基于无人机的生态环境监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无人机的生态环境监测方法，包括超长航时无人机、小型长航时无人机、任务载荷系统、无线链路以及地面控制站，所述方法为：基于对目标区域超长时间不间断持续监视的任务需求，选择超长航时无人机工作模式；基于对地环境快速响应监测的任务需求，选择小型长航时无人机工作模式；基于对地环境广域持久监测和重点区域或突发事件区域的快速响应监测任务需求，选择超长航时无人机和小型长航时无人机协同工作模式。本发明专利技术有效的弥补了目前全天时全天候下数据可信度低、更新速度慢、时空反应和响应不及时等短板问题。

Monitoring method of ecological environment based on UAV

【技术实现步骤摘要】
基于无人机的生态环境监测方法
本专利技术属于生态环境监测
，具体涉及一种基于无人机的生态环境监测方法。
技术介绍
环境监测是环境保护工作中一项最基础的工作，基层环境监测数据的准确与否，直接影响到环境突发过程中决策的正确与否。目前环境监测技术存在以下突出问题，一是通过现场人工布点采样和短航时无人机技术手段落后，效率低下，跟不上技术发展要求；二是监测数据不全面，可信度低，无论是人工布点采样，还是目前存在的短航时无人机监测技术不能全面反映环境状态的变化，而且全天时和全天候条件下随着时间和空间的变化，上述监测手段反应不连续，数据更新速度低下，造成了监测数据可信度低；三是信息传递时空延时严重，无论是地面分布式测站还是短航时无人机，其数据信息在时空上的互联互通存在明显延迟，不利于决策。
技术实现思路
本专利技术需解决技术问题是提供一种基于无人机的生态环境监测方法，能对大范围区域进行超长时间监视，又能对突发环境事件进行快速响应。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于无人机的生态环境监测方法，包括超长航时无人机、小型长航时无人机、任务载荷系统、无线链路以及地面控制站，所述方法如下：基于对目标区域超长时间不间断持续监视的任务需求，选择超长航时无人机工作模式；基于对地环境快速响应监测的任务需求，选择小型长航时无人机工作模式；基于对地环境广域持久监测和重点区域或突发事件区域的快速响应监测任务需求，选择超长航时无人机和小型长航时无人机协同工作模式。进一步，所述超长航时无人机工作在临近空间15km～24km之间；所述小型长航时无人机工作在低空2000m～5000m之间，持续飞行时间超20小时。进一步，在超长航时无人机工作模式或小型长航时无人机工作模式下，所述无人机在地面控制站测控范围内，单机工作条件下，无人机按照任务规划航迹飞行，并下传飞行状态字至地面控制站，地面控制站根据需要上传遥控指令对无人机进行飞行控制并接收机上任务载荷图像信息；多机工作模式下，地面控制站对任务进行规划并根据规划完成对多机的协同控制。所述无人机在测控范围以外飞行时，地面控制站控制测控范围内某一无人机作为空中测控主节点，通过该无人机载机间数据链实现对其它无人机的控制。进一步，在超长航时无人机和小型长航时无人机协同工作模式下，选择任意某一无人机作为单独节点与地面控制站互联，或作为空中控制主节点完成对其它无人机的远距离测控。进一步，针对多架同构无人机或多架异构无人机建立集群组网协同控制，地面控制站与无人机间的控制方式包括如下两种：控制中心为地面控制站，该模式下地面控制站完成任务规划、任务航迹计算、遥控指令生成与上传，无人机作为控制的一个节点仅与控制站之间有信息交互，而无人机之间无直接的信息交互；地面控制站作为主控制节点实现对空中一个节点实行控制，空中的该节点作为副控制节点实现对其它节点的控制。进一步，所述在超长航时无人机和小型长航时无人机协同工作模式下，对多传感器数据进行融合，所述多传感器数据融合包括像素级数据融合与特征级数据融合，所述像素级数据融合借助载荷图像信息、载机位置姿态信息进行像素级图像融合处理进而获取图像特征，所述特征级数据融合即基于图像目标特征提取结果进行目标辨识，描述其属性。进一步，在协同工作模式下，所述任务载荷系统包括可见光和红外相机、多光谱载荷和合成孔径雷达，所述可见光和红外相机用于完成全天时大区域成像，所述合成孔径雷达用于复杂气象条件下成像监测，所述多光谱载荷用于特定环境条件下区域监测。本专利技术相对其他技术的有益效果如下：(1)采用超长航时无人机进行环境监测，有效解决了目前人工布站和短程无人机监测效率低下问题；(2)采用小型长航时无人机实现了对突发环境事件的快速响应。(3)采用基于任务的集群组网协同控制，实现了广域无隙监视。(4)采用数据融合技术实现了多探测器数据融合，提高了系统监测效能。附图说明图1为本专利技术超长航时无人机工作模式示意图。图2为本专利技术小型长航时无人机工作模式示意图。图3为本专利技术协同工作模式控制流程框图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。本专利技术生态环境监测包括超长航时无人机、小型长航时无人机、任务载荷系统以及地面控制站。本专利技术基于无人机的生态环境监测方法，具体如下：(1)基于对目标区域超长时间不间断持续监视的任务需求，选择超长航时无人机工作模式。临近空间高度介于20km～100km之间，所述超长航时无人机如太阳能飞机工作在15km～24km之间，该高度范围内空气密度随高度增加而减少，在20km处气体压强为海平面的5％左右，风也随高度及纬度变化而不同，理论与测试表明在20km～24km高度基本无风，非常适合太阳能等低动态超长航时无人机长时间驻留，利用太阳能实现临近空间高度不间断工作。选用一架或多架临近空间太阳能无人机，无人机携带无线链路与地面控制站组成无人机系统。单机工作条件下，在地面测控站测控范围内，无人机按照任务规划航迹飞行，并下传飞行状态字至地面控制站，地面控制站根据需要上传遥控指令对无人机进行飞行控制并接收机上任务载荷图像信息。多机工作模式下，在地面控制站测控范围内，控制站对任务进行规划并根据规划完成对多机的协同控制，如果因为任务需要无人机在测控范围以外飞行，此时地面站控制测控范围内某一无人机作为空中测控主节点，通过该无人机载机间数据链实现对其它无人机的控制，该模式下任务载荷图像信息经过预处理等环节后经压缩后传至空中测控无人机回传至地面站，在地面站完成进一步处理，携带的任务载荷包括可见光/红外相机、合成孔径雷达等，其工作模式如图1所示。(2)基于对地环境快速响应监测的任务需求，选择小型长航时无人机工作模式。该模式是为了满足突发环境事件快速响应需求，工作时对整个系统展开及撤收的时间要求在30分钟以内。小型长航时无人机工作在低空2000m～5000m之间，持续飞行时间超20小时。单选用一架或多架小型长航时无人机携带无线链路与地面控制站组成无人机系统，单机工作条件下，在地面控制站测控范围内，无人机按照任务规划航迹飞行，并下传飞行状态字至地面控制站，地面控制站根据需上传遥控指令对无人机进行飞行控制并接受机载任务载荷图像信息。多机工作模式下，在地面控制站测控范围内，控制站对任务进行规划并根据规划完成对多机的协同控制，如果因为任务需要无人机在测控范围以外飞行，此时地面控制站控制测控范围内某一无人机作为空中测控主节点，通过该无人机载机间数据链实现对其它无人机的控制，该模式下任务载荷图像信息经过预处理等环节后存贮于机载存储器，飞机返航后在地面站完成进一步数据处理，由于任务载重限制，小型长航时无人机携带可见光、红外相机以及多光谱相机进行目标区域情报获取，其工作模式如图2所示。(3)基于对地环境广域持久监测和重点区域或突发事件区域的快速响应监测任务需求，选择超长航时无人机和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人机的生态环境监测方法，包括超长航时无人机、小型长航时无人机、任务载荷系统、无线链路以及地面控制站，所述方法如下：/n基于对目标区域超长时间不间断持续监视的任务需求，选择超长航时无人机工作模式；/n基于对地环境快速响应监测的任务需求，选择小型长航时无人机工作模式；/n基于对地环境广域持久监测和重点区域或突发事件区域的快速响应监测任务需求，选择超长航时无人机和小型长航时无人机协同工作模式。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的生态环境监测方法，包括超长航时无人机、小型长航时无人机、任务载荷系统、无线链路以及地面控制站，所述方法如下：
基于对目标区域超长时间不间断持续监视的任务需求，选择超长航时无人机工作模式；
基于对地环境快速响应监测的任务需求，选择小型长航时无人机工作模式；
基于对地环境广域持久监测和重点区域或突发事件区域的快速响应监测任务需求，选择超长航时无人机和小型长航时无人机协同工作模式。


2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的生态环境监测方法，其特征在于：所述超长航时无人机工作在临近空间15km～24km之间。


3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的生态环境监测方法，其特征在于：所述小型长航时无人机工作在低空2000m～5000m之间，持续飞行时间超20小时。


4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的生态环境监测方法，其特征在于：在超长航时无人机工作模式或小型长航时无人机工作模式下，所述无人机在地面控制站测控范围内，单机工作条件下，无人机按照任务规划航迹飞行，并下传飞行状态字至地面控制站，地面控制站根据需要上传遥控指令对无人机进行飞行控制并接收机上任务载荷图像信息；多机工作模式下，地面控制站对任务进行规划并根据规划完成对多机的协同控制。


5.根据权利要求4所述的一种基于无人机的生态环境监测方法，其特征在于：所述无人机在测控范围以外飞行时，地面控制站控制测控范围内某一无人机作为空中测控主节点，通过该无人机载机间数据链实现对其它无人机的控制。

【专利技术属性】
技术研发人员：黄敏，刘航，殷志宏，杜越洋，
申请(专利权)人：海鹰航空通用装备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11