本發(fā)明涉及一種無人機航磁測量的方法，具體地說是一種用于無人機航磁測量沿地形緩起伏飛行的航線規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、無人機航磁測量作為一種地形適應(yīng)能力強、可用于小面積、大比例尺快速部署的新型、有效的物探方法，在基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)勘查、工程地質(zhì)及災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用越來越廣泛，也是國家新一輪找礦突破戰(zhàn)略行動和發(fā)展低空經(jīng)濟的重要組成部分；但是在地形切割劇烈、高差變化大、風車及高壓線等干擾廣泛分布的區(qū)域，如何獲取高質(zhì)量的航磁數(shù)據(jù)已成為研究熱點，而高質(zhì)量航磁數(shù)據(jù)獲取的關(guān)鍵是合理選擇飛行方式、飛行速度、離地高度保證航磁采集系統(tǒng)正常工作。

2、目前工業(yè)級、載重較大的多旋翼無人機本身不具備自動沿地形起伏飛行的能力，在執(zhí)行航磁測量過程中，基于飛行安全和飛行效率的角度考慮，多選擇固定海拔高度飛行，地形高差較小時，該方法完全可行。但是在地形高差大、起伏變化頻繁時，造成航磁采集系統(tǒng)離地高度差異很大，采集的磁場數(shù)據(jù)多與地質(zhì)體實際磁場特征存在差異，因此根據(jù)現(xiàn)有采集方式采集的磁場不能有效地解決地質(zhì)體的分布情況；即使通過數(shù)據(jù)處理可以降低地形影響，但與實際情況的差異依然存在。因此，需要研究一種綜合無人機飛行性能和航磁數(shù)據(jù)質(zhì)量要求的沿地形緩起伏飛行方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是提供一種用于無人機航磁測量沿地形緩起伏飛行的航線規(guī)劃方法，以解決采集的磁場數(shù)據(jù)與地質(zhì)體實際磁場特征存在差異的問題。

2、本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的：

3、一種用于無人機航磁測量沿地形緩起伏飛行的航線規(guī)劃方法，包括以下步驟：

4、s1.根據(jù)給定的飛行區(qū)域、航線方向和航線間距，設(shè)置無人機飛行的航線；

5、s2.獲取無人機飛行區(qū)域內(nèi)的地形高程數(shù)據(jù)，并對航線上干擾源的位置和高度進行踏勘，所述干擾源包括高壓線、線塔、電力風車和居民點；

6、s3.選擇至少有一條道路可到達，且有不小于10m2的平面位置作為無人機飛行的起降點，根據(jù)干擾源的高度和位置以及飛行區(qū)域的地形高程數(shù)據(jù)確定初設(shè)飛行控制點以及無人機在初設(shè)飛行控制點的飛行高度；

7、s4.根據(jù)相鄰的初設(shè)飛行控制點的平距和高度差對初設(shè)飛行控制點以及無人機在初設(shè)飛行控制點的飛行高度進行校正，并計算校正后相鄰的初設(shè)飛行控制點之間的水平飛行速度；

8、s5.根據(jù)無人機的續(xù)航時間以及相鄰的初設(shè)飛行控制點之間的平距和飛行速度，確定無人機每次飛行過程中的實際飛行控制點；

9、s6.根據(jù)無人機每次飛行過程中的實際飛行控制點的位置，以及相鄰的實際飛行控制點之間的水平飛行速度，制作飛行控制文件；將飛行控制文件發(fā)送至無人機，無人機根據(jù)飛行控制文件進行航磁測量。

10、進一步地，步驟s3中確定初設(shè)飛行控制點以及無人機在初設(shè)飛行控制點的飛行高度的具體方式為：

11、s3a-1.對地形高程數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化，確定每條航線的高程差；

12、s3a-2.根據(jù)地形高程數(shù)據(jù)和每條航線的起點和終點，按照5m的點距提取每條航線的地形高程數(shù)據(jù)；

13、s3a-3.繪制橫坐標為航線長度，縱坐標為地形高程數(shù)據(jù)的地形剖面圖；

14、s3a-4.對于航線長度大于等于100m的航線，當航線長度與所述航線的高程差的比值大于2時，將所述航線的起點、終點、地形極大值和地形極小值處確定為初設(shè)飛行控制點；

15、s3a-5.根據(jù)高壓線、線塔、電力風車和居民點的聚集程度，將高壓線、線塔、電力風車和居民點進行不同范圍的劃分，在每個范圍內(nèi)的高度最高的干擾源作為一處待定飛行控制點；

16、s3a-6.當待定飛行控制點的高度h干擾+30≤h+l時，所述待定飛行控制點所處位置不設(shè)置初設(shè)飛行控制點，當h干擾+30＞h+l時，將所述待定飛行控制點確定為初設(shè)飛行控制點，其中，h為無人機離地飛行高度要求，l為無人機航磁系統(tǒng)吊掛長度；當初設(shè)飛行控制點為干擾源時，無人機在初設(shè)飛行控制點的飛行高度為所述初設(shè)飛行控制點的高度與30m之和；當初設(shè)飛行控制點不為干擾源時，無人機在初設(shè)飛行控制點的飛行高度為給定的無人機離地飛行高度要求與無人機航磁系統(tǒng)吊掛長度之和。

17、進一步地，步驟s4中對初設(shè)飛行控制點以及無人機在初設(shè)飛行控制點的飛行高度進行校正，并計算校正后相鄰的初設(shè)飛行控制點之間的水平飛行速度的具體方式為：

18、s4-1.計算相鄰的初設(shè)飛行控制點之間的水平飛行速度；

19、s4-2.若相鄰的初設(shè)飛行控制點之間的水平飛行速度大于最大適飛速度，則在相鄰的初設(shè)飛行控制點之間增加飛行控制點，重新計算無人機在相鄰初設(shè)飛行控制點的水平飛行速度，直至無人機的飛行速度在適飛速度范圍中；

20、s4-3.若相鄰的初設(shè)飛行控制點之間的水平飛行速度小于最小適飛速度，則提高無人機在相鄰的初設(shè)飛行控制點中海拔高度最低的初設(shè)飛行控制點的飛行高度，重新計算相鄰的初設(shè)飛行控制點之間的水平飛行速度，直至無人機的飛行速度在適飛速度范圍中。

21、進一步地，步驟s4-1中飛行高度不同的相鄰的初設(shè)飛行控制點的水平飛行速度的計算公式為：

22、

23、其中，lpconttol為無人機在相鄰的初設(shè)飛行控制點的第一個初設(shè)飛行控制點的平距，lpconttol+1為無人機在相鄰的初設(shè)飛行控制點的第二個初設(shè)飛行控制點的平距，hpconttol無人機在相鄰的初設(shè)飛行控制點的第一個初設(shè)飛行控制點的飛行高度，hpconttol+1無人機在相鄰的初設(shè)飛行控制點的第二個初設(shè)飛行控制點的飛行高度，vv為無人機的垂向起降速度；

24、飛行高度相同的相鄰初設(shè)飛行控制點的水平飛行速度為無人機的經(jīng)濟巡航速度。

25、進一步地，確定每次飛行過程中的實際飛行控制點的具體方式為：

26、s5-1.在設(shè)置好的航線中，選擇一個無人機待飛行的航線；

27、s5-2.將待飛行的航線起點處的初設(shè)飛行控制點確定為第一個實際飛行控制點，并計算無人機的飛行總時間；

28、s5-3.當無人機的飛行總時間比無人機的續(xù)航時間小，且飛行總時間與續(xù)航時間的差值大于最大預(yù)設(shè)時間時，沿著待飛行的航線的航線方向繼續(xù)選擇實際飛行控制點，直至無人機的飛行總時間小于無人機的續(xù)航時間，且與無人機的續(xù)航時間的差值在預(yù)設(shè)時間范圍內(nèi)，最后選擇的初設(shè)飛行控制點為無人機飛行過程中的最后一個實際飛行控制點。

29、進一步地，步驟s5-2中計算無人機的飛行總時間的具體方式為：

30、s5-2-1.根據(jù)無人機飛行過程中相鄰的初設(shè)飛行控制點之間的平距和水平飛行速度，計算無人機的有效飛行時間；

31、s5-2-2.根據(jù)起降點與無人機飛行過程中第一個實際飛行控制點的平距和給定的水平飛行速度，計算無人機的起飛時間；

32、s5-2-3.根據(jù)起降點與無人機飛行過程中最后一個實際飛行控制點的平距和給定的水平飛行速度，計算無人機的降落時間；

33、s5-2-4.將無人機的有效飛行時間、起飛時間和降落時間之和確定為無人機飛行總時間。

34、本發(fā)明提供了一種用于無人機航磁測量沿地形緩起伏飛行的航線規(guī)劃方法，首先通過采集或下載工作區(qū)的dem數(shù)據(jù)，初步了解區(qū)內(nèi)地形高差變化；其次根據(jù)航磁數(shù)據(jù)采集要求布置測線，按點距5m提取測線的dem數(shù)據(jù)，繪制橫坐標為測線長度、縱坐標為海拔的地形剖面圖，并將基于高分辨率遙感影像和實地踏勘的干擾源情況標注在地形剖面圖上，在地形海拔數(shù)據(jù)劇烈變化、干擾源分布的位置確定初設(shè)飛行控制點；再根據(jù)飛行過程中水平飛行速度和垂向起降速度的設(shè)置，進行初設(shè)飛行控制點的校正；最后根據(jù)無人機每架次的有效飛行時間、飛行距離和起降點位置，合理確定每個架次的飛行任務(wù)，并制作無人機可識別格式的飛行控制文件；將其導入無人機飛行控制平臺，進行仿真飛行、飛行評估，評估的飛行時間在無人機單架次有效續(xù)航時間內(nèi)時，可以投入飛行。

35、本發(fā)明所述的航線規(guī)劃方法中，按航線提取5m點距的dem數(shù)據(jù)，基于高分辨率遙感影像和實地踏勘干擾源情況，并結(jié)合飛行速度和航磁測量離地高度要求，最終精確確定初設(shè)飛行控制點的位置以及相鄰的初設(shè)飛行控制點之間的飛行速度，是為了保障沿地形緩起伏飛行的安全性和航磁數(shù)據(jù)質(zhì)量的可靠性。

36、本發(fā)明所述無人機航磁測量的航線規(guī)劃方法，是基于地形條件、干擾源分布、無人機性能、數(shù)據(jù)采集要求以及起降點位置等因素綜合考慮，精確確定初設(shè)飛行控制點及相鄰的初設(shè)飛行控制點之間的速度，實現(xiàn)沿地形緩起伏，盡量確保航磁測量系統(tǒng)離地高度一致，該方法易于實現(xiàn)、成本低、效果好、易于操作、安全性高，在實際工作中既可以保障安全和飛行效率，又能保障獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量，為無人機航磁解決不同領(lǐng)域的地質(zhì)問題提供依據(jù)。