机载式室内气体遥测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了机载式室内气体遥测系统及方法。本发明专利技术提供了机载定位装置及方法，所述机载定位装置包括：旋翼无人机；摄像机安装在所述旋翼无人机上；存储器用于存储所述摄像机传送来的图像；比对模块用于比对图像及模板，偏差传送到控制模块；控制模块用于调整所述旋翼无人机的空间位置及所述摄像机的姿态。本发明专利技术还公开了应用上述定位装置及方法的遥测系统及方法。本发明专利技术具有高精度、结构简单、成本低等优点。

Airborne Indoor Gas Telemetry System and Method

The invention discloses an airborne indoor gas telemetry system and method. The invention provides an airborne positioning device and method. The airborne positioning device includes: a rotorcraft unmanned aerial vehicle; a camera installed on the rotorcraft unmanned aerial vehicle; a memory for storing images transmitted by the camera; a comparison module for comparing images and templates, and a deviation transmission to a control module; and a control module for adjusting. The space position of the rotorcraft UAV and the attitude of the camera are described. The invention also discloses a telemetry system and a method applying the above positioning device and method. The invention has the advantages of high precision, simple structure and low cost.

【技术实现步骤摘要】
机载式室内气体遥测系统及方法本申请为申请日为2015年11月10日，申请号为201510757386.5，专利技术名称为“机载式室内气体遥测系统及方法”的专利技术专利的分案申请。
本专利技术涉及光电分析，尤其涉及机载式室内气体遥测系统及方法。
技术介绍
目前，甲烷遥测仪在天然气泄漏检测中得到了广泛应用，遥测仪采用的基本原理为：通过接收、分析待测区域内气体吸收后的且被墙面反射的光信号，从而获得光路径上的待测气体信息。为了定量表述待测区域内的甲烷的绝对浓度，需同时测量遥测仪到墙面的距离以及在此路径上的甲烷吸收信号。传统的测距光源采用可发射650nm光的激光器，探测器采用硅材料，而遥测仪的光源采用可发射1651nm光的激光器，探测器采用铟镓砷材料。该类型遥测仪具有诸多不足，如：1.结构复杂，需要配备两套光学系统，分别用于测距及吸收信号，重达5公斤左右，如美国汉斯的遥测仪重达5.8公斤；2.无法用于楼宇内各层室内气体的检测。对于具有窗户的室内遥测，现有技术无法确定玻璃窗到墙面的距离，也即无法获得室内的气体含量；对于楼宇二层以上的室内气体的检测，现有遥测仪无能为力。目前，商用多旋翼无人机主要用于航拍等，可利用无人机将设备带到不同楼层窗户外，开展作业。无人机的工作方式主要为以下二种：1.人工操作，无人机操作员可根据无人机所携带摄像机传回地面的图像来进行判断，并做出相应的操作。该方式的不足在于：过分依赖操作员的熟练程度，定位精度得不到保证。2.自动定位方法：在居民楼外面找一个位置点，该位置正对一层用户的窗口，然后让无人机在该点的竖直方向上的定量爬升(每次爬升一个楼层的高度)，认为无人机爬升后停止的位置就正对着用户的窗户。该方式的不足在于：首先无人机在爬升过程中可能偏离竖直方向，会导致无人机与窗口距离的变化；其次，无人机本身不带高度计，只能依赖于GPS定位，定位精度有限，在某些GPS信号不好的地方甚至无法定位；再有，目前常用的多旋翼无人机在爬升过程中可能产生自旋，很可能导致无人机上挂载的测试设备无法正对用户窗户。基于上述无人机精确定位中的技术问题，使得无人机尚未应用在不同楼层室内气体遥测中。
技术实现思路
为解决上述现有技术方案中的不足，本专利技术提供了一种定位精确、高效的机载定位装置。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：机载定位装置，所述机载定位装置包括：旋翼无人机；摄像机，所述摄像机安装在所述旋翼无人机上；存储器，所述存储器用于存储所述摄像机传送来的图像；比对模块，所述比对模块用于比对图像及模板，偏差传送到控制模块；控制模块，所述控制模块用于调整所述旋翼无人机的空间位置及所述摄像机的姿态。根据上述的机载定位装置，优选地，所述模板是所述摄像机拍摄的作为标准楼宇窗户的图像。本专利技术的目的还在于提供了一种应用上述定位装置的高精度、应用领域广、功能强大的机载式室内气体遥测系统，该专利技术目的通过以下技术方案得以实现：机载式室内气体遥测系统，所述机载式室内气体遥测系统包括：无人机装置，所述无人机装置采用上述的机载定位装置；遥测装置，所述遥测装置安装在所述旋翼无人机上，所述遥测装置包括：一个光源，仅有的一个光源用于发出脉冲光信号和测量光，所述测量光的波长覆盖室内待测气体的吸收谱线；所述一个光源安装在所述旋翼无人机上；一个探测器，仅有的一个探测器用于将接收到的被室内不同反射物反射回来的脉冲光信号转换为第一组电信号、以及将接收到的经室内待测气体吸收后并被室内反射物反射回来的测量光转换为第二电信号，并传送到分析模块；所述一个探测器安装在所述旋翼无人机上；分析模块，所述分析模块根据所述探测器得到第一组电信号的时间差得出距离d；以及根据吸收光谱技术得出室内待测气体的含量C：d为室内窗户到墙壁的距离；K为标定系数；b0为零点系数；V2f为气体吸收二次谐波信号的强度；V1f为气体吸收一次谐波信号的强度；S(T)为吸收谱线的温度变化函数；B(P,T)为吸收谱线温度压力补偿关系函数。根据上述的机载式室内气体遥测系统，优选地，所述分析模块设置在监控室或监控车内；所述探测器通过无线方式将输出的电信号传送到所述分析模块。本专利技术的目的还在于提供了一种定位精确、高效的机载定位方法，该专利技术目的通过以下技术方案得以实现：机载定位方法，所述机载定位方法包括以下步骤：(A1)选择旋翼无人机的位置及摄像机的姿态，所述摄像机拍摄的楼宇窗户的图像作为模板，并送存储器存储；(A2)所述旋翼无人机移动到另一窗户外，所述摄像机拍摄该窗户的图像，并传送到比对模块；(A3)比对模块比对接收到的图像及模板，偏差传送到控制模块：若偏差小于阈值，则定位结束；若偏差不小于所述阈值，则进入步骤(A4)；(A4)控制模块调整所述旋翼无人机的空间位置和/或所述摄像机的姿态，再次拍摄窗户的图像，并进入步骤(A3)。根据上述的机载定位方法，优选地，在步骤(A4)中，先调整所述摄像机和/旋翼无人机的姿态，若所述偏差始终不小于所述阈值，则需进一步调整所述旋翼无人机的空间位置。根据上述的机载定位方法，优选地，在步骤(A3)中，提取图像中窗户的角点，与模板中窗户的角点对比。本专利技术的目的还在于提供了一种高精度、应用领域广、功能强大的机载式室内气体遥测方法，该专利技术目的通过以下技术方案得以实现：机载式室内气体遥测方法，所机载式室内气体遥测方法包括以下步骤：(B1)旋翼无人机携带定位装置及遥测装置定位到楼宇的窗户外，定位方式采用上述的机载定位方法；(B2)所述旋翼无人机携带的仅有的一个光源发出脉冲光信号，所述脉冲光信号分别被室内的窗户和墙壁反射，被仅有的一个探测器接收并转换为第一组电信号，并传送到分析模块；所述一个探测器安装在所述旋翼无人机上；所述一个光源发出的测量光射入室内，待测气体吸收后的测量光被所述墙壁反射，被所述一个探测器接收并转换为第二电信号，并传送到分析模块；(B3)分析模块根据所述探测器得到第一组电信号的时间差得出距离d；以及根据吸收光谱技术得出室内待测气体的含量C：d为室内窗户到墙壁的距离；K为标定系数；b0为零点系数；V2f为气体吸收二次谐波信号的强度；V1f为气体吸收一次谐波信号的强度；S(T)为吸收谱线的温度变化函数；B(P,T)为吸收谱线温度压力补偿关系函数。根据上述的机载式室内气体遥测方法，优选地，所述分析模块设置在监控室或监控车内；所述探测器通过无线方式将输出的电信号传送到所述分析模块。根据上述的机载式室内气体遥测方法，优选地，所述分析模块安装在所述无人机上，通过无线方式将所述待测气体的含量C传送到监控室或监控车。根据上述的机载式室内气体遥测方法，可选地，所述机载式室内气体遥测方法进一步包括以下步骤：(B4)若待测气体的含量C不为零，且呈递增趋势，提示报警，并将含量信息发送到业主的通信终端上。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：1.本专利技术创造性地解决了旋翼无人机精确定位到楼宇不同窗户的技术问题，使得无人机能应用在室内气体遥测中；2.定位精确利用多旋翼无人机飞到楼宇的不同窗户处，如不同楼层的窗户，使用图像匹配技术、无人机空间位置调整技术、摄像机姿态调整技术，使得无人机携带的遥测装置相对不同窗户的位置都是相同的，为高精度的遥测室内气体打下基础；3.遥测精度高利用仅有的一套光学系统(仅一个光源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机载式室内气体遥测方法，其特征在于，所述方案包括如下步骤：(B1)旋翼无人机携带定位装置及遥测装置定位到楼宇的窗户外，定位方式包括以下步骤：(A1)选择旋翼无人机的位置及摄像机的姿态，所述摄像机拍摄的楼宇窗户的图像作为模板，并送存储器存储；(A2)所述旋翼无人机移动到另一窗户外，所述摄像机拍摄该窗户的图像，并传送到比对模块；(A3)比对模块比对接收到的图像及模板，提取图像中窗户的角点，与模板中窗户的角点对比；偏差传送到控制模块：若偏差小于阈值，则定位结束，进入步骤(B2)；(A4)控制模块调整所述旋翼无人机的空间位置和/或所述摄像机的姿态，再次拍摄窗户的图像，并进入步骤(A3)；(B2)一个光源发出脉冲光信号，所述脉冲光信号分别被室内的窗户和墙壁反射，被一个探测器接收并转换为第一组电信号，并传送到分析模块；所述一个光源发出的测量光射入室内，待测气体(如甲烷，天然气的主成分是甲烷)吸收后的测量光被所述墙壁反射，被所述一个探测器接收并转换为第二电信号，并传送到分析模块；(B3)分析模块根据所述探测器得到第一组电信号的时间差得出距离d；以及根据吸收光谱技术得出室内待测气体的含量C：

【技术特征摘要】
1.一种机载式室内气体遥测方法，其特征在于，所述方案包括如下步骤：(B1)旋翼无人机携带定位装置及遥测装置定位到楼宇的窗户外，定位方式包括以下步骤：(A1)选择旋翼无人机的位置及摄像机的姿态，所述摄像机拍摄的楼宇窗户的图像作为模板，并送存储器存储；(A2)所述旋翼无人机移动到另一窗户外，所述摄像机拍摄该窗户的图像，并传送到比对模块；(A3)比对模块比对接收到的图像及模板，提取图像中窗户的角点，与模板中窗户的角点对比；偏差传送到控制模块：若偏差小于阈值，则定位结束，进入步骤(B2)；(A4)控制模块调整所述旋翼无人机的空间位置和/或所述摄像机的姿态，再次拍摄窗户的图像，并进入步骤(A3)；(B2)一个光源发出脉冲光信号，所述脉冲光信号分别被室内的窗户和墙壁反射，被一个探测器接收并转换为第一组电信号，并传送到分析模块；所述一个光源发出的测量光射入室内，待测气体(如甲烷，天然气的主成分是甲烷)吸收后的测量光被所述墙壁反射，被所述一个探测器接收并转换为第二电信号，并传送到分析模块；(B3)分析模块根据所述探测器得到第一组电信号的时间差得出距离d；以及根据吸收光谱技术得出室内待测气体的含量C：d为室内窗户到墙壁的距离；K为标定系数；b0为零点系数；V2f为气体吸收二次谐波信号的强度；V1f为气体吸收一次谐波信号的强度；S(T)为吸收谱线的温度变化函数；B(P,T)为吸收谱线温度压力补偿关系函数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若偏差不小于所述阈值，则进入步骤(A4)；在步骤(A4)中，先调整所述摄像机和/旋翼无人机的姿态，若所述偏差始终不小于所述阈值，则需进一步调整所述旋翼无人机的空间位置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述机载式室内气体遥测方法进一步包括以下步骤：(B4)若待测气体的含量C不为零，且呈递增趋势，提示报警，并将含量信息发送到业主的通信终端上。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤(A4)中，先调整所述摄像机和/旋翼无人机的姿态，若所述偏差始终不小于所述阈值，则需进一步调整所述旋翼无人机的空间位置。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤(A3)中，提取图像中窗户的角点，...

【专利技术属性】
技术研发人员：向少卿，李一帆，
申请(专利权)人：上海禾赛光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31