基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统和方法，其通过超声测距和双目拍摄相结合的方式，对无人机在水文监测过程中快速和准确地识别障碍物的存在情况，以此使无人机能够自动躲避障碍物，从而提高无人机在水文监测过程中的避障准确性、缩短水文监测的周期和降低监测成本。周期和降低监测成本。周期和降低监测成本。

【技术实现步骤摘要】
基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统和方法


[0001]本专利技术涉及无人机水文监测的
，特别涉及基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统和方法。

技术介绍

[0002]目前，已经采用无人机对河流或者湖泊等大面积水体区域进行水文监测，通过无人机在相应水体区域上空进行巡查拍摄，能够在节省大量人力物力的情况下，对水体区域进行全面和快速的水文监测。但是，对于实际的水文监测操作，无人机在飞行或者降落过程中会不可避免地遇到障碍物，为了有效地躲避这些障碍物，现有技术通常在无人机上安装专门的自主避障设备控制无人机的飞行，但是这种自主避障设备不仅价格昂贵，并且是裸露在无人机的外部，若长时间不适用则容易造成自主避障设备的损坏，从而降低无人机在水文监测过程中的避障准确性和增大水文监测的周期和成本。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统和方法，在无人机机体飞行或者降落过程中，利用超声波测距模块向外界发射超声波信号以及接收相应的超声回波信号和双目摄像模块对无人机机体所处的外界环境进行双目拍摄而得到双目影像，分析超声回波信号和双目影像，确定无人机机体在飞行或者降落过程中的障碍物的存在位置和形状尺寸，以此调整无人机机体的飞行状态，从而使无人机机体在飞行或者降落过程中进入避障飞行模式，其通过超声测距和双目拍摄相结合的方式，对无人机在水文监测过程中快速和准确地识别障碍物的存在情况，以此使无人机能够自动躲避障碍物，从而提高无人机在水文监测过程中的避障准确性、缩短水文监测的周期和降低监测成本。
[0004]本专利技术提供基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统，其特征在于，其包括无人机机体、超声波测距模块、双目摄像模块、数据处理模块和飞行控制模块；其中，
[0005]所述无人机机体用于对目标水体区域进行水文摄像监测；
[0006]所述无人机机体的下方设置有所述超声波测距模块和所述双目摄像模块；
[0007]所述超声波测距模块用于在所述无人机机体飞行或者降落过程中，向外界发射超声波信号以及接收相应的超声回波信号；
[0008]所述数据处理模块用于分析所述超声回波信号，以此确定所述无人机机体在飞行或者降落过程中是否存在障碍物；
[0009]所述双目摄像模块用于在确定所述无人机机体在飞行或者降落过程中存在障碍物时，对所述无人机机体所处的外界环境进行双目拍摄，从而采集得到相应的双目影像；
[0010]所述数据处理模块还用于分析所述双目影像，以此确定所述障碍物的存在位置和形状尺寸；
[0011]所述飞行控制模块用于根据所述障碍物的存在位置和形状尺寸，调整无人机机体
的飞行状态，从而使所述无人机机体在飞行或者降落过程中进入避障飞行模式；
[0012]进一步，所述无人机机体包括无人机机身、力臂、旋翼、旋翼电机、脚架、浮筒、电子调速器、水流传感器和挂载机构；
[0013]所述力臂与所述无人机机身铰接；
[0014]所述旋翼电机设置在所述力臂的尾端，所述旋翼电机的旋转轴与所述旋翼连接；
[0015]所述脚架设置在所述无人机机身的下部，所述浮筒设置在所述脚架上；
[0016]所述飞行控制模块通过所述电子调速器与所述旋翼电机连接，从而驱动所述旋翼电机运转以改变旋翼的旋转速度；
[0017]所述浮筒上设置有所述水流传感器；
[0018]所述超声波测距模块和所述双目摄像模块通过所述挂载机构插接在所述无人机机体的下方；
[0019]进一步，所述力臂的数量为四个，四个力臂沿周向均匀铰接在所述无人机机身上；
[0020]所述旋翼电机的数量为四个，每个旋翼电机一一对应设置在所述力臂上；
[0021]所述旋翼的数量为四个，每个旋翼一一对应地与所述旋翼电机的旋转轴连接；
[0022]所述脚架的数量为两个，两个脚架对称设置在所述无人机机身的下部，每个脚架通过螺钉连接在所述无人机机身的下部；
[0023]所述无人机机身内部还设置有锂电池，所述锂电池与每个旋翼电机供电连接；
[0024]进一步，所述数据处理模块还用于分析所述超声回波信号，以此确定所述无人机机体是否降落在水面上；
[0025]当确定所述无人机机体降落在水面上，则通过所述水流传感器检测降落区域在所述无人机机体前进方向和侧向方向上的水流流速矢量；其中，所述水流流速矢量包括水流速率和水流方向；
[0026]所述数据处理模块用于根据所述水流流速矢量，确定所述无人机机体在水面上航行过程中对应的航行阻力；
[0027]所述飞行控制模块用于根据所述航行阻力，调整所述旋翼电机的转速，以驱动对应的旋翼改变自身的旋转速度，从而使所述无人机机体能够沿着指定路径在水面上航行；
[0028]进一步，所述飞行控制模块根据所述障碍物的存在位置和形状尺寸，调整无人机机体的飞行状态，从而使所述无人机机体在飞行或者降落过程中进入避障飞行模式具体包括：
[0029]根据所述障碍物的存在位置，确定所述无人机机体与所述障碍物之间的实际距离；
[0030]将所述实际距离与预设距离阈值进行比对；
[0031]若所述实际距离大于或等于预设距离阈值，则保持所述无人机机体当前的飞行路径和飞行速度不变；
[0032]若所述实际距离小于预设距离阈值，则将减小所述无人机机体的飞行速度，同时根据所述障碍物的形状尺寸，确定所述无人机机体当前的飞行路径是否与所述障碍物存在重叠；
[0033]若所述无人机机体当前的飞行路径不与所述障碍物存在重叠，则增大所述无人机机体的飞行速度；
[0034]若所述无人机机体当前的飞行路径与所述障碍物存在重叠，则改变所述无人机机体的飞行方向，从而使所述无人机机体的飞行路径远离所述障碍物。
[0035]本专利技术还提供基于双目视觉的无人机水文监测自主避障方法，其特征在于，其包括：
[0036]当无人机机体对目标水体区域进行水文摄像监测时，在所述无人机机体飞行或者降落过程中，利用超声波测距模块向外界发射超声波信号以及接收相应的超声回波信号；分析所述超声回波信号，以此确定所述无人机机体在飞行或者降落过程中是否存在障碍物；
[0037]当确定所述无人机机体在飞行或者降落过程中存在障碍物时，利用双目摄像模块对所述无人机机体所处的外界环境进行双目拍摄，从而采集得到相应的双目影像；分析所述双目影像，以此确定所述障碍物的存在位置和形状尺寸；
[0038]根据所述障碍物的存在位置和形状尺寸，调整所述无人机机体的飞行状态，从而使所述无人机机体在飞行或者降落过程中进入避障飞行模式；
[0039]进一步，所述无人机水文监测自主避障方法还包括：
[0040]分析所述超声回波信号，以此确定所述无人机机体是否降落在水面上；
[0041]当确定所述无人机机体降落在水面上，则利用水流传感器检测降落区域在所述无人机机体前进方向和侧向方向上的水流流速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统，其特征在于，其包括无人机机体、超声波测距模块、双目摄像模块、数据处理模块和飞行控制模块；其中，所述无人机机体用于对目标水体区域进行水文摄像监测；所述无人机机体的下方设置有所述超声波测距模块和所述双目摄像模块；所述超声波测距模块用于在所述无人机机体飞行或者降落过程中，向外界发射超声波信号以及接收相应的超声回波信号；所述数据处理模块用于分析所述超声回波信号，以此确定所述无人机机体在飞行或者降落过程中是否存在障碍物；所述双目摄像模块用于在确定所述无人机机体在飞行或者降落过程中存在障碍物时，对所述无人机机体所处的外界环境进行双目拍摄，从而采集得到相应的双目影像；所述数据处理模块还用于分析所述双目影像，以此确定所述障碍物的存在位置和形状尺寸；所述飞行控制模块用于根据所述障碍物的存在位置和形状尺寸，调整无人机机体的飞行状态，从而使所述无人机机体在飞行或者降落过程中进入避障飞行模式。2.如权利要求1所述的基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统，其特征在于：所述无人机机体包括无人机机身、力臂、旋翼、旋翼电机、脚架、浮筒、电子调速器、水流传感器和挂载机构；所述力臂与所述无人机机身铰接；所述旋翼电机设置在所述力臂的尾端，所述旋翼电机的旋转轴与所述旋翼连接；所述脚架设置在所述无人机机身的下部，所述浮筒设置在所述脚架上；所述飞行控制模块通过所述电子调速器与所述旋翼电机连接，从而驱动所述旋翼电机运转以改变旋翼的旋转速度；所述浮筒上设置有所述水流传感器；所述超声波测距模块和所述双目摄像模块通过所述挂载机构插接在所述无人机机体的下方。3.如权利要求2所述的基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统，其特征在于：所述力臂的数量为四个，四个力臂沿周向均匀铰接在所述无人机机身上；所述旋翼电机的数量为四个，每个旋翼电机一一对应设置在所述力臂上；所述旋翼的数量为四个，每个旋翼一一对应地与所述旋翼电机的旋转轴连接；所述脚架的数量为两个，两个脚架对称设置在所述无人机机身的下部，每个脚架通过螺钉连接在所述无人机机身的下部；所述无人机机身内部还设置有锂电池，所述锂电池与每个旋翼电机供电连接。4.如权利要求2或3所述的基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统，其特征在于：所述数据处理模块还用于分析所述超声回波信号，以此确定所述无人机机体是否降落在水面上；当确定所述无人机机体降落在水面上，则通过所述水流传感器检测降落区域在所述无人机机体前进方向和侧向方向上的水流流速矢量；其中，所述水流流速矢量包括水流速率和水流方向；
所述数据处理模块用于根据所述水流流速矢量，确定所述无人机机体在水面上航行过程中对应的航行阻力；所述飞行控制模块用于根据所述航行阻力，调整所述旋翼电机的转速，以驱动对应的旋翼改变自身的旋转速度，从而使所述无人机机体能够沿着指定路径在水面上航行。5.如权利要求2或3所述的基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统，其特征在于：所述飞行控制模块根据所述障碍物的存在位置和形状尺寸，调整无人机机体的飞行状态，从而使所述无人机机体在飞行或者降落过程中进入避障飞行模式具体包括：根据所述障碍物的存在位置，确定所述无人机机体与所述障碍物之间的实际距离；将所述实际距离与预设距离阈值进行比对；若所述实际距离大于或等于预设距离阈值，则保持所述无人机机体当前的飞行路径和飞行速度不变；若所述实际距离小于预设距离阈值，则将减小所述无人机机体的飞行速度，同时根据所述障碍物的形状尺寸，确定所述无人机机体当前的飞行路径是否与所述障碍物存在重叠；若所述无人机机体当前的飞行路径不与所述障碍物存在重叠，则增大所述无人机机体的飞行速度；若所述无人机机体当前的飞行路径与所述障碍物存在重叠，则改变所述无人机机体的飞行方向，从而使所述无人机机体的飞行路径远离所述障碍物。6.基于双目视觉的无人机水文监测自主避障方法，其特征在于，其包括：当无人机机体对目标水体区域进行水文摄像监测时，在所述无人机机体飞行或者降落过程中，利用超声波测距模块向外界发射超声波信号以及接收相应的超声回波信号；分析所述超声回波信号，以此确定所述无人机机体在飞行或者降落过程中是否存在障碍物；当确定所述无人机机体在飞行或者降落过程中存在障碍物时，利用双目摄像模块对所述无人机机体所处的外界环境进行双目拍摄，从而采集得到相应的双目影像；分析所述双目影像，以此确定所述障碍物的存在位置和形状尺寸；根据所述障碍物的存在位置和形状尺寸，调整所述无人机机体的飞行状态，从而使所述无人机机体在飞行或者降落过程中进入避障飞行模式。7.如权利要求6所述的基于双目视觉的无人机水文监测自主避障方法，其特征在于：所述无人机水文监测自主避障方法还包括：分析所述超声回波信号，以此确定所述无人机机体是否降落在水面上；当确定所述无人机机体降落在水面上，则利用水流传感器检测降落区域在所述无人机机体前进方向和侧向方向上...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔忠伟，桑海伟，吴恋，杨国荣，王晴晴，游顺才，左欣，
申请(专利权)人：贵州师范学院，
类型：发明
国别省市：