本發(fā)明涉及遙測技術領域，特別是涉及一種機載遙測系統(tǒng)。

背景技術：

機載激光雷達系統(tǒng)，通常應用于三維重建、城市規(guī)劃、土地管理、電力線路設計、公路、鐵路設計、林業(yè)、水利、文物以及數(shù)字城市等相關領域，正在發(fā)揮著越來越明顯的作用。然而，傳統(tǒng)的機載激光雷達系統(tǒng)通常應用在引擎小型飛機、有人直升機等，使用這些飛機來搭載激光雷達進行各種勘測，不僅價格昂貴、飛行成本高，而且飛行受航空管制、機場及天氣的影響非常大。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對傳統(tǒng)機載激光雷達系統(tǒng)飛行成本高的問題，提供一種機載遙測系統(tǒng)。

一種機載遙測系統(tǒng)，包括無人機、三維遙測裝置及主控存儲裝置；

所述三維遙測裝置及所述主控存儲裝置均安裝于所述無人機上，并且所述三維遙測裝置與所述主控存儲裝置電連接；

所述無人機在控制站的控制下搭載所述三維遙測裝置及所述主控存儲裝置飛行至需要采集數(shù)據(jù)的位置；

所述三維遙測裝置采集目標的點云數(shù)據(jù)，并將采集的點云數(shù)據(jù)發(fā)送至所述主控存儲裝置進行存儲。

在其中一個實施例中，所述三維遙測裝置包括激光雷達。

在其中一個實施例中，所述機載遙測系統(tǒng)還包括減震裝置；

所述激光雷達通過所述減震裝置安裝于所述無人機上。

在其中一個實施例中，所述減震裝置包括固定機構及減震機構；

所述固定機構的一端安裝于所述減震機構上，所述固定機構的另一端貫穿所述減震機構以連接所述激光雷達。

在其中一個實施例中，所述減震機構包括多個減震器及多個支撐板；

各所述支撐板從所述無人機機身底部開始向下依次設置，相鄰兩個所述支撐板之間設有若干所述減震器，且相鄰兩個所述支撐板通過設置在兩者之間的所有所述減震器相互連接；

最靠近所述無人機機身的所述支撐板的頂部、底部分別對應連接所述無人機機身底部、所述固定機構。

在其中一個實施例中，所述支撐板的數(shù)量為三個。

在其中一個實施例中，所述激光雷達的線束為16線或8線。

在其中一個實施例中，所述三維遙測裝置還包括與所述主控存儲裝置電連接的慣性導航子系統(tǒng)；

所述慣性導航子系統(tǒng)采集所述無人機的位置數(shù)據(jù)及姿態(tài)數(shù)據(jù)，并將采集到的位置數(shù)據(jù)及姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述主控存儲裝置進行存儲。

在其中一個實施例中，所述慣性導航子系統(tǒng)包括rtk測量儀器和慣性測量單元。

在其中一個實施例中，所述無人機包括導航控制系統(tǒng)及無人機平臺；

所述三維遙測裝置、所述主控存儲裝置、所述導航控制系統(tǒng)及所述慣性導航子系統(tǒng)均安裝于所述無人機平臺上；

所述導航控制系統(tǒng)控制所述無人機飛行并與所述慣性導航子系統(tǒng)電連接。

上述機載遙測系統(tǒng)具有的有益效果為：該機載遙測系統(tǒng)包括無人機、三維遙測裝置及主控存儲裝置，其中，三維遙測裝置及主控存儲裝置均安裝于無人機上，并且無人機在控制站的控制下搭載三維遙測裝置及主控存儲裝置飛行至需要采集數(shù)據(jù)的位置，三維遙測裝置采集目標的點云數(shù)據(jù)，并將采集的點云數(shù)據(jù)發(fā)送至所述主控存儲裝置進行存儲。因此，該機載遙測系統(tǒng)將三維遙測裝置及主控存儲裝置安裝在無人機上，從而可以實時獲取并存儲地物的點云數(shù)據(jù)，不僅降低了飛行成本、減少了限制因素、操作維護簡單，而且由于無人機的飛行高度較低，還可以更加近距離地采集地物的三維數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)采集的精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他實施例的附圖。

圖1為一實施方式提供的機載遙測系統(tǒng)涉及的電路框圖；

圖2為圖1所示實施方式的機載遙測系統(tǒng)涉及的其中一種實施例的電路框圖；

圖3為圖1所示實施方式的機載遙測系統(tǒng)的其中一種實施例的結構示意圖；

圖4為圖3所示實施例的機載遙測系統(tǒng)內的減震裝置的結構示意圖；

圖5為圖4所示實施例的減震裝置的爆炸示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在限制本發(fā)明。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

一實施方式提供了一種機載遙測系統(tǒng)，請參考圖1，包括無人機(圖1中未示出)、三維遙測裝置200及主控存儲裝置300。三維遙測裝置200及主控存儲裝置300均安裝于無人機上，并且三維遙測裝置200與主控存儲裝置300電連接。

其中，無人機在控制站的控制下搭載三維遙測裝置200及主控存儲裝置300飛行至需要采集數(shù)據(jù)的位置。無人機與傳統(tǒng)的飛機相比，體積小，成本低，具有機動靈活的特點，無需駕駛員，控制方式相對簡單，對起降的要求低，而且可以在云層下低空飛行，從而可以近距離采集地物數(shù)據(jù)，從而可以提高數(shù)據(jù)采集的精確度。具體地，根據(jù)目前國內低空無人機的發(fā)展狀況，再結合飛行海拔高度、飛行速度、價格成本、有效載荷和系統(tǒng)安全系數(shù)等綜合因素評估的結果，無人機可以選用多旋翼無人機。控制站也叫遙控站、地面站，可以實現(xiàn)指揮調度功能、任務規(guī)劃功能(例如包括飛行航路規(guī)劃與重規(guī)劃、任務載荷工作規(guī)劃與重規(guī)劃等)、操作控制功能(例如包括起降操縱、飛行控制操作、數(shù)據(jù)鏈控制等)等功能。

三維遙測裝置200采集目標的點云數(shù)據(jù)，并將采集的點云數(shù)據(jù)發(fā)送至主控存儲裝置300進行存儲。其中，目標例如為地物(即地面上的各種有形物)。點云數(shù)據(jù)是指海量點的集合，并且，每一個點包含三維坐標。因此，點云數(shù)據(jù)能夠還原目標的三維真實形態(tài)。

主控存儲裝置300至少具有數(shù)據(jù)存儲能力和數(shù)據(jù)傳輸能力?？蛇x地，主控存儲裝置300還可以具備顯示能力。例如：主控存儲裝置300可以為定制的微型計算機系統(tǒng)。具體地，主控存儲裝置300與三維遙測裝置200之間可以利用以太網(wǎng)或usb串口或其他數(shù)據(jù)傳輸方式交換數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實施方式提供的上述機載遙測系統(tǒng)的工作原理為：無人機在控制站的控制下按照設定的航線飛行至需要采集數(shù)據(jù)的位置，之后三維遙測裝置200開始采集目標(例如地物)的點云數(shù)據(jù)，并將采集的點云數(shù)據(jù)發(fā)送至主控存儲裝置300進行存儲。當三維遙測裝置200采集數(shù)據(jù)完畢，無人機則返回到起飛點降落，至此，整個機載遙測系統(tǒng)工作完畢。

因此，本發(fā)明實施方式提供的上述機載遙測系統(tǒng)，將三維遙測裝置200和主控存儲裝置300安裝在無人機上，從而可以實時獲取目標的點云數(shù)據(jù)，不僅降低了飛行成本、減少了限制因素、操作維護簡單，而且可以更加近距離地采集地物的點云數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)采集的精度。

在其中一個實施例中，請參考圖2，三維遙測裝置200包括激光雷達210。在激光雷達210對目標進行掃描得出的點云數(shù)據(jù)中，每一個點除了包含三維坐標，還包含反射強度信息(即回波強度)。該反射強度信息與目標的表面材質、粗糙度、入射角方向，以及儀器的發(fā)射能量，激光波長有關。另外，請參考圖3，激光雷達210可以安裝于無人機機身的底部，從而便于對地物進行掃描。并且，主控存儲裝置300可以與激光雷達210安裝在一起，請繼續(xù)參考圖3。由于激光雷達210采集的數(shù)據(jù)量較為龐大，因此將激光雷達210與主控存儲裝置300安裝在一起，可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎涂煽啃浴?/p>

激光雷達210的工作原理例如為：激光器以高頻率發(fā)射激光，并記錄出光時間，激光經(jīng)透鏡改變束散角后進行擴束準直，再通過掃描鏡射出并直至目標。目標反射回來的信號(即回光)通過掃描鏡進入激光雷達210內部，之后，回光通過聚焦透鏡聚焦于測距探測器的感光面，最后根據(jù)激光發(fā)射時間與測距探測器接收回光的時間即可計算測距距離。其中，激光發(fā)射與回光接收共用同一掃描鏡，可以確保發(fā)射軸與接收軸的一致性。

具體地，激光雷達210的線束可以為16線或8線，從而能夠提高掃描的精度。本發(fā)明實施方式中，在采用16線或8線的激光雷達210，且主控存儲裝置300采用定制的微型計算機系統(tǒng)的情況下，激光雷達210與主控存儲裝置300的總重量可以控制在5kg以下，更加適合無人機掛載，輕便，易于運輸。

另外，激光雷達210的技術指標可以為：波長：905nm；激光等級：class1；精度：±2cm；探測距離為100m；出點數(shù)：32000pts/s；垂直測角：30度；垂直角分辨率：2.0度；水平測角：360度；水平角分辨率：5hz:0.1度，10hz：0.2度，20hz：0.4度；輸入電壓：9.45vdc；產(chǎn)品功率：7.2w；防護安全級別：ip67；操作溫度：-10-60；規(guī)格：直徑100mm，高度103mm；重量：0.6kg；采集數(shù)據(jù)：三維空間坐標/反射率；參數(shù)峰值功率：8w(脈寬2ns)；有效脈沖頻率為10hz；掃描方式旋轉；掃描頻率為5to10轉/s；掃描張角為30degrees。因此，本發(fā)明實施例采用的上述激光雷達210，由于測量距離為100m，測量精度±2cm，從而保證了采集數(shù)據(jù)的質量。

進一步地，請繼續(xù)參考圖3，機載遙測系統(tǒng)還包括減震裝置400。并且，激光雷達210通過減震裝置400安裝于無人機上(例如：激光雷達210安裝在減震裝置400的底部，減震裝置400的頂部安裝在無人機機身底部)。其中，減震裝置400用于過濾無人機飛行過程中產(chǎn)生的震動干擾，以增強激光雷達210數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性，減少數(shù)據(jù)采集過程中的噪聲干擾。另外，主控存儲裝置300也可以通過減震裝置400安裝在無人機上，從而增強激光雷達210與主控存儲裝置300之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

具體地，請參考圖3、圖4、圖5，減震裝置400包括固定機構410及減震機構420。固定機構410的一端安裝于減震機構420上，固定機構410的另一端貫穿減震機構420以連接激光雷達210。其中，固定機構410可以包括相互連接的桿體(圖中未標出)及連接座(圖中未標出)。桿體還與減震機構420固定連接，桿體的形狀可以為圓柱體、長方體或者其他不規(guī)則形狀的柱體。連接座用來固定激光雷達210。可選地，連接座也可以固定安裝主控存儲裝置300。

減震機構420主要起緩沖作用?？蛇x地，請繼續(xù)參考圖4、圖5，減震機構420包括多個減震器421及多個支撐板422。各支撐板422從無人機機身底部開始向下依次設置。并且，相鄰兩個支撐板422之間設有若干減震器421，且相鄰兩個支撐板422通過設置在兩者之間的所有減震器421相互連接。最靠近無人機機身的支撐板422(即位于最上方的支撐板422)的頂部、底部分別對應連接無人機機身底部、固定機構410，請參考圖5?？蛇x地，固定機構410安裝在位于最上方的支撐板422底部的中間位置。并且，固定機構410依次穿過其余各支撐板422的中間位置，從而提高無人機的平衡性。

其中，相鄰兩個支撐板422通過設置在兩者之間的所有減震器421相互連接，具體是指各減震器421的頂部通過連接件(例如螺釘、螺母組件)與位于各自上方的支撐板422連接，各減震器421的底部通過連接件與位于各自下方的支撐板422連接，通過減震器421的上述安裝方式，從而使得任意相鄰的兩個支撐板422都連接在一起，即使得所有支撐板422和減震器421連接為一個整體。因此，在上述減震機構420中，每兩個支撐板422之間均設有若干減震器421，相當于共設置了多層減震器421，從而提高減震效果。具體地，支撐板422的數(shù)量可以為三個，請參考圖4、圖5。這時，減震機構420共有兩層減震器421。

進一步地，請參考圖5，位于最下方的支撐板422(即距離無人機機身最遠的支撐板422)的邊緣還可以設有若干支撐單元4221，以支撐位于上方的其他支撐板422和減震器421，從而提高減震機構420的穩(wěn)定性。其中，支撐單元4221的高度可以與減震器421的高度相同。

具體地，減震器421的制作材料可以為橡膠，但并不局限于橡膠，也可以由具有彈性的其他材料制成。另外，減震器421的數(shù)量沒有限制，可以根據(jù)減震裝置400的掛載物(例如：激光雷達210，或激光雷達210和主控存儲裝置300)的重量來合理選擇所需的數(shù)量?？蛇x地，任意相鄰兩個支撐板422之間的空間內至少在四周均勻設置一個減震器421，例如：如果支撐板422的形狀為矩形，那么分別在與支撐板422的4個角相對的位置處設置一個減震器421。

可以理解的是，減震裝置400的具體結構不限于上述情況，例如：固定機構410也可以為兩個，并且這兩個固定機構410分別穿過各支撐板422，以共同連接激光雷達210，或共同連接激光雷達210和主控存儲裝置300。

在其中一個實施例中，請參考圖2，三維遙測裝置200還包括與主控存儲裝置300電連接的慣性導航子系統(tǒng)220。慣性導航子系統(tǒng)220采集無人機的位置數(shù)據(jù)及姿態(tài)數(shù)據(jù)，并將采集到的位置數(shù)據(jù)及姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至主控存儲裝置300進行存儲。其中，位置數(shù)據(jù)及姿態(tài)數(shù)據(jù)例如包括經(jīng)度、緯度、高程、線加速度、角加速度等數(shù)據(jù)。

進一步地，慣性導航子系統(tǒng)220還可以將采集到的位置數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)利用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術進行融合，并將采集的位置數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)和融合后的數(shù)據(jù)同時發(fā)送至主控存儲裝置300?？梢岳斫獾氖牵部梢杂芍骺卮鎯ρb置300將慣性導航子系統(tǒng)220采集的位置數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)利用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術進行融合。另外，主控存儲裝置300還可以將慣性導航子系統(tǒng)220發(fā)送的數(shù)據(jù)和激光雷達210采集的點云數(shù)據(jù)進行坐標變換等預處理過程，從而最終得到處理后的點云數(shù)據(jù)，以根據(jù)不同的行業(yè)和應用目的進行后續(xù)處理。

具體地，慣性導航子系統(tǒng)220包括rtk(realtimekinematic，載波相位差分技術)測量儀器和慣性測量單元(imu，inertialmeasurementunit)。另外，rtk測量儀器配套的電傳系統(tǒng)采用抗干擾能力的調制方式。其中，慣性導航子系統(tǒng)220的技術指標可以包括以下內容：定位精度：水平：1cm+1ppm；垂直：2cm+1ppm；測速精度(rms)：0.03m/s；俯仰/滾動精度：0.015°rms；航向精度：0.08°rms；使用頻點：gpsl1&l2，glonassf1&f2；電流電壓：0.45a(@12v)；功耗：5.2w；rtk測量儀器尺寸：112.3mm×63mm×18.6mm；rtk測量儀器重量：139.5g；工作環(huán)境溫度：0℃至45℃；儲存環(huán)境溫度：-40℃至85℃。

可以理解的是，慣性導航子系統(tǒng)220也可以采用其他能夠測量實時位置的傳感器。

在其中一個實施例中，無人機包括導航控制系統(tǒng)110(請參考圖2)及無人機平臺120(請參考圖3)。三維遙測裝置200、主控存儲裝置300、導航控制系統(tǒng)110及慣性導航子系統(tǒng)220均安裝于無人機平臺120上。導航控制系統(tǒng)110還與慣性導航子系統(tǒng)220電連接，并且導航控制系統(tǒng)110控制無人機飛行。

其中，導航控制系統(tǒng)110在控制站的控制下按照預設航線控制無人機進行自主飛行，從而自動完成作業(yè)任務，導航控制系統(tǒng)110可以保障無人機飛行的安全性，及時向控制站回傳無人機的工作狀態(tài)信息，以保障飛行探測的有效性。另外，慣性導航子系統(tǒng)220采集的位置數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)還發(fā)送至導航控制系統(tǒng)110，從而使得導航控制系統(tǒng)110能夠及時精確獲取無人機的空間位置信息和姿態(tài)角度信息，進而實現(xiàn)高精度的飛行航線控制和高飛行穩(wěn)定性，保證了數(shù)據(jù)采集過程的穩(wěn)定。

具體地，導航控制系統(tǒng)110例如包括機載子系統(tǒng)及通訊鏈路子系統(tǒng)。其中，機載子系統(tǒng)例如包括飛控計算機等。通訊鏈路子系統(tǒng)用來與控制站進行通信，例如使用跳頻擴頻半雙工數(shù)傳電臺，并配備定向天線，穩(wěn)定工作距離不小于7km。

進一步地，無人機還包括遙控接收設備。遙控接收設備用來與地面操作人員持有的遙控發(fā)射設備進行通信。遙控接收設備與遙控發(fā)射設備共同構成遙控系統(tǒng)，該遙控系統(tǒng)使用12信道，無干擾情況下空中的控制半徑大于7km。另外，無人機還具有失控保護功能，失控保護是指當無人機接收不到控制信號時，無人機進入到自動駕駛模式，自動返回到起飛點降落。進一步地，無人機還安裝具備遠程超視距飛行能力的自動駕駛儀。

進一步地，在上述機載遙測系統(tǒng)中，采用高能量高密度的鋰電池對各裝置進行供電。具體地，無人機的技術指標可以包括以下內容：單次飛行測繪帶寬60m；飛行測繪速度6km/h；飛行測繪高度70m；有效載荷>6kg(海拔2000m)；續(xù)航時間>25min；最大速度60km/h；巡航速度4-12km/h；目視遙控有效控制半徑5km；導航控制系統(tǒng)110有效通訊半徑7km；重量11.7kg，外形尺寸1668mm*1518mm*759mm；最大旋轉角速度:俯仰軸：300°/s，航向軸：150°/s；最大俯仰角度：25°；最大上升速度：5m/s；最大下降速度：3m/s；最大可承受風速：8m/s；最大飛行海拔高度：2500m；最大水平飛行速度：18m/s(無風環(huán)境)；具有的控制功能包括：滾轉角速率、俯仰角速率、偏航角速率、滾轉加速度、俯仰加速度、偏航加速度、滾轉角、俯仰角、偏航角、電壓監(jiān)控、溫度監(jiān)控、氣壓高度、gps地速、gps高度、空速、任務控制輸出(ttl)、低電壓告警、超時超距告警；無線透傳的數(shù)據(jù)傳輸速率為9600bps。

因此，本發(fā)明實施例提供的上述無人機的巡檢速度在幾公里/小時到幾十公里/小時可控，可以提高三維建模巡視效率，提高巡視手段的科學性，能夠直觀、準確的建模，具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。