一种无人机载流动重力测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机载流动重力测量系统及方法，重力测量系统包括：重力仪运载模块、MEMS重力仪和自动调平装置；重力仪运载模块用于根据预先设定好的飞行路线将所述MEMS重力仪运送至指定测量点；MEMS重力仪用于对所述指定测量点的重力进行测量；自动调平装置用于对所述MEMS重力仪进行调平从而确保所述MEMS重力仪在测量过程中始终处于水平位置。本发明专利技术中利用无人机代替车辆或人工运载MEMS重力仪，可远程操纵或依据设定测量点位置自动实现不同测量点的重力测量，节省了人力成本，提高测量效率和测量精度，尤其在交通条件差、自然环境恶劣的区域测量优势更加显著。然环境恶劣的区域测量优势更加显著。然环境恶劣的区域测量优势更加显著。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机载流动重力测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及精密重力测量领域，更具体地，涉及一种由无人机搭载MEMS重力仪开展流动重力测量的系统及方法。

技术介绍

[0002]在地球附近空间，物体受地球引力影响。但由于地球不是一个完全规则的球体、地表地质结构不一样、不同纬度所受的向心力大小不同等因素，地球上不同位置的重力加速度有微小的区别。精确测量重力加速度微弱变化已经被广泛应用于地震预测、资源勘探、重力导航等诸多方面。除此之外，重力测量对远程导弹、人造地球卫星和宇宙飞船运行轨迹的精确推算也有重要作用。
[0003]我国重力观测网由台站式重力观测量点和流动式重力观测量点组成。常规流动重力测量通过车辆与人员搬运相对重力仪按照规划的测网前往每一个测量点进行测量，成本高、效率低，在人迹罕至或环境条件恶劣的测量点测量难度尤其巨大。而无人机载测量技术具有自动化、智能化、专用化等特点，目前已经在地形测绘、电磁测量等大地测量领域开展应用，在机动性、高效性、经济性等方面展现显著优势。
[0004]MEMS重力仪的出现为相对重力测量提供更加轻便、低价的仪器选择。将利用无人机运载MEMS重力仪开展流动重力测量，可望实现智能化、高效流动重力测量，显著减少人工成本，减小人身安全隐患，具有广阔的应用前景。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种无人机载流动重力测量系统及方法，旨在解决现有技术中的流动重力测量通过车辆与人员搬运相对重力仪按照规划的测网前往每一个测量点进行测量导致成本高且测量效率低的问题。
[0006]本专利技术提供了一种无人机载流动重力测量系统，包括：重力仪运载模块、MEMS重力仪和自动调平装置；所述重力仪运载模块用于根据预先设定好的飞行路线将所述MEMS重力仪运送至指定测量点；所述MEMS重力仪用于对所述指定测量点的重力进行测量；所述自动调平装置用于对所述MEMS重力仪进行调平从而确保所述MEMS重力仪在测量过程中始终处于水平位置。
[0007]更进一步地，所述重力仪运载模块包括：机翼、机身、起落架、摄像头、GNSS系统、飞控系统和连接控制器；所述机身作为所述重力仪运载模块的主体，用于将所述机翼、所述起落架、所述摄像头、所述GNSS系统、所述飞控系统和所述连接控制器连接成一个整体；所述机翼和所述飞控系统用于控制所述重力仪运载模块的飞行姿态；所述连接控制器用于配合连接杆连接重力仪运载模块和重力仪；所述摄像头用于实时采集并传输飞行环境；所述GNSS系统用于定位导航。
[0008]更进一步地，所述MEMS重力仪包括：MEMS加速度计、检测控制电路、温控系统、真空管壳、数据采集传输系统和连接杆；所述MEMS加速度计用于检测地球重力场的重力加速度
信号；所述检测控制电路用于对所述重力加速度信号进行提取转换输出，同时采用PID磁负反馈控制加速度计弹簧振子的平衡位置；所述数据采集传输系统用于采集存储传输从检测控制电路输出的加速度信号；所述连接杆用于配合所述连接控制器连接所述重力仪运载模块和所述MEMS重力仪；所述温控系统用于为所述MEMS加速度计提供恒温环境；所述真空管壳用于将所述MEMS加速度计封装在管壳内部，并提供真空环境。
[0009]更进一步地，所述温控系统包括：温控电路、外层保温层、外层加热膜、内层保温层和内层加热膜；所述温控电路用于控制系统的温度环境；所述外层保温层用于通过减小外层的温度波动来提供温控效果；所述外层加热膜用于控制外层处于恒温状态；所述内层保温层用于通过减小内层的温度波动来提供温控效果；所述内层加热膜用于控制内层处于恒温状态。
[0010]更进一步地，所述温控电路包括：热敏电阻、PID反馈控制电路和压流转换器，所述热敏电阻用于检测系统的温度变化；所述PID反馈控制电路用于根据所述热敏电阻检测的结果进行反馈控制，并将系统控制在所需的温度环境；所述压流转换器用于驱动所述内层加热膜和所述外层加热膜工作。
[0011]更进一步地，所述自动调平装置包括：调平面、倾斜仪、控制器、电机和调平杆；所述调平面用于支撑和固定所述MEMS重力仪并确保所述MEMS重力仪在测量过程中始终处于水平位置；所述倾斜仪用于监测记录所述调平面的倾角，并将角度信号输出；所述控制器接收所述角度信号，并根据角度信号控制电机工作；所述电机根据控制器的指令控制三轴调平杆的状态，使得所述调平面控制在水平位置。
[0012]本专利技术还提供了一种基于上述的无人机载流动重力测量系统实现的重力测量方法，包括下述步骤：
[0013]根据待测量点绘制测量网络并获得无人机飞行路线；
[0014]根据所述无人机飞行路线，通过GNSS导航并由无人机携带MEMS重力仪前往指定测量点；
[0015]通过自动调平装置对MEMS重力仪进行调平处理并确保所述MEMS重力仪在测量过程中始终处于水平位置；
[0016]通过MEMS重力仪对所述指定测量点的重力进行测量。
[0017]更进一步地，根据所述无人机飞行路线，通过GNSS导航并由无人机携带MEMS重力仪对剩余测量点依次进行重力测量；并当测量完成后，由无人机携带重力仪返回基地。
[0018]其中，当无人机或MEMS重力仪的电池储能不足30％时，发出警报，并由无人机携带MEMS重力仪返回基地进行更换电池或充电后，再对剩余的测量点进行重力测量。
[0019]更进一步地，还可以根据飞行路程最小的原则获得无人机飞行路线。
[0020]与现有的流动重力测量相比，本专利技术具有如下优势：
[0021]本专利技术中利用无人机代替车辆或人工运载MEMS重力仪，可远程操纵或依据设定测量点位置自动实现不同测量点的重力测量，节省了人力成本，提高测量效率，尤其在交通条件差、自然环境恶劣的区域测量优势更加显著。此外，程控流动重力测量还有望减小人为因素导致的测量误差。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例提供的无人机载流动式重力测量系统示意图。
[0023]图2是本专利技术实施例提供的重力仪运载模块示意图。
[0024]图3是本专利技术实施例提供的本专利技术实施例提供MEMS重力仪示意图。
[0025]图4是本专利技术实施例提供的自动调平装置示意图。
[0026]图5是本专利技术实施例提供的流动重力测量飞行路线示意图。
[0027]图6是本专利技术实施例提供的无人机载测量过程示意图。
[0028]图7是本专利技术实施例提供的无人机载流动式重力测量工作流程图。
[0029]附图标号含义分别如下：1为重力仪运载模块，2为MEMS重力仪，3为自动调平仪，11为无人机机翼，12为无人机机身和飞控系统，13为连接控制器，14为摄像头和GNSS系统，15为无人机起落架，21为连接杆，22为数据采集传输系统，23为检测控制电路，241为外层保温层，242为外层加热膜，243为内层保温层，244为内层加热膜，245为温控电路，25为管壳封装，26为MEMS加速度计，31为调平面，32为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机载流动重力测量系统，其特征在于，包括：重力仪运载模块、MEMS重力仪和自动调平装置；所述重力仪运载模块用于根据预先设定好的飞行路线将所述MEMS重力仪运送至指定测量点；所述MEMS重力仪用于对所述指定测量点的重力进行测量；所述自动调平装置用于对所述MEMS重力仪进行调平从而确保所述MEMS重力仪在测量过程中始终处于水平位置。2.如权利要求1所述的无人机载流动重力测量系统，其特征在于，所述重力仪运载模块包括：机翼、机身、起落架、摄像头、GNSS系统、飞控系统和连接控制器；所述机身作为所述重力仪运载模块的主体，用于将所述机翼、所述起落架、所述摄像头、所述GNSS系统、所述飞控系统和所述连接控制器连接成一个整体；所述机翼和所述飞控系统用于控制所述重力仪运载模块的飞行姿态；所述连接控制器用于配合连接杆连接重力仪运载模块和重力仪；所述摄像头用于实时采集并传输飞行环境；所述GNSS系统用于定位导航。3.如权利要求2所述的无人机载流动重力测量系统，其特征在于，所述MEMS重力仪包括：MEMS加速度计、检测控制电路、温控系统、真空管壳、数据采集传输系统和连接杆；所述MEMS加速度计用于检测地球重力场的重力加速度信号；所述检测控制电路用于对所述重力加速度信号进行提取转换输出，同时采用PID磁负反馈控制加速度计弹簧振子的平衡位置；所述数据采集传输系统用于采集存储传输从检测控制电路输出的加速度信号；所述连接杆用于配合所述连接控制器连接所述重力仪运载模块和所述MEMS重力仪；所述温控系统用于为所述MEMS加速度计提供恒温环境；所述真空管壳用于将所述MEMS加速度计封装在管壳内部，并提供真空环境。4.如权利要求3所述的无人机载流动重力测量系统，其特征在于，所述温控系统包括：温控电路、外层保温层、外层加热膜、内层保温层和内层加热膜；所述温控电路用于控制系统的温度环境；所述外层保温层用于通过减小外层的温度波动来提供温控效果；所述外层加热膜用于控制外层处于恒温状态；所述内层保温层用于通过减小内层的温度波动来提供温控效果；所述内层加...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍文杰，张健，方偲媛，殷笑寒，涂良成，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：