基于无人机的冰情监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于无人机的冰情监测系统。本发明专利技术属于监测领域，更具体的，属于冰情监测领域。所述的一种基于无人机的冰情监测系统包括监测无人机系统和地面站系统两部分。所述的监测无人机系统包括一个或多个监测无人机。所述监测无人机是指一个搭载了一种或多种冰情观测载荷的无人机，包括无人机本体和冰情观测载荷。所述的地面站系统包括地面无线飞行控制系统、无线数据接收系统、数据处理系统、数据存储与管理系统，显示和发布系统，以及无人机操控手和决策人员等。本发明专利技术提出一种基于无人机的冰情监测系统，其具有快速、灵活、全面、准确、高覆盖率和安全等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及监测领域，更具体的，属于基于无人机的冰情监测系统。
技术介绍
：我国渤海和黄海北部每年冬季都会发生海水结冰现象。渤、黄海海冰是我国重要的海洋灾害之一。受冬季气候冷暖的影响，每年海上结冰的轻重程度有所不同，严重时海冰可以推倒海洋石油平台、破坏港口设施、封锁航道、损坏舰船、使海上交通运输瘫痪，对海上设施造成巨大破坏和损失；特别是对以海洋渔业为主的海洋第一产业，海面冰封导致海洋捕捞业停产，海水养殖业受灾，船只大量损毁，严重影响了沿海地区人民的正常生活为保证冰区作业的安全，开展海冰预报和监测是十分必要的。目前冰情尤其是灾害性海冰监测方式主要采用由载人航空、卫星遥感与地面岸站观测相结合的综合监测。但是载人航空的成本高，受飞行条件和航次的影响，无法完成高频次，高时效性的冰情监测；卫星遥感受卫星过境及轨道周期性和卫星数据处理与发布时效性的影响，一般也不能满足高时效性的冰情监测，而且其受观测成像分辨率的影响，对小尺度冰情要素无法获取有效信息；沿岸站或岛礁站点常远离受灾或目标观测区域，而且受制于设备、环境的制约，无法获取高精度和全面的冰情与环境信息。为了能够及时、准确地获取海冰灾害现场及其邻近海域的海冰冰情要素，有效制定海冰灾害应急预案，为防灾救灾决策部门提供有效的第一手资料，具有快速移动、大监测覆盖面积、准确的海冰冰情资料收集和数据处理与分析的冰情监测系统是必要的。本专利技术提出一种基于无人机的冰情监测系统，其具有及时、灵活、全面、准确、高覆盖率和安全等优点。本专利技术的冰情监测系统可以收集处理的冰情要素包括冰的厚度，冰密集度、冰总量、冰型、冰状和冰面温度等。解决了方便、准确、及时进行冰情监测的技术问题。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种基于无人机的冰情监测系统，对冰情尤其是灾害性海冰冰情的监测具有快速、灵活、全面、准确、高覆盖率和安全等优点，提高了监测的效率，能够为决策部门在最短的时间内提供第一手的资料。本专利技术所述的一种基于无人机的冰情监测系统可以收集处理的冰情要素包括冰的厚度，冰密集度、冰总量、冰型、冰状和冰面温度等，能够满足海冰以及各种河流和湖泊冰情监测任务的需求。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的一种基于无人机的冰情监测系统，包括监测无人机系统和地面站系统两部分。所述的监测无人机系统包括一个或多个监测无人机。所述监测无人机是指一个搭载了一种或多种冰情观测载荷的无人机。所述一个监测无人机包括无人机本体和冰情观测载荷。所述的监测无人机本体包括机身、机架、保护罩和起落架装置，能源和配电装置，动力推进装置，导航飞控装置，无线数据传输装置。其中无人机起落架设计为水陆两用型，以防止冰面破裂无人机落水损坏。所述导航飞控装置包括了全球导航卫星系统(GNSS)定位装置以及姿态测量装置等。所述的导航飞控装置可以完成无人机平台自主或遥控飞行，完成解释响应地面站发送的控制指令的功能。所述无线数据传输装置建立无人机与地面站系统的通信与数据传输链路，实现监测无人机对地面站指令的无线接收、监测无人机飞行状态信息无线下传到地面站，以及监测载荷观测数据无线下传到地面站的功能。所述的冰情观测载荷包括摄像照相设备和冰厚测量设备，其中摄像照相设备包括可见光数码摄像照相设备，和/或红外，和/或远红外，和/或热红外摄像照相设备。其中可见光数码摄像照相设备优选小型可见光高清数码摄像设备。冰厚测量设备包括冰厚测量电钻设备，或声纳测冰厚设备。所述的冰情观测载荷包括可见光数码摄像照相设备，红外，远红外，热红外摄像照相设备，冰厚测量电钻设备，声纳测冰厚设备其中一种或几种的任意组合。具体载荷配置由任务需求、无人机平台搭载能力和载荷设备小微型化情况决定。其中小型可见光高清数码摄像机，或红外，或远红外，或热红外摄像照相设备在无人机高空巡航阶段获取的影像资料，可以通过图像处理技术，获取冰的密集度和冰总量，低空或目标冰面着陆阶段获取的影像资料可以通过图像识别技术获取冰型和冰状等要素信息。实时视频影像可以供地面操控手和决策人员选择就位冰厚测量目标冰面，以及辅助完成无人机目标冰面着陆与起飞。所述的冰情观测载荷具备如下一种或几种的功能模块配置：(1)数据存储功能模块。在执行任务起飞前开始存储观测数据，待飞行结束返回地面后通过存储媒介或有线方式将数据传回地面站系统。(2)数据存储功能模块和无线数据通信功能模块。所述的数据存储功能模块在执行任务时可以存储载荷的观测数据，待飞行结束返回地面后通过存储媒介或有线方式将数据传回地面站系统。所述的无线数据通信功能模块通过无线数据通信功能模块完成地面站系统与载荷的通信，实现对载荷的远程遥控。(3)无线数据传输功能模块和无线数据通信功能模块。所述的无线数据传输功能模块通过无线数据传输功能模块完成载荷观测数据到地面站系统的高数据率单向传输。所述的无线数据通信功能模块通过无线数据通信功能模块完成地面站系统与载荷的通信，实现对载荷的远程遥控。所述无线数据传输功能模块具备单向无线传输链路，可以高数据率传输；无线数据通信功能模块具备双向通信链路，数据传输数据率低。(4)与无人机本体电路的接口模块。载荷可以利用无人机本体的导航飞控装置和无线数据传输装置与地面站系统建立控制通信与数据传输链路。载荷与无人机的导航飞控装置和无线数据传输装置通过接口电路有线相连。所述的地面站系统包括地面无线飞行控制系统、无线数据接收系统、数据处理系统、数据存储与管理系统，显示和发布系统，以及无人机操控手和决策人员等。所述的无线控制系统完成如下功能：(1)在飞行监测任务开始前，对监测无人机系统飞行航迹和操作的规划；(2)建立所述地面站系统与监测无人机系统间的通信链路；(3)所述地面站系统接收来自监测无人机系统的飞行状态信息，包括GNSS定位信息、姿态信息、电源状态信息和无人机平台健康状态信息等；(4)根据规划或操控手的决策，定时或实时完成指令生成与所述地面站系统向监测无人机系统指令无线发射，所述指令包括飞行控制指令及其它控制指令，实现对监测无人机系统无人机平台或冰情观测载荷的远程遥控。所述的无线数据接收系统可以实时或延时，无线或有线的方式接收监测无人机系统的冰情原始观测数据；所述的数据处理系统完成上述冰情观测原始观测数据的后处理，获取包括冰的厚度，冰密集度、冰总量、冰型、冰状和冰面温度等冰情要素；所述数据存储与管理系统在地面服务器端完成上述冰请原始观测数据、后处理数据和飞行状态信息的存储与数据管理，其中数据管理包括访问权限设置等功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无人机的冰情监测系统，其特征在于包括监测无人机系统和地面站系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的冰情监测系统，其特征在于包括监测无人机系统和地面站系统。
2.权利要求1所述的冰情监测系统，其中所述监测无人机系统包括一个或多个监测无人机。
3.权利要求1所述的冰情监测系统，其中所述监测无人机系统包括无人机本体和一个或多个冰情观测载荷。
4.权利要求1-3任一项所述的冰情监测系统，其中所述的无人机本体包括机身、机架、保护罩和起落架装置，能源和配电装置，动力推进装置，导航飞控装置，无线数据传输装置。
5.权利要求4所述的冰情监测系统，其中所述的无人机本体的起落装置为水陆两用型。
6.权利要求4所述的冰情监测系统，其中所述的无人机本体的导航飞控装置包括全球导航卫星系统定位装置和姿态测量装置，所述的导航飞控装置可以完成无人机平台自主或遥控飞行，完成解释响应地面站发送的控制指令的功能。
7.权利要求4所述的冰情监测系统，其中所述的无人机本体的无线数据传输装置建立无人机与地面站系统的通信与数据传输链路，实现监测无人机对地面站指令的无线接收、监测无人机飞行状态信息无线下传到地面站，以及监测载荷观测数据无线下传到地面站的功能。
8.权利要求3，5-7任一项所述的冰情监测系统，其中所述冰情观测载荷包括摄像照相设备和/或冰厚测量设备，或者它们的组合；其中摄像照相设备包括可见光数码摄像照相机，和/或红外，和/或远红外，和/或热红外摄像照相设备中的一种或几种，冰厚测量设备包括冰厚测量电钻设备，和/或声纳测冰厚设备中的一种或几种。
9.权利要求8所述的冰情监测系统，其中所述可见光数码摄像照相设备优选小型可见光高清数码摄像照相机。
10.权利要求8所述的冰情监测系统，其中所述的冰情观测载荷具备如下一种或几种的功能模块配置：
(1)数据存储功能模块；
(2)数据存储功能模块和无线数据通信功能模块；
(3)无线数据传输功能模块和无线数据通信功能模块；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：白伟华，
申请(专利权)人：白伟华，
类型：发明
国别省市：北京;11