一种用在林业勘测工作中的定位装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用在林业勘测工作中的定位装置，该装置系统包括便携式无人机、手持机，便携式无人机包括无人机、GNSS定位单元、可见光摄像机、红外摄像机、处理单元、第一通信单元；手持机包括飞控单元、第二通信单元和显示屏。本发明专利技术还公开了一种用在林业勘测工作中的定位装置的定位方法，无人机利用红外摄像机捕获工作人员并实施定位跟踪，通过跟踪数据控制无人机姿态，确保无人机始终保持在人员正上方且高度超过所处树林的最高值，将无人机GNSS接收机接收到的定位数据附加上无人机与人员的高度差实时传输到工作人员手持机上，通过手持机显示屏实时显示定位位置。本发明专利技术能够排除林业环境对GNSS定位的干扰，具备实时精准定位的优点。

A positioning device and method used in Forestry Survey

【技术实现步骤摘要】
一种用在林业勘测工作中的定位装置及方法
本专利技术涉及红外视觉跟踪与定位
，特别是一种用在林业勘测工作中的定位装置及方法。
技术介绍
现代林业勘测广泛涉及地形图测绘、基础控制网等基础勘测，还有界线、勘界、地籍等界址勘测以及数字化勘测、信息化勘测等内容，这些工作都需要测量精准的位置。近年来，随着全球卫星导航定位系统理论和技术的逐步完善，卫星导航定位系统在测绘行业各个领域也得到了快速的应用和推广。但是，由于卫星导航定位的工作特点与林业区域中多树木环境的成为了影响定位精度的主要矛盾。因此，卫星导航定位的精度一直无法满足林业精准勘测调查设计的需求。如何提高卫星导航定位的精度以完成林业勘测调查设计工作要求，是值得研究的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种用在林业勘测工作中的定位装置及方法，本专利技术大幅度提高定位精度。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种用在林业勘测工作中的定位装置，包括便携式无人机和手持机，便携式无人机包括无人机、GNSS定位单元、云台、可见光摄像机、红外摄像机、处理单元和第一通信单元；手持机包括飞控单元、第二通信单元和显示屏；可见光摄像机与红外摄像机设置在云台上，云台设置在无人机上；GNSS定位单元，用于将无人机空间位置的定位信息经第一通信单元输出至第二通信单元；可见光摄像机、红外摄像机，用于将所拍摄的视频画面经第一通信单元输出至第二通信单元，视频画面同时也输出至处理单元；处理单元，用于根据视频画面计算出工作人员的位置，根据工作人员的位置与预定位置的差值对无人机飞行电机进行闭环控制完成无人机的飞行控制操作。第二通信单元，用于将接收的飞行控制操作指令输出至飞控单元，将接收的无人机的视频画面和定位信息输出至显示屏；飞控单元，用于根据飞行控制操作指令操控无人机的飞行。作为本专利技术所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置进一步优化方案，所述GNSS定位单元包括RTK-GPS接收机和天线，用于无人机空间位置的定位。作为本专利技术所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置进一步优化方案，所述GNSS定位单元还包括数字气压计，用于计算无人机飞行的高度信息。作为本专利技术所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置进一步优化方案，所述可见光摄像机位于云台上前端，镜头方向与无人机中轴线成一定夹角，用于获取观测周围事物视频信息。作为本专利技术所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置进一步优化方案，所述红外摄像机位于云台中心，镜头垂直向下，用于在高空中捕获工作人员位置，并对工作人员进行红外跟踪。作为本专利技术所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置进一步优化方案，显示屏用于显示所在区域的地图信息、无人机的摄像画面和无人机的实时位置信息。作为本专利技术所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置进一步优化方案，所述手持机还包括与第二通信模块连接的存储单元，用于对林业勘测工作人员的实时位置信息进行存储。基于上述的一种用在林业勘测工作中的定位装置的定位方法，包括以下步骤：S1：将无人机放置于地面上，通过GNSS定位单元获取位置信息，记录当前的高程信息，与无人机上的数字气压计所测海拔高度进行校对和匹配；S2：将无人机放飞，飞行高度要求超过该林业区域树木最高值十米以上，通过飞行位置的定位信息与飞行前的位置高程信息差进行飞行高度校正；S3：通过手持机手动控制无人机，在保证飞行高度要求的同时，将无人机悬停于工作人员正上方，通过手持机屏幕接收到的红外摄像机传回的画面进行调整，使得工作人员位于红外摄像机视域画面的正中心，红外摄像机能够捕获工作人员；S4：林业勘测工作人员在移动时，位置偏离红外摄像机中心点，红外摄像机计算捕获目标点与中心点之间的距离和方向差值；S5：红外摄像机将摄像画面捕捉的差值传输到无人机的处理单元，处理单元根据差值信息对无人机飞行电机进行闭环控制完成无人机的飞行控制操作，并确保工作人员始终位于红外摄像机视域范围的中心点，即无人机的正下方；S6：通过手持机中的数字气压计依据气压的变化获得林业勘测工作人员当前位置相对于工作起始点的高度差，将高度差信息传输给无人机的处理单元；S7：无人机的处理单元收到手持机所发送的高度差信息后，根据高度差的信息及时调整飞行电机进行闭环控制，使得无人机与林业勘测工作人员的相对高度保持一致；S8：无人机处理单元通过红外摄像机捕获跟踪目标的信息和手持机反馈的高度差值进行控制无人机飞行电机，实现无人机在保证相距高度的同时自适应的紧密跟随林业勘测人员飞行；S9：将实时收到GNSS定位模块的位置信息通过无人机的第一通信模块发送到手持机上，手持机接收到无人机所获得的位置信息后减去无人机与手持机之间的高度差，所得的坐标即是手持机的当前时刻的坐标；S10：手持机一方面将计算得出的实时坐标信息结合地图信息通过手持机的显示屏进行实时更新显示；另一方面将实时位置进行存储，勘测工作结束后通过遍历每个时刻的位置坐标即生成林业勘测人员的工作轨迹路线。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)摆脱林业环境对GNSS定位的干扰，大幅度提高定位精度；(2)通过无人机的可见光摄像机，便于林业勘测人员对工作周围环境信息的观察；(3)本专利技术可有效地帮助林业勘测人员更好地开展航线预设、面积勘测、森林防火以及古树名木位置测定等工作，在节省成本的同时可大大提高定位精度和工作效率。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种用在林业勘测工作中的精准定位装置的工作示意图。图2是本专利技术实施例提供的一种用在林业勘测工作中的精准定位装置的示意图。图3是本专利技术实施例提供的一种用在林业勘测工作中的精准定位方法的流程示意图。图4是本专利技术实施例提供的一种目标自适应平行跟踪控制的框图。图5是本专利技术中可见光摄像机和红外摄像机视野范围的示意图。图6a是本专利技术红外摄像机拍摄画面中捕捉到目标(工作人员)的示意图。图6b是本专利技术红外摄像机拍摄画面中未捕捉到目标(工作人员)的示意图。图6c是本专利技术红外摄像机拍摄画面中捕捉到目标(工作人员)与视域中心位置差距的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本专利技术进行详细描述。实施例一图2是本专利技术实施例提供的一种用在林业勘测工作中的精准定位装置的示意图，如图2所示，该装置包括：无人机和手持机。所述无人机与手持机之间的通信可以采用任意方式的无线通信技术，比如可以采用WI-FI、蓝牙、4G通信或者5G通信等技术实现，本专利技术专利在此不予限定。其中，所述无人机为便携式四旋翼无人机，结构相对简单轻便，方便携带。具体地，所述无人机包括无人机身、四个无人机飞行螺旋桨和云台，所述机身上包括GNSS定位单元、处理单元和通信单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用在林业勘测工作中的定位装置，其特征在于，包括便携式无人机和手持机，便携式无人机包括无人机、GNSS定位单元、云台、可见光摄像机、红外摄像机、处理单元和第一通信单元；手持机包括飞控单元、第二通信单元和显示屏；可见光摄像机与红外摄像机设置在云台上，云台设置在无人机上；/nGNSS定位单元，用于将无人机空间位置的定位信息经第一通信单元输出至第二通信单元；/n可见光摄像机、红外摄像机，用于将所拍摄的视频画面经第一通信单元输出至第二通信单元，视频画面同时也输出至处理单元；/n处理单元，用于根据视频画面计算出工作人员的位置，根据工作人员的位置与预定位置的差值对无人机飞行电机进行闭环控制完成无人机的飞行控制操作；/n第二通信单元，用于将接收的飞行控制操作指令输出至飞控单元，将接收的无人机的视频画面和定位信息输出至显示屏；/n飞控单元，用于根据飞行控制操作指令操控无人机的飞行。/n

【技术特征摘要】
1.一种用在林业勘测工作中的定位装置，其特征在于，包括便携式无人机和手持机，便携式无人机包括无人机、GNSS定位单元、云台、可见光摄像机、红外摄像机、处理单元和第一通信单元；手持机包括飞控单元、第二通信单元和显示屏；可见光摄像机与红外摄像机设置在云台上，云台设置在无人机上；
GNSS定位单元，用于将无人机空间位置的定位信息经第一通信单元输出至第二通信单元；
可见光摄像机、红外摄像机，用于将所拍摄的视频画面经第一通信单元输出至第二通信单元，视频画面同时也输出至处理单元；
处理单元，用于根据视频画面计算出工作人员的位置，根据工作人员的位置与预定位置的差值对无人机飞行电机进行闭环控制完成无人机的飞行控制操作；
第二通信单元，用于将接收的飞行控制操作指令输出至飞控单元，将接收的无人机的视频画面和定位信息输出至显示屏；
飞控单元，用于根据飞行控制操作指令操控无人机的飞行。


2.根据权利要求1所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置，其特征在于，所述GNSS定位单元包括RTK-GPS接收机和天线，用于无人机空间位置的定位。


3.根据权利要求1所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置，其特征在于，所述GNSS定位单元还包括数字气压计，用于计算无人机飞行的高度信息。


4.根据权利要求1所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置，其特征在于，所述可见光摄像机位于云台上前端，镜头方向与无人机中轴线成一定夹角，用于获取观测周围事物视频信息。


5.根据权利要求1所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置，其特征在于，所述红外摄像机位于云台中心，镜头垂直向下，用于在高空中捕获工作人员位置，并对工作人员进行红外跟踪。


6.根据权利要求1所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置，其特征在于，显示屏用于显示所在区域的地图信息、无人机的摄像画面和无人机的实时位置信息。


7.根据权利要求1所述的一种用在林业勘测工作中的定位装置，其特征在于，所述手持机还包括与第二通信模块连接的存储单元，用于对林业勘测工...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆，张昊，严超，张波，徐建龙，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32