專利名稱：遙控直升機地形檢測裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及地形測繪技術(shù)，尤其是涉及一種遙控直升機裝載科學儀器和設備進行測量和數(shù)據(jù)記錄，進而描繪三維地形的裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的地形檢測是由人工操作完成的，即操作者手持科學儀器和設備在需要檢測的地形上行走，同時具有存儲功能的設備記錄測量數(shù)據(jù)，最后通過數(shù)據(jù)處理得到地形的三維信息。但是，攜帶繁多的儀器和設備給操作者的測量帶來了不便，此外，人工操作獲取地形三維信息的方式，由于測量誤差和后期數(shù)據(jù)處理的軟件誤差，得到的地形高程信息往往不準確，有時與實際情況偏差很大。更重要的是，操作者難免會遇到惡劣的天氣和險峻的地形，在這種環(huán)境下作業(yè)，操作者的人身安全也受到威脅。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種無需操作者實地測量，使用遙控直升機馱載地形檢測裝置進行檢測，而得到精確地形高程信息的遙控直升機地形檢測裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種遙控直升機地形檢測裝置，分為兩部分一為空中移動站，一為地面基站；其空中移動站由遙控直升機、高度檢測裝置和位置檢測裝置組成；高度檢測裝置包括高精度激光測距儀，微控制器、兩電池組和導線，激光測距儀、微控制器和兩電池組，固裝于遙控直升機的起落架上；一電池組與微控制器的電源相連，另一電池組與激光測距儀電連接，以為激光測距儀和微控制器供電；激光測距儀和微控制器以導線連接；激光測距儀的激光發(fā)射孔垂直向下，發(fā)射的激光能夠垂直打在待測地面上，提高高度檢測的精確性，激光測距儀檢測的是激光發(fā)射孔到待測地面的垂直距離；位置檢測裝置包括GPS接收機，掌上電腦，GPS接收天線，再一電池組，其中，GPS接收機，掌上電腦和再一電池組固裝于遙控直升機的起落架上，GPS接收天線固定在遙控直升機的機身上部；再一電池組通過另一導線連接在GPS接收機電源上，給GPS接收機供電；GPS接收天線與GPS接收機連接，這樣GPS接收天線可以把接收到的衛(wèi)星信號傳入GPS接收機中；GPS接收機的串口通過串口轉(zhuǎn)USB口線連接在掌上電腦的USB口上；地面基站由另一套位置檢測裝置和遙控器組成；另一套位置檢測裝置包括另一GPS接收機，另一掌上電腦，另一GPS接收天線，再二電池組，再一導線和串口轉(zhuǎn)USB口線；再二電池組通過再一導線連接在另一GPS接收機電源上，給另一GPS接收機供電；另一GPS接收天線與另一GPS接收機連接，這樣另一GPS接收天線可以把接收到的衛(wèi)星信號傳入另一GPS接收機中；另一GPS接收機的串口通過串口轉(zhuǎn)USB口線連接在另一掌上電腦的USB口上；操作者持有遙控器，以控制遙控直升機行。
所述的遙控直升機地形檢測裝置，其所述掌上電腦中裝有PocketPC操作系統(tǒng)，內(nèi)置Win CE應用程序，每秒讀取，顯示和存儲一組GPS接收機中的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，存儲文件的后綴為.CMC；GPS接收機亦以每秒一組的頻率將衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星數(shù)據(jù)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)包括傳輸衛(wèi)星信號的衛(wèi)星數(shù)目以及GPS接收天線所處的經(jīng)度，緯度和高程等信息，這里的高程指的是GPS接收天線的海拔高度；衛(wèi)星數(shù)據(jù)又可以從GPS接收機中實時導入，顯示并記錄在掌上電腦上，若某時刻衛(wèi)星數(shù)目小于四顆，掌上電腦則不記錄該時刻的經(jīng)度、緯度和高程信息。
所述的遙控直升機地形檢測裝置，其當遙控直升機完成飛行任務后，兩臺掌上電腦就分別以.CMC的文件格式存儲了一定容量的衛(wèi)星數(shù)據(jù)；從遙控直升機上，取下激光測距儀，將串口線的一端連接到微控制器的串口上，另一端連接到PC機的9針串口上，這樣微控制器和PC機便建立了通訊，將兩個.CMC文件導入PC機中，利用后處理軟件spos1.0進行事后差分，即可較精確地得到移動站GPS接收天線每秒所處的經(jīng)度和緯度信息，即待測地面上對應點的經(jīng)度、緯度和高程信息。
所述的遙控直升機地形檢測裝置，其遙控直升機裝載高度檢測裝置和位置檢測裝置的空中移動站，地面固定放置位置檢測裝置的地面基站，可以精確地檢測出待測地形上各點的經(jīng)度、緯度和高程三維信息。
所述的遙控直升機地形檢測裝置，其所述微控制器，為ARM 9微控制器。
所述的遙控直升機地形檢測裝置，其所述遙控直升機，或采用自動駕駛操作方式。
與傳統(tǒng)地形檢測方法相比，本發(fā)明遙控直升機地形檢測裝置，只需操作者手持遙控器遙控遙控直升機完成所有測量任務，而不需要操作者實地測量，不但大大減輕了操作者攜帶眾多儀器和設備的負擔，而且保障了操作者的人身安全。此外，本遙控直升機地形檢測裝置的高度檢測裝置和位置檢測裝置能夠較精確地確定地面上某點的三維信息?？梢姡景l(fā)明遙控直升機地形檢測裝置完全可以取代人工操作測量的方式并獲得滿意的結(jié)果。


圖1是本發(fā)明遙控直升機地形檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1(a)為空中移動站；圖1(b)為地面基站示意圖；圖2是后處理時，本發(fā)明高度檢測裝置與PC機連接示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明遙控直升機地形檢測裝置，分為兩部分一為空中移動站，如圖1(a)所示；一為地面基站，如圖1(b)所示。其中，空中移動站由遙控直升機1、高度檢測裝置和位置檢測裝置組成。
如圖1、圖2所示，高度檢測裝置包括高精度激光測距儀2，微控制器(ARM 9)3、電池組7b、7c和導線8b等，激光測距儀2、微控制器(ARM 9)3和電池組7b、7c，固裝于遙控直升機1的起落架上。電池組7b與微控制器(ARM 9)3的電源31相連，電池組7c與激光測距儀2電連接，以為激光測距儀2和微控制器(ARM9)3供電。激光測距儀2和微控制器(ARM 9)3以導線8b連接。激光測距儀2的激光發(fā)射孔21垂直向下，這樣激光發(fā)射孔21發(fā)射的激光能夠垂直打在待測地面15上，提高高度檢測的精確性，激光測距儀2檢測的是激光發(fā)射孔21到待測地面15的垂直距離。
位置檢測裝置包括GPS接收機4，掌上電腦(PDA)5，GPS接收天線6，電池組7等，其中，GPS接收機4，掌上電腦(PDA)5和電池組7固裝于遙控直升機1的起落架上，GPS接收天線6固定在遙控直升機1的機身上部。電池組7通過導線連接在GPS接收機電源上，給GPS接收機4供電。GPS接收天線6與GPS接收機4連接，這樣GPS接收天線6可以把接收到的衛(wèi)星信號傳入GPS接收機4中。GPS接收機4的串口通過串口轉(zhuǎn)USB口線連接在掌上電腦5的USB口上。
地面基站由另一套位置檢測裝置和遙控器13組成。另一套位置檢測裝置包括GPS接收機4a，掌上電腦5a，GPS接收天線6a，電池組7a，導線8和串口轉(zhuǎn)USB口線9。電池組7a通過導線8連接在GPS接收機電源10上，給GPS接收機4a供電。GPS接收天線6a與GPS接收機4a連接，這樣GPS接收天線6a可以把接收到的衛(wèi)星信號傳入GPS接收機4a中。GPS接收機4a的串口11通過串口轉(zhuǎn)USB口線9連接在掌上電腦5a的USB口12上。操作者14持有遙控器13，以控制遙控直升機1飛行，遙控直升機1也可以自動駕駛操作。
掌上電腦5、5a中裝有Pocket PC操作系統(tǒng)，內(nèi)置Win CE應用程序，每秒讀取，顯示和存儲一組GPS接收機4、4a中的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，存儲文件的后綴為.CMC。GPS接收機4、4a亦以每秒一組的頻率將衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星數(shù)據(jù)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)包括傳輸衛(wèi)星信號的衛(wèi)星數(shù)目以及GPS接收天線6所處的經(jīng)度，緯度和高程等信息，這里的高程指的是GPS接收天線6的海拔高度。衛(wèi)星數(shù)據(jù)又可以從GPS接收機4、4a中實時導入，顯示并記錄在掌上電腦5、5a上，若某時刻衛(wèi)星數(shù)目小于四顆，掌上電腦5、5a則不記錄該時刻的經(jīng)度、緯度和高程等信息。
在地面上某固定位置設置地面基站，地面基站的另一套位置檢測裝置啟動后，操作者14手持遙控器13遙控遙控直升機1飛行，含有高度檢測裝置和位置檢測裝置的空中移動站即在空中飛行，操作者14控制遙控直升機1的高度、速度，位姿和轉(zhuǎn)向，使遙控直升機1平穩(wěn)地飛行，遙控直升機1下方為待測地面15。
操作者14只需在地面上根據(jù)其視覺反饋手動控制遙控器13，使遙控直升機1以一定的高度和速度飛行，從而使遙控直升機1的飛行軌跡逐步覆蓋整個待測地面15。遙控直升機1飛行時，位置檢測裝置和高度檢測裝置按照一定的采樣間隔分別采集數(shù)據(jù)，采集到的位置數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)被實時記錄到相應的存儲器中。遙控直升機1飛行結(jié)束后，用相應的軟件對位置數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)進行后處理，最終得到待測地形的三維信息。
圖2中，導線8b的一端與高精度激光測距儀2的15針D型接口22連接，另一端與微控制器(ARM 9)3的串口11b連接，實現(xiàn)了激光測距儀2和微控制器(ARM 9)3之間的通訊，電池組7b、7c分別給高精度激光測距儀2和微控制器(ARM 9)3的電源31供電。如上所述，激光測距儀2垂直向下裝載在遙控直升機1的起落架上，這樣激光發(fā)射孔21發(fā)射出的激光能夠垂直打在待測地面15上，而后激光又從待測地面15反射到激光發(fā)射孔21，這樣激光測距儀2可以檢測由激光發(fā)射孔21至待測地面15的垂直距離，即高度信息。高精度激光測距儀2每秒采集一次高度數(shù)據(jù)，微控制器(ARM 9)3中裝有Linux操作系統(tǒng)，并預先編好應用程序，執(zhí)行該應用程序，微控制器(ARM 9)3便可以按照應用程序設定的頻率實時讀取來自激光測距儀2的高度數(shù)據(jù)，并將高度數(shù)據(jù)保存到預先設定的文件中。
當操作者14控制遙控器13使遙控直升機1完成飛行任務后，兩臺掌上電腦5、5a就分別以.CMC的文件格式存儲了一定容量的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。如圖2所示，從遙控直升機1上取下激光測距儀2后，將串口線17的一端連接到微控制器(ARM 9)3的串口11a上，另一端連接到PC機16的9針串口18上，這樣微控制器(ARM 9)3和PC機16便建立了通訊，將兩個.CMC文件導入PC機中，利用后處理軟件spos1.0進行事后差分，即可較精確地得到移動站GPS接收天線6每秒所處的經(jīng)度和緯度等信息，即待測地形15上對應點的經(jīng)度、緯度和高程等信息。
然后將U盤插入微控制器(ARM 9)3的USB口32上，操作PC機16自帶的超級終端可以將高度數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)入到U盤上，即可獲得高度數(shù)據(jù)文件。
如圖1，已知GPS接收天線6的高程——海拔高度，已知激光測距儀2的激光發(fā)射孔到待測地形15的垂直距離，只要測量出GPS接收天線6到激光測距儀2的激光發(fā)射孔21的垂直距離，即測量出機身到起落架的垂直距離，即可獲得待測地形1 5每一點的高程。至此，待測地形15每一點的經(jīng)度、緯度和高程三維信息全部已知。
權(quán)利要求
1.一種遙控直升機地形檢測裝置，分為兩部分一為空中移動站，一為地面基站；其特征在于，空中移動站由遙控直升機、高度檢測裝置和位置檢測裝置組成；高度檢測裝置包括高精度激光測距儀，微控制器、兩電池組和導線，激光測距儀、微控制器和兩電池組，固裝于遙控直升機的起落架上；一電池組與微控制器的電源相連，另一電池組與激光測距儀電連接，以為激光測距儀和微控制器供電；激光測距儀和微控制器以導線連接；激光測距儀的激光發(fā)射孔垂直向下，發(fā)射的激光能夠垂直打在待測地面上，提高高度檢測的精確性，激光測距儀檢測的是激光發(fā)射孔到待測地面的垂直距離；位置檢測裝置包括GPS接收機，掌上電腦，GPS接收天線，再一電池組，其中，GPS接收機，掌上電腦和再一電池組固裝于遙控直升機的起落架上，GPS接收天線固定在遙控直升機的機身上部；再一電池組通過另一導線連接在GPS接收機電源上，給GPS接收機供電；GPS接收天線與GPS接收機連接，這樣GPS接收天線把接收到的衛(wèi)星信號傳入GPS接收機中；GPS接收機的串口通過串口轉(zhuǎn)USB口線連接在掌上電腦的USB口上；地面基站由另一套位置檢測裝置和遙控器組成；另一套位置檢測裝置包括另一GPS接收機，另一掌上電腦，另一GPS接收天線，再二電池組，再一導線和串口轉(zhuǎn)USB口線；再二電池組通過再一導線連接在另一GPS接收機電源上，給另一GPS接收機供電；另一GPS接收天線與另一GPS接收機連接，這樣另一GPS接收天線把接收到的衛(wèi)星信號傳入另一GPS接收機中；另一GPS接收機的串口通過串口轉(zhuǎn)USB口線連接在另一掌上電腦的USB口上；操作者持有遙控器，以控制遙控直升機飛行，使遙控直升機的飛行軌跡覆蓋整個待測地面，進行檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙控直升機地形檢測裝置，其特征在于，所述掌上電腦中裝有Pocket PC操作系統(tǒng)，內(nèi)置Win CE應用程序，每秒讀取，顯示和存儲一組GPS接收機中的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，存儲文件的后綴為.CMC；GPS接收機亦以每秒一組的頻率將衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星數(shù)據(jù)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)包括傳輸衛(wèi)星信號的衛(wèi)星數(shù)目以及GPS接收天線所處的經(jīng)度，緯度和高程信息，這里的高程指的是GPS接收天線的海拔高度；衛(wèi)星數(shù)據(jù)又從GPS接收機中實時導入，顯示并記錄在掌上電腦上，若某時刻衛(wèi)星數(shù)目小于四顆，掌上電腦則不記錄該時刻的經(jīng)度、緯度和高程信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的遙控直升機地形檢測裝置，其特征在于，當遙控直升機完成飛行任務后，兩臺掌上電腦就分別以.CMC的文件格式存儲了一定容量的衛(wèi)星數(shù)據(jù)；從遙控直升機上，取下激光測距儀，將串口線的一端連接到微控制器的串口上，另一端連接到PC機的9針串口上，這樣微控制器和PC機便建立了通訊，將兩個.CMC文件導入PC機中，利用后處理軟件spos1.0進行事后差分，即精確地得到移動站GPS接收天線每秒所處的經(jīng)度和緯度信息，即待測地面上對應點的經(jīng)度、緯度和高程信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙控直升機地形檢測裝置，其特征在于，遙控直升機裝載高度檢測裝置和位置檢測裝置的空中移動站，地面固定放置位置檢測裝置的地面基站，以精確地檢測出待測地形上各點的經(jīng)度、緯度和高程三維信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的遙控直升機地形檢測裝置，其特征在于，所述微控制器，為ARM9微控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4所述的遙控直升機地形檢測裝置，其特征在于，所述遙控直升機，或采用自動駕駛操作方式。
全文摘要
本發(fā)明一種遙控直升機地形檢測裝置，分為兩部分一為空中移動站，一為地面基站；遙控直升機搭載高度檢測裝置和位置檢測裝置的移動站在空中平穩(wěn)飛行，地面上某處固定放置位置檢測裝置的基站，兩臺掌上電腦分別讀取和存儲來自GPS接收機的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，而后經(jīng)差分后處理獲得GPS接收天線的經(jīng)度、緯度和高程數(shù)據(jù)，即待測地形對應點的經(jīng)度和緯度，經(jīng)過簡單的數(shù)學運算可以獲得待測地形的高程信息，至此，待測地形的經(jīng)度、緯度和高程三維信息全部確定。本發(fā)明不需要操作者實地測量，不但大大減輕了操作者攜帶眾多儀器和設備的負擔，而且保障了操作者的人身安全，可以取代人工操作測量方式并獲得較精確的地形三維信息。
文檔編號G01S1/02GK1971213SQ200510086979
公開日2007年5月30日 申請日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者譚民, 趙曉光, 劉靜 申請人:中國科學院自動化研究所