上设置有螺旋叶212，借此，可以通过地面控制系统向处理器发出信号，以驱动第二电机21带动螺旋叶212转动，进行无人机的起飞动作，较佳的，在本实施例中，所述螺旋叶212上可以设置有发热单元213以及温度传感器214，所述发热单元213以及温度传感器214在附图中仅为例示，并不限定其具体位置，所述发热单元213以及温度传感器214可以平铺于螺旋叶212上，具体的，可以平铺在螺旋叶212的上表面或者下表面，所述发热单元213以及温度传感器214分别与电源11以及处理器电性连接，当测绘无人机在温度较低、较潮湿的环境下工作时，所述螺旋叶212上可能会产生冰渣，影响无人机的飞行稳定性，此时，借助发热单元213可以消除螺旋叶212上的冰渣，使无人机稳定的飞行，所述温度传感器214可以实时监测螺旋叶212的温度。

请继续参见图1-图3，如图所示，所述机架3呈“拱”形，设置于本体1的底部，以支撑所述本体1以及机臂2，所述机架3的拱形框架内抵接本体1底部处设置有第三电机31，所述第三电机31分别与电源11以及处理器电性连接，所述第三电机31还与云台机构32电性连接，所述云台机构32下部设置有摄像装置33，在本实施例中，所述摄像装置33为摄像机，借此，通过第三电机31驱动云台机构32带动摄像装置33旋转任意角度，以拍摄不同角度的地形地貌。

请参见图4，为本发明的基于无人机的测绘方法的方法流程图，如图所示，本发明还提供一种基于无人机的测绘方法，该方法利用上述测绘无人机进行测绘，所述基于无人机的测绘方法大体上可以包括如下步骤：

步骤s1：通过标定像控点围成封闭的目标区域，并在目标区域内标定多个待测样点；其中，像控点选择交角好（50°-120°）的细小线状地物交点、明显地物拐角点、航摄影像小于0.3mm的点状地物中心，像控点影像较清晰，易于判断和立体测量，确定像控点后使用带颜色的漆或者其他易于观察的标志进行标识，如果是目标区域是矩形，矩形区域的四个角均为像控点，且矩形区域四条变的中点也设置为像控点，在该矩形的目标区域内，于地貌变化较大的部分增加待测样点的密度，于地貌变化较小的部分减小待测样点的密度。

步骤s2：地面控制系统确定无人机在目标区域内的航线并发送至无人机的处理器，处理器控制无人机沿航线从目标区域边缘向中心绕圈飞行或在目标区域内呈蛇形往复飞行，飞行中经过所有的待测样点；这样有助于提高测量的精确度。

步骤s3：无人机在飞行过程中利用摄像机持续进入航空摄影，并将影像信息发送至处理器，处理器将影像信息传送至存储器储存以及传送至地面控制系统，地面控制系统将影像信息进行空间三角形计算形成目标区域的粗测dem模型；其中，在摄像时，无人机搭载摄像机进行作业，所述摄像机可以选择本行业内比较优质的摄像机，并且，起降方式选择垂直起降，减少了作业对场地的要求。

步骤s4：无人机在飞行至待测样点时悬停，每一处待测样点均进行多次经纬度打点定位和高程打点测量，并得出多组测量数据，无人机的处理器将多组数据标记为测得信息，并发送至存储器以及地面控制系统；具体的，测量没处停留时间不超过15秒，如此，可保证前次发送的激光信号不受下一次的激光信号的影响。

步骤s5：对待测样点的测得信息进行消除系统误差处理后，标定待测样点经纬度和高程的测定信息，同时地面控制系统将测定信息与粗测dem模型进行匹配，通过经纬度信息将待测样点定位至粗测dem模型，并根据测定信息对粗测dem模型上位置的高程进行修正。

步骤s6：修正粗测dem模型的高程信息后，获得精细dem模型，并对多个目标区域的精细dem模型进行拼接，获得整个区域的精细dem模型。

关于无人机的返航路线的制定与无人机根据返航路线进行返航，均为本领域内较为成熟的技术，本领域技术人员应当可以理解，故，在此，不再过多赘述。

借此，通过本方法，可实现无人机出航后在目标区域内的实时测量获取测得数据，由地面控制系统进行处理后，确定测得数据，再在测绘软件中进行分析处理后输出与实际地理情况极为接近的dem模型。

其中，较佳的，在本实施例中，可以使无人机在每一处待测样点进行多次经纬度打点定位测量后，以测得的多个点位为基准建立虚拟圆，使虚拟圆涵盖所有的点位，并且，圆周穿过多个点位，并以虚拟圆的圆心作为测定点，测定点的经纬度作为测定的经纬度，以避免无人机悬停在空中容易受到气流的干扰出现水平移动，影响测得的经纬度信息。

其中，较佳的，在本实施例中，每一处待测样点进行多次高程打点定位测量后，以测得的多个高程数据的算术平均值作为测定的高程值，以避免无人机悬停在空中容易受到气流的干扰出现水平移动，影响测得的高程信息。

另外，在进行待测样点的高程修正时，直接将待测样点的测定高程作为该点的高程，该点的高程等于无人机自身所处的高程减去测得的高程的差值，无人机每次打点测得差值后，由机载处理器进行数据运算，得出此次测得的待测样点的高程。

对于待测样点之间的其他点，采用内插法确定其高程，内插法的密度参照具体地理地貌而定，关于内插法，本领域技术人员应当可以理解，故，再次不在赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。