一种采用无人飞行器对大型水域水质进行监测的监测方法技术

本发明专利技术提供了一种采用无人飞行器对大型水域水质进行监测的监测方法，其首先通过边缘检测提取大型水域的轮廓，在无人飞行器在预定的航线飞行过程中对大型水域进行二次航拍，然后在同一坐标中的两张图像通过帧间差分法并进行二值化处理后得到包含异常灰度值的照片，从而得到水质发生异常的水域的坐标值，并对该水域进行高清航拍后回传地面基站，以进行后期分析处理。通过本发明专利技术，可有效降低无人飞行器的无效飞行路径，实现了对大型水域的水质的高效监测，节约了无人飞行器的飞行路线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人飞行器
，尤其涉及一种采用无人飞行器对大型水域水质进行监测的监测方法。
技术介绍
随着经济发展对环境造成了具体大的压力，尤其是水资源的污染尤其严重。在大型湖泊或者河流中通常需要定期对水样数据进行采集，而在这种环境中采用传统的人工采集水样并进行分析的方法显然不现实。因此，目前逐渐开始采用无人飞行器对上述大型水域的水质进行自动取样或者检测。在现有技术中，通常采用无人飞行器飞行至大型水域的指定区域，并对水面进行红外照相并对照片中出现绿色的区域进行监测，但是这种方法仅仅能对水体中蓝藻爆发的情况进行检测，且在具有气象干扰的条件下，红外照相中所呈现的水面照片存在较大的误差，从而大大的影响了实际的监测效果。同时，在现有技术中也存在使用无人飞行器飞行至大型水域的指定区域，并对该指定区域的水质进行抽取并带回实验室进行分析的技术方案。然而这种技术方案由于对指定区域的选择具有较大的随意性，而存在整个监测活动具有非常大的盲目性，无法对在大型水域中某个或者某些疑似污染的水域进行有针对性的取样及监测，从而导致对大型水域的水质进行监测的效率较低。有鉴于此，有必要对现有技术中采用无人飞行器对大型水域水质进行监测的监测方法予以改进，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于揭示一种采用无人飞行器对大型水域水质进行监测的监测方法，用以实现对大型水域的水质实现高效监测，节约无人飞行器的飞行路线。为实现上述目的，本专利技术提供了一种采用无人飞行器对大型水域水质进行监测的监测方法，包括以下步骤：S1、获取大型水域的原始图像并通过Sobel算子对所述原始图像进行边缘检测从而提取到大型水域轮廓；S2、根据步骤S1中所获取的大型水域轮廓对无人飞行器基于速度矢量场的航路规划方法对无人飞行器的航线进行预设定；S3、通过无人飞行器所搭载的导航设备对无人飞行器的航线进行导航，并根据无人飞行器所搭载的照相机对大型水域进行照相以得到实际图像；S4、对步骤S3所获得的实际图像与步骤S1中的原始图像通过帧间差分法处理得到差分图像，并对差分图像进行二值化处理，得到包含异常灰度值的照片，从而得到大型水域中异常点的坐标值；S5、无人飞行器的导航设备根据步骤S4中所获得的异常点的坐标值对导航设备中预设定的航迹进行修正；S6、无人飞行器飞行至包含异常灰度值照片的水域上方，对该水域进行高清航空拍摄并回传至地面基站。在一些实施方式中，所述步骤S4中的“帧间差分法处理”具体为：利用步骤S1中的原始图像与步骤S3所获得的实际图像作帧间差分运算得到差分图像，所述帧间差分运算的计算公式为：Dk(x,y)＝Fk(x,y)-Fk-1(x,y)；其中，Fk-1(x,y)为步骤S1中原始图像中像素点的灰度值，Fk(x,y)为步骤S3所获得在实际图像中像素点的灰度值，Dk(x,y)为差分图像，所述原始图像与实际图像具有相同坐标值。在一些实施方式中，步骤S3中的导航设备为电子罗盘。在一些实施方式中，步骤S3还包括对电子罗盘进行校正，所述电子罗盘的校正具体包括：S31、磁力计获取电子罗盘x、y、z三轴的相对磁通量，滤波处理后进行椭球拟合校正，保存校正参数至第一存储装置；S32、磁力计获取电子罗盘x、y、z三轴的磁通量的极值，进行椭圆拟合校正，保存校正参数至第二存储装置；S33、惯性导航模块获取倾斜角数据并结合步骤S1与S2的校正参数，计算补偿后的水平磁场强度Xh和Yh。在一些实施方式中，步骤S31具体为：在无人飞行器的机体外部，使用磁力计获取x、y、z三轴的相对磁通量X、Y、Z；进行滤波处理后，将相对磁通量X、Y、Z送入极值获取单元，以获取磁力计在x、y、z三轴的磁通量的极大值Xmax、Ymax、Zmax和极小值Xmin、Ymin、Zmin；进行椭球拟合校正，得到校正参数H、K、B，其中H=HxHyHz;K=KxKyKz;B=BxByBz;]]>保存校正参数H、K、B至电子罗盘的存储装置12。在一些实施方式中，步骤S32具体为：在无人飞行器的机体内部，使用磁力计获取电子罗盘x、y、z三轴的磁通量的极大值Xmax’、Ymax’、Zmax’和极小值Xmin’、Ymin’、Zmin’；进行椭圆拟合校正，得到校正参数H’、K’、B’，其中H′=Hx′Hy′Hz′;K′=Kx′Ky′Kz′;B′=Bx′By′Bz′;]]>保存校正参数H’、K’、B’至飞行控制计算机的存储装置中。在一些实施方式中，步骤S33具体为：利用无人飞行器上的惯性导航模块获取无人飞行器飞行时的俯仰角α和滚动角γ；并结合所述步骤S31中经过椭球拟合校正得到的校正参数H、K、B及所述步骤S32中经过椭圆拟合校正得到的校正参数H’、K’、B’，计算补偿后的水平磁场强度Xh和Yh。在一些实施方式中，磁力计为三轴数字磁阻式磁力计。在一些实施方式中，无人飞行器包括无人直升机或者无人固定翼飞机或者多旋翼无人飞行器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在本专利技术中，首先通过边缘检测提取大型水域的轮廓，在无人飞行器在预定的航线飞行过程中对大型水域进行二次航拍，然后在同一坐标中的两张图像通过帧间差分法并进行二值化处理后得到包含异常灰度值的照片，从而得到发生异常的坐标值，并对该水域进行高清航拍后回传地面基站，以进行后期分析处理。通过本专利技术，可有效降低无人飞行器的无效飞行路径，实现了对大型水域的水质的高效监测，节约了无人飞行器的飞行路线。附图说明图1为本专利技术一种采用无人飞行器对大型水域水质进行监测的监测方法的流程图；图2为本专利技术所示的对步骤S1中的原始图像作卷积和运算的示意图；图2a为Sobel算子计算x方向的梯度值的示意图；图2b为Sobel算子计算y方向的梯度值的示意图；图3为电子罗盘校正方法的系统示意图；图4为本专利技术步骤S3中电子罗盘校正方法中执行步骤S31的模块示意图；图5为本专利技术步骤S3中电子罗盘校正方法中执行步骤S32及步骤S33的模块示意图。具体实施方式下面结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据这些实施<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用无人飞行器对大型水域水质进行监测的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取大型水域的原始图像并通过Sobel算子对所述原始图像进行边缘检测从而提取到大型水域轮廓；S2、根据步骤S1中所获取的大型水域轮廓对无人飞行器基于速度矢量场的航路规划方法对无人飞行器的航线进行预设定；S3、通过无人飞行器所搭载的导航设备对无人飞行器的航线进行导航，并根据无人飞行器所搭载的照相机对大型水域进行照相以得到实际图像；S4、对步骤S3所获得的实际图像与步骤S1中的原始图像通过帧间差分法处理得到差分图像，并对差分图像进行二值化处理，得到包含异常灰度值的照片，从而得到大型水域中异常点的坐标值；S5、无人飞行器的导航设备根据步骤S4中所获得的异常点的坐标值对导航设备中预设定的航迹进行修正；S6、无人飞行器飞行至包含异常灰度值照片的区域上方，对水域进行高清航空拍摄并回传至地面基站。

【技术特征摘要】
1.一种采用无人飞行器对大型水域水质进行监测的监测方法，其特征
在于，包括以下步骤：
S1、获取大型水域的原始图像并通过Sobel算子对所述原始图像进行边
缘检测从而提取到大型水域轮廓；
S2、根据步骤S1中所获取的大型水域轮廓对无人飞行器基于速度矢量
场的航路规划方法对无人飞行器的航线进行预设定；
S3、通过无人飞行器所搭载的导航设备对无人飞行器的航线进行导航，
并根据无人飞行器所搭载的照相机对大型水域进行照相以得到实际图像；
S4、对步骤S3所获得的实际图像与步骤S1中的原始图像通过帧间差分
法处理得到差分图像，并对差分图像进行二值化处理，得到包含异常灰度值
的照片，从而得到大型水域中异常点的坐标值；
S5、无人飞行器的导航设备根据步骤S4中所获得的异常点的坐标值对
导航设备中预设定的航迹进行修正；
S6、无人飞行器飞行至包含异常灰度值照片的区域上方，对水域进行高
清航空拍摄并回传至地面基站。
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述步骤S4中的“帧
间差分法处理”具体为：利用步骤S1中的原始图像与步骤S3所获得的实际
图像作帧间差分运算得到差分图像，
所述帧间差分运算的计算公式为：Dk(x,y)＝Fk(x,y)-Fk-1(x,y)；
其中，Fk-1(x,y)为步骤S1中原始图像中像素点的灰度值，Fk(x,y)为步骤
S3所获得在实际图像中像素点的灰度值，Dk(x,y)为差分图像，所述原始图
像与实际图像具有相同坐标值。
3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述步骤S3中的导
航设备为电子罗盘。
4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，所述步骤S3还包括

\t对电子罗盘进行校正，所述电子罗盘的校正具体包括：
S31、磁力计获取电子罗盘x、y、z三轴的相对磁通量，滤波处理后进
行椭球拟合校正，保存校正参数至第一存储装置；
S32、磁力计获取电子罗盘x、y、z三轴的磁通量的极值，进行椭圆拟
合校正，保存校正参...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亚旗，
申请(专利权)人：佛山市稚蒙环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44