基于地理信息的低空作业无人机系统及其航迹规划方法技术方案

技术编号:19690129 阅读:35 留言:0更新日期:2018-12-08 10:44
本发明专利技术提供了一种基于地理信息的低空作业无人机系统,包括用于获取目标作业区域的低空影像第一无人机,配置有图像接收发布模块、图像拼接重建模块、地理信息特征提取模块及二维或者三维航迹规划模块的后台服务器,用于控制第二无人机飞行的无人机任务终端,以及用于根据所述航迹规划结果执行低空作业的第二无人机;本发明专利技术还提供了上述低空作业无人机系统的航迹规划方法。本发明专利技术的低空作业无人机系统及其航迹规划方法,能够便捷获取不同的目标作业区域的地理信息,并进行相应低空作业无人机的作业任务航迹规划,操作方便,适用范围广,具有良好的实用推广价值。

【技术实现步骤摘要】
基于地理信息的低空作业无人机系统及其航迹规划方法
本专利技术涉及无人机领域,具体涉及一种基于地理信息的低空作业无人机系统及其航迹规划方法。
技术介绍
传统的航空植保作业一般采用有人驾驶的通用航空器进行植保作业。通用航空器体积大、速度快、作业面积大,但维护作业成本非常高,只能在局部超大面积植保作业上使用。随着无人机技术的发展,小型无人机用于农业植保领域越来越普遍,其相比于传统的人工或者其他机械作业有很多优势,比如效率高、成本低、喷洒效果好。同时,小型无人机也广泛应用于电力线路巡检等领域。在现有技术中,植保或电力线路巡检无人机通常是由操作员操控单台无人机进行作业。这种方式依赖于作业员的目视观察来控制作业路径;当作业区域较大时,作业误差较大,作业质量大幅降低。另外,还有一些作业无人机具有自主飞行功能,可根据预先设定的航迹进行飞行。但此种方式通常存在如下问题:1)用于航迹规划的地图资料通常从第三方获取,往往存在精度不满足要求,或者障碍物标注不清楚等缺陷,这对于相对飞行高度通常为5-10m的作业无人机很难满足其航迹规划需求;同时,获取第三方地图费时费力,有些情况下没有合适的地图资料供使用;2)航迹规划质量不高,容易出现重复作业或遗漏作业区域,严重时作业无人机还可能撞上障碍物造成毁损。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种基于地理信息的低空作业无人机系统及其航迹规划方法,以解决上述的至少一个方面的问题。为了实现上述目的,本专利技术采用了如下技术方案:本专利技术的第一个方面提供了一种基于地理信息的低空作业无人机系统,包括:第一无人机,用于获取目标作业区域的低空影像;后台服务器,包括数据处理存储模块,以及连接数据处理模块的图像接收发布模块、图像拼接重建模块、地理信息特征提取模块及航迹规划模块,其中,所述图像接收发布模块被配制成用于接收所述第一无人机获取的低空影像,并于图像重建完成后在服务器上发布,所述图像拼接重建模块被配置成用于对接收到的图像进行拼接重建,生成高精度地理信息数据,所述地理信息特征提取模块被配置成用于通过所述高精度地理信息数据提取作业区域地理信息地形地貌特征,所述航迹规划模块被配置成用于根据提取到的作业区域地理信息地形地貌特征进行第二无人机的航迹规划;无人机任务终端,与所述后台服务器通信,用于根据所述航迹规划结果,控制第二无人机的飞行航迹;以及,第二无人机,所述第二无人机为低空作业无人机,用于执行低空作业。进一步的,所述第一无人机包括无人机机体,设于机体上的第一无线数据传输模块,以及连接该第一无线数据传输模块的RTK高精度定位模块和高分辨率相机,其中,所述第一无线数据传输模块用于与后台服务器进行数据交互;所述第二无人机包括无人机机体,设于机体上的第二无线数据传输模块,以及连接所述第二无线数据传输模块的飞行控制模块和作业模块,其中,所述第二无线数据传输模块用于与所述无人机任务终端进行数据交互。进一步的,所述图像拼接重建模块包括:图像矫正单元,用于利用航摄鉴定表对原始图像进行影像畸变矫正;图像加密单元,用于根据飞行控制资料对图像进行空三加密;模型建立单元,用于根据空三加密后的影像建立数字高程模型;模型处理单元,用于对模型进行数字微分纠正,以及镶嵌、调色、裁切处理;模型检查单元,用于检查处理后的模型,并建立文档对象模型DOM。进一步的,所述地理信息特征提取模块包括:轮廓信息提取单元,用于通过数据搜索算法提取二维或者三维的地形地貌轮廓信息;对象特征提取单元,用于通过数字图像处理算法,提取作业区域兴趣目标对象。进一步的,所述航迹规划模块包括:插值单元,用于通过双线性插值算法处理离散的目标区域地形地貌轮廓特征数据,生成连续的航迹规划基础数据;航迹生成单元,用于基于所述航迹规划基础数据,通过人工智能规划算法生成航迹规划数据;航迹优化单元,用于基于所述兴趣目标对象优化所述航迹规划数据,生成最终航迹。本专利技术的第二个方面还提供了一种基于地理信息的低空作业无人机航迹规划方法,包括如下步骤:S1、通过第一无人机获取目标作业区域低空影像;S2、将所述低空影像上传到后台服务器进行拼接重建,生成高精度地理信息数据;S3、在服务器发布重建完成的影像,并通过所述高精度地理信息数据提取作业区域地理信息地形地貌特征;S4、根据提取到的作业区域地理信息地形地貌特征进行第二无人机的航迹规划;其中,所述第一无人机为航空测绘无人机,第二无人机为低空作业无人机。进一步的,S2中影像拼接重建具体包括:S21、利用航摄鉴定表对原始图像进行影像畸变矫正;S22、根据飞行控制资料对图像进行空三加密;S23、根据空三加密后的影像建立数字高程模型;S24、对模型进行数字微分纠正,以及镶嵌、调色、裁切处理;S25、检查处理后的模型,并建立文档对象模型DOM。进一步的,S22中,空三加密具体包括:S211、导入影像及参数设定数据;S212、确定航线的偏移量;S213、进行相对定向,以及连接点选取和量测;S214、进行模型连接检查,若检查成功,进行下一步;若连接不成功,则进行人工编辑,然后进行下一步;S215、进行控制点量测;S216、计算区域网平差,并检测计算结果;若合格,则输出结果;若不合格,则返回S214进行人工编辑后再次执行S215和S216,直到计算结果合格并输出结果。进一步的,S3中提取作业区域地理信息地形地貌特征具体包括:S31、通过数据搜索算法提取二维或者三维的地形地貌轮廓信息;S32、通过数字图像处理算法,提取作业区域兴趣目标对象。进一步的,S4中航迹规划具体包括:S41、采用双线性插值算法处理离散的目标区域地形地貌轮廓特征数据,生成连续的航迹规划基础数据;S42、基于所述航迹规划基础数据,通过人工智能规划算法生成航迹规划数据;S43、基于所述兴趣目标对象优化所述航迹规划数据,生成最终航迹。相比现有的低空作业无人机系统及航迹规划方法,本专利技术具有如下优点:1.受地形因素影响小,测绘飞机即第一无人机作业在距地面80m至100m左右的区域内,对小规模的地形起伏变化不敏感;2.作业效率高,作业100m*100m大小区域所需时间不超过半小时;3.成像精度高,获取的影像分辨率不超过2cm/像素,重建后的影像分辨率不超过6cm/像素;4.信息丰富,重建后的影像包含地形地势、植株分布、障碍物位置等诸多信息。另一方面,本专利技术的低空作业无人机系统,通过拍摄、作业无人机各自独立工作,服务器进行图像处理包括地图生成、轮廓提取及航迹规划的模式,大大降低了无人机与服务器之间数据传输的流量和无人机本身需要处理的数据量,降低了系统架构难度及成本,具有良好的商业价值。本专利技术的基于地理信息的低空作业无人机系统及其航迹规划方法,能够便捷获取不同的目标作业区域的地理信息,并进行相应低空作业无人机的航迹规划,能有效的提高无人机作业的效率,增加安全性。整个系统操作方便,适用范围广,具有良好的实用推广价值。附图说明图1为本专利技术的基于地理信息的低空作业无人机系统的组成示意图。图2为本专利技术的低空作业无人机系统航迹规划方法的流程示意图。图3为图像拼接重建的处理流程示意图。图4为空三加密流程示意图。图5为解析空中三角测量示意图。图6为基于遗传算法的无人机航迹规划算法应用流程示意图。图7为Hopf本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于地理信息的低空作业无人机系统,其特征在于,包括:第一无人机,用于获取目标作业区域的低空影像;后台服务器,包括数据处理存储模块,以及连接数据处理模块的图像接收发布模块、图像拼接重建模块、地理信息特征提取模块及航迹规划模块,其中,所述图像接收发布模块被配制成用于接收所述第一无人机获取的低空影像,并于图像重建完成后在服务器上发布,所述图像拼接重建模块被配置成用于对接收到的图像进行拼接重建,生成高精度地理信息数据,所述地理信息特征提取模块被配置成用于通过所述高精度地理信息数据提取作业区域地理信息地形地貌特征,所述航迹规划模块被配置成用于根据提取到的作业区域地理信息地形地貌特征进行第二无人机的航迹规划;无人机任务终端,与所述后台服务器通信,用于根据所述航迹规划结果,控制第二无人机的飞行航迹;以及,第二无人机,所述第二无人机为低空作业无人机,用于执行低空作业。

【技术特征摘要】
1.基于地理信息的低空作业无人机系统,其特征在于,包括:第一无人机,用于获取目标作业区域的低空影像;后台服务器,包括数据处理存储模块,以及连接数据处理模块的图像接收发布模块、图像拼接重建模块、地理信息特征提取模块及航迹规划模块,其中,所述图像接收发布模块被配制成用于接收所述第一无人机获取的低空影像,并于图像重建完成后在服务器上发布,所述图像拼接重建模块被配置成用于对接收到的图像进行拼接重建,生成高精度地理信息数据,所述地理信息特征提取模块被配置成用于通过所述高精度地理信息数据提取作业区域地理信息地形地貌特征,所述航迹规划模块被配置成用于根据提取到的作业区域地理信息地形地貌特征进行第二无人机的航迹规划;无人机任务终端,与所述后台服务器通信,用于根据所述航迹规划结果,控制第二无人机的飞行航迹;以及,第二无人机,所述第二无人机为低空作业无人机,用于执行低空作业。2.如权利要求1所述的基于地理信息的低空作业无人机系统,其特征在于:所述第一无人机包括无人机机体,设于机体上的第一无线数据传输模块,以及连接该第一无线数据传输模块的RTK高精度定位模块和高分辨率相机,其中,所述第一无线数据传输模块用于与后台服务器进行数据交互;所述第二无人机包括无人机机体,设于机体上的第二无线数据传输模块,以及连接所述第二无线数据传输模块的飞行控制模块和作业模块,其中,所述第二无线数据传输模块用于与所述无人机任务终端进行数据交互。3.如权利要求1或2所述的基于地理信息的低空作业无人机系统,其特征在于,所述图像拼接重建模块包括依次连接的:图像矫正单元,用于利用航摄鉴定表对原始图像进行影像畸变矫正;图像加密单元,用于根据飞行控制资料对图像进行空三加密;模型建立单元,用于根据空三加密后的影像建立数字高程模型;模型处理单元,用于对模型进行数字微分纠正,以及镶嵌、调色、裁切处理;模型检查单元,用于检查处理后的模型,并建立文档对象模型DOM。4.如权利要求3所述的基于地理信息的无人机系统,其特征在于,所述地理信息特征提取模块包括:轮廓信息提取单元,用于通过数据搜索算法提取二维或者三维的地形地貌轮廓信息;对象特征提取单元,用于通过数字图像处理算法,提取作业区域兴趣目标对象。5.如权利要求4所述的基于地理信息的低空作业无人机系统,其特征在于,所述航迹规划模块包括:插值单元,用于通过双线性插值算法处理离散的目标区域地形地貌轮廓特征数据,生成连续的...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡少鹏
申请(专利权)人:杭州瓦屋科技有限公司
类型:发明
国别省市:浙江,33

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