一種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無人機(jī)航測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于無人機(jī)的單光束土地面 積測量系統(tǒng)及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前在土地面積測量過程中廣泛采用航拍器進(jìn)行測量，但當(dāng)前應(yīng)用過程中，航拍 器需要衛(wèi)星導(dǎo)航進(jìn)行引導(dǎo)定位，對(duì)實(shí)際復(fù)雜形狀的土地面積測量，其測量方式主要是根據(jù) 航拍器所飛行軌跡來丈量待測面積區(qū)域，進(jìn)而得到待測面積區(qū)域的坐標(biāo)，但是航拍器在飛 行的時(shí)候，由于衛(wèi)星導(dǎo)航軌跡控制或空氣阻力等因素，其控制航拍器飛行的軌跡的原理較 復(fù)雜，通過判斷其空間與地面對(duì)應(yīng)的位置來調(diào)整期飛行軌跡，該飛行軌跡所構(gòu)成的區(qū)域往 往與實(shí)際待測面積邊界線誤差較大，其測量的待測面積精度也有限；而且為了提高航拍器 的操控靈敏性，勢必造成其結(jié)構(gòu)更加麻煩，提高的了測量成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在采用航拍器測量土地面積時(shí)，根據(jù)調(diào)整 航拍器對(duì)應(yīng)地面的位置來獲得對(duì)應(yīng)待測面積，其構(gòu)成的區(qū)域往往與實(shí)際待測面積邊界線誤 差較大，而且航拍器控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作也比較麻煩的上述不足，提供一種基于無人機(jī) 的單光束土地面積測量系統(tǒng)，同時(shí)還提供了一種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)的 測量方法，該測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，簡化了測量流程，降低了測量成本，效率較高， 大大方了實(shí)際工程人員的使用。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
[0005] -種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)，包括：
[0006] 無人機(jī)，所述無人機(jī)上設(shè)置有用于定位自身三維位置信息的衛(wèi)星定位模塊，用于 采集地面圖像的攝像頭，以及可見光發(fā)射模塊，所述可見光發(fā)射模塊用于發(fā)射光束至地面；
[0007] 應(yīng)用終端，包括用于控制無人機(jī)飛行的控制裝置，以及用于顯示測量土地圖像和 無人機(jī)三維位置信息的圖像顯示模塊。
[0008] 本發(fā)明所述一種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)，采用了控制模塊控制無 人機(jī)沿測量待測土地邊界線飛行時(shí)，衛(wèi)星定位模塊可獲得無人機(jī)三維位置信息，可見光發(fā) 射模塊發(fā)射定位光束，圖像顯示模塊能夠顯示根據(jù)攝像頭記錄包括無人機(jī)發(fā)射光束在待測 土地邊界位置反射點(diǎn)位置的圖像信息，以及對(duì)應(yīng)的無人機(jī)三維位置信息，該光束反射點(diǎn)位 置信息即對(duì)應(yīng)待測土地各個(gè)實(shí)際邊界點(diǎn)三維坐標(biāo)信息，繼而計(jì)算得到待測土地面積；該基 于無人機(jī)的土地面積測量方式，避免了傳統(tǒng)航拍器依賴于衛(wèi)星導(dǎo)航，并根據(jù)航拍器路徑或 拍攝圖片來計(jì)算其面積帶來成本高昂、測量精度較低的弊端，利用簡易無人機(jī)所發(fā)射的光 束反射點(diǎn)作為參考，利用控制裝置反過來控制無人機(jī)飛行軌跡與待測土地實(shí)際邊界匹配， 利用若干個(gè)飛行軌跡測量點(diǎn)得到待測土地實(shí)際邊界線的位置信息，進(jìn)而求得待測土地面 積。該測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，簡化了測量流程，降低了測量成本，效率較高，大大方 便了實(shí)際工程人員的使用。
[0009] 優(yōu)選地，所述無人機(jī)上還包括用于測量其相對(duì)地面高度的高度傳感器，用于對(duì)地 面高度的測量。
[0010] 優(yōu)選地，所述衛(wèi)星定位模塊為GPS衛(wèi)星導(dǎo)航模塊、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航模塊或伽利略衛(wèi)星 導(dǎo)航模塊。
[0011] 優(yōu)選地，所述可見光發(fā)射模塊發(fā)射的光束垂直于無人機(jī)。
[0012] 優(yōu)選地，所述可見光發(fā)射模塊發(fā)射的光束的顏色為綠色、紅色和黃色中任一顏色。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)的測量方法，包括使 用上述的一種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)，其測量方法包括以下步驟：
[0014]步驟一、啟動(dòng)無人機(jī)，利用控制裝置控制無人機(jī)沿待測土地上方飛行，并將無人機(jī) 控制飛行至待測土地實(shí)際邊界位置附近；
[0015] 步驟二、保持無人機(jī)水平狀態(tài)，啟動(dòng)所述無人機(jī)上的可見光發(fā)射模塊發(fā)射光束，所 述攝像頭記錄包括光束在待測土地表面的反射點(diǎn)位置的圖像信息，該光束所在待測土地上 反射點(diǎn)為測量點(diǎn)，并通過所述應(yīng)用終端的圖像顯示模塊進(jìn)行顯示，通過應(yīng)用終端的控制裝 置控制無人機(jī)發(fā)射的光束反射點(diǎn)所在的位置與待測土地邊界匹配；
[0016] 步驟三、通過所述應(yīng)用終端的控制裝置控制無人機(jī)沿待測土地實(shí)際邊界位置飛 行，選擇若干個(gè)測量點(diǎn)位置，標(biāo)定待測土地邊界位置每個(gè)所選測量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的無人機(jī)的三維 坐標(biāo)信息即1〇、7〇、2()，直至所述無人機(jī)繞待測土地邊界飛行一圈，完成對(duì)待測土地邊界若干 個(gè)測量點(diǎn)位置的三維坐標(biāo)信息數(shù)據(jù)搜集；
[0017] 步驟四、在圖像顯示模塊中，根據(jù)所述步驟三中待測土地邊界所在的若干個(gè)光束 對(duì)應(yīng)測量點(diǎn)的位置信息，連成一條軌跡，即視為待測土地的實(shí)際邊界，根據(jù)各個(gè)實(shí)際邊界點(diǎn) 三維位置信息即X、y、z，計(jì)算得到待測土地面積的大小。
[0018] 本發(fā)明所述一種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)的測量方法，采用了上述 的測量系統(tǒng)，通過無人機(jī)與圖像處理相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)土地面積測量，在無人機(jī)上安裝衛(wèi) 星定位模塊、攝像頭，在電腦或者智能手機(jī)等應(yīng)用終端上安裝圖像顯示模塊，操作人員控制 無人機(jī)起飛，使其飛行至待測土地上方，根據(jù)可見光發(fā)射模塊所發(fā)射的光束在地面的反射 點(diǎn)即為測量點(diǎn)，與無人機(jī)攝像頭所拍攝的待測土地邊界位置對(duì)比，通過控制裝置操控?zé)o人 機(jī)上可見光發(fā)射模塊所發(fā)射的光束反射點(diǎn)與待測土地邊界位置匹配，在圖像顯示模塊上標(biāo) 記若干個(gè)光束反射點(diǎn)與待測土地邊界位置匹配時(shí)的無人機(jī)三維坐標(biāo)信息，以及光束反射點(diǎn) 在待測土地邊界上的位置信息；操作人員控制無人機(jī)以一定高度飛行，采集到若干個(gè)測量 點(diǎn)，控制無人機(jī)沿著待測土地邊界飛行一圈，可以得到待測土地邊界線上反射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的若 干個(gè)實(shí)際邊界點(diǎn)三維坐標(biāo)信息，根據(jù)待測土地各個(gè)實(shí)際邊界點(diǎn)三維坐標(biāo)信息，計(jì)算得到待 測土地面積;使用該測量方法實(shí)現(xiàn)了土地面積測量簡易化，簡化了測量流程，降低了測量成 本，效率較高，大大方便了實(shí)際工程人員的使用。
[0019] 優(yōu)選地，所述步驟二中可見光發(fā)射模塊發(fā)射的光束垂直于無人機(jī)，使無人機(jī)的坐 標(biāo)信息xq、y〇與待測土地邊界標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)信息X、y-致，提高測量精度。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟二和所述步驟三中無人機(jī)飛行高度保持一致。
[0021] 優(yōu)選地，多次重復(fù)所述步驟一至步驟四，得到待測土地的多組實(shí)際邊界點(diǎn)三維坐 標(biāo)信息后，對(duì)面積求平均值得到待測土地面積實(shí)際測量值。
[0022] 優(yōu)選地，定位模塊獲得的三維坐標(biāo)信息采用動(dòng)態(tài)相對(duì)定位方法進(jìn)行修改，提高三 維坐標(biāo)精度，該動(dòng)態(tài)相對(duì)定位方法的原理詳見文獻(xiàn):王世進(jìn)，秘金鐘，李得海，基于GPS動(dòng)態(tài) 相對(duì)定位的數(shù)據(jù)處理方法的研究，導(dǎo)航定位學(xué)報(bào)，2013。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0024] 1、本發(fā)明所述一種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)，采用了控制模塊控制 無人機(jī)沿待測土地邊界線飛行時(shí)，衛(wèi)星定位模塊可獲得無人機(jī)三維位置信息，可見光發(fā)射 模塊發(fā)射光束，圖像顯示模塊能夠顯示根據(jù)攝像頭記錄的包含無人機(jī)發(fā)射光束在待測土地 邊界位置反射點(diǎn)位置的圖像信息，以及對(duì)應(yīng)的無人機(jī)三維位置信息，該光束反射點(diǎn)位置信 息即對(duì)應(yīng)待測土地各個(gè)實(shí)際邊界點(diǎn)三維坐標(biāo)信息，繼而計(jì)算得到待測土地面積；該基于無 人機(jī)的土地面積測量方式，避免了傳統(tǒng)航拍器依賴于衛(wèi)星導(dǎo)航，并根據(jù)航拍器路徑或拍攝 圖片來計(jì)算其面積帶來成本高昂、測量精度較低的弊端，利用簡易無人機(jī)所發(fā)射的光束反 射點(diǎn)作為參考，利用控制裝置反過來控制無人機(jī)飛行軌跡與待測土地實(shí)際邊界匹配，利用 若干個(gè)飛行軌跡測量點(diǎn)得到待測土地實(shí)際邊界線的位置信息，進(jìn)而求得待測土地面積，該 測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，簡化了測量流程，降低測量成本，效率較高，大大方了實(shí)際工 程人員的使用；
[0025] 2、本發(fā)明所述一種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)的測量方法，采用了上 述的測量系統(tǒng)，通過無人機(jī)與圖像處理相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)土地面積測量，在無人機(jī)上安裝 衛(wèi)星定位模塊、攝像頭，在電腦或者智能手機(jī)等應(yīng)用終端上安裝圖像顯示模塊，操作人員控 制無人機(jī)起飛，使其飛行至待測土地上方，根據(jù)可見光發(fā)射模塊所發(fā)射的光束在地面的反 射點(diǎn)即為測量點(diǎn)，與無人機(jī)攝像頭所拍攝的待測土地邊界位置對(duì)比，通過控制裝置操控?zé)o 人機(jī)上可見光發(fā)射模塊所發(fā)射的光束反射點(diǎn)與待測土地邊界位置匹配，在圖像顯示模塊上 標(biāo)記若干個(gè)光束反射點(diǎn)與待測土地邊界位置匹配時(shí)的無人機(jī)三維坐標(biāo)信息，以及光束反射 點(diǎn)在待測土地邊界上的位置信息；操作人員控制無人機(jī)以一定高度飛行，采集到若干個(gè)測 量點(diǎn)，控制無人機(jī)沿著待測土地邊界飛行一圈，可以得到待測土地邊界線上反射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 若干個(gè)實(shí)際邊界點(diǎn)三維坐標(biāo)信息，根據(jù)待測土地各個(gè)實(shí)際邊界點(diǎn)三維坐標(biāo)信息，計(jì)算得到 待測土地面積;使用該測量方法實(shí)現(xiàn)了 土地面積測量簡易化，簡化了測量流程，降低了測量 成本，效率較高，大大方便了實(shí)際工程人員的使用。
【附圖說明】：
[0026]圖1為本發(fā)明所述一種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)的面積測量原理 圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明所述一種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)測量方法光束反射 點(diǎn)與對(duì)待測土地實(shí)際邊界匹配時(shí)的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合試驗(yàn)例及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解 為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本 發(fā)明的范圍。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 如圖1所示，一種基于無人機(jī)的單光束土地面積測量系統(tǒng)，包括：
[0031] 無人機(jī)，所述無人機(jī)上設(shè)置有用于定位自身三維位置信息的衛(wèi)星定位模塊，用于 采集地面圖像的攝像頭，以及可見光發(fā)射模塊，所述可見光發(fā)射模塊用于發(fā)射光束至地面；
[0032] 應(yīng)用終端，包括用于控制無人機(jī)飛行的控制裝置，以及用于顯示測量土地圖像和 無人機(jī)三維位置信息的圖像顯示模塊。
[0033] 上述衛(wèi)星定位模塊為GPS衛(wèi)星導(dǎo)航模塊、北斗衛(wèi)