三維空間中的放射源交叉定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了三維空間中的放射源交叉定位方法及系統(tǒng)。該方法包括：利用空中機(jī)器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域；控制空中機(jī)器人進(jìn)入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，重定位放射源污染區(qū)域；控制空中機(jī)器人進(jìn)入重定位的放射源污染區(qū)域飛行，定位放射源在空中的位置；控制陸地機(jī)器人進(jìn)入與放射源在空中的位置相對應(yīng)的陸地處，根據(jù)陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源。該放射源交叉定位方法及系統(tǒng)采用多機(jī)器人協(xié)作、多層次、空間立體搜索，通過大范圍探測到鎖定小范圍區(qū)域，從而高精度方向辨識和空間辨識，實(shí)現(xiàn)放射源快速探測及精準(zhǔn)定位，不僅可以對已知放射源進(jìn)行監(jiān)管、處置，而且可對未知放射源進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
【專利說明】三維空間中的放射源交叉定位方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及放射性物質(zhì)探測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及三維空間中的放射源交叉定位方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著核能和核技術(shù)的開發(fā)和利用，放射源在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、科研和教育等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，我國應(yīng)用放射源的單位達(dá)數(shù)萬家，掌握的放射源也有數(shù)十萬余枚；放射源在給我們帶來利益的同時(shí)，其強(qiáng)放射性也會對人類造成致命傷害，一旦失控，社會影響極大；由于使用、保管等諸多原因，放射源丟失、被盜、失控等事故時(shí)有發(fā)生；最近幾年，國內(nèi)發(fā)生放射源被卡失控事件，造成大量人員健康損害和環(huán)境放射性污染，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至引起局部地區(qū)的社會動蕩；與此同時(shí)，近年來恐怖分子活動猖獗，使得反恐形勢趨于嚴(yán)峻，放射源的失控有可能給恐怖分子可乘之機(jī)，進(jìn)而給社會造成更大的危害。
[0003]目前，國內(nèi)外市場的放射源定位轉(zhuǎn)置主要分為兩大類:一類是對已知放射源進(jìn)行定位，通過在放射源上安裝RFID電子標(biāo)簽等信號發(fā)送裝置，通過無線通信、GPS定位等技術(shù)進(jìn)行定位，該類裝置不適用于對未知放射源進(jìn)行定位；另一類是對未知放射源進(jìn)行定位，通過伽馬相機(jī)，利用光學(xué)成像原理合成放射源的伽馬能譜分布圖像進(jìn)行定位，該種定位方法使用靈活性受到限制，并且單個(gè)伽馬相機(jī)只能二維成像，導(dǎo)致對未知放射源的處置的深度?目息缺失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種三維空間中的放射源交叉定位方法，實(shí)現(xiàn)了對三維空間中的放射源的精確定位。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三維空間中的放射源交叉定位方法，包括:
[0007]利用空中機(jī)器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域；
[0008]控制空中機(jī)器人進(jìn)入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據(jù)放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，重定位放射源污染區(qū)域；
[0009]控制空中機(jī)器人進(jìn)入重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據(jù)重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，定位放射源在空中的位置；
[0010]控制陸地機(jī)器人進(jìn)入與放射源在空中的位置相對應(yīng)的陸地處，獲取通過陸地機(jī)器人所采集的陸地處周圍的環(huán)境信息，根據(jù)陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源。
[0011]進(jìn)一步地，利用空中機(jī)器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域具體包括:
[0012]控制空中機(jī)器人根據(jù)設(shè)定的核輻射區(qū)域自主飛行路線進(jìn)行自主飛行，同時(shí)獲取空中機(jī)器人所采集的飛行區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息；
[0013]根據(jù)核輻射劑量信息，采用區(qū)域法初步確定放射源污染區(qū)域。
[0014]進(jìn)一步地，控制空中機(jī)器人進(jìn)入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據(jù)放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，重定位放射源污染區(qū)域具體包括:
[0015]獲取初步定位的放射源污染區(qū)域中核輻射劑量信息最小的點(diǎn)所在的區(qū)域，并將該區(qū)域劃分為若干個(gè)小區(qū)域，分別控制若干個(gè)空中機(jī)器人進(jìn)入若干個(gè)小區(qū)域中飛行，同時(shí)獲取通過若干個(gè)空中機(jī)器人所采集的每個(gè)小區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息；
[0016]根據(jù)每個(gè)小區(qū)域的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法重定位放射源污染區(qū)域。
[0017]進(jìn)一步地，控制空中機(jī)器人進(jìn)入重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據(jù)重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，定位放射源在空中的位置具體包括:
[0018]控制空中機(jī)器人進(jìn)入重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取通過空中機(jī)器人所采集的重定位的放射源污染區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息；
[0019]獲取重定位的放射源污染區(qū)域內(nèi)核輻射劑量信息最高的點(diǎn)，以該點(diǎn)為圓心，采用定點(diǎn)反螺旋搜索方法進(jìn)行飛行，同時(shí)獲取通過空中機(jī)器人所采集的反螺旋搜索飛行區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息；
[0020]根據(jù)反螺旋搜索飛行區(qū)域內(nèi)的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法定位放射源污染區(qū)域，同時(shí)根據(jù)區(qū)域邊界條件判斷所述放射源污染區(qū)域的邊界是否存在重合；
[0021]如果重合，繼續(xù)搜索，直至放射源污染區(qū)域的邊界沒有重合為止；
[0022]控制空中機(jī)器人進(jìn)入放射源污染區(qū)域中核輻射劑量最大的區(qū)域飛行，獲取所采集的核輻射劑量最大的區(qū)域內(nèi)的核輻射劑量信息、位置信息和圖像信息；
[0023]獲取核輻射劑量最大的區(qū)域內(nèi)的核輻射劑量信息最大的點(diǎn)，即放射源在空中的位置。
[0024]進(jìn)一步地，獲取重定位的放射源污染區(qū)域內(nèi)核輻射劑量信息最高的點(diǎn)，以該點(diǎn)為圓心，采用定點(diǎn)反螺旋搜索方法進(jìn)行飛行進(jìn)一步包括:
[0025]以重定位的放射源污染區(qū)域內(nèi)核輻射劑量信息最高的點(diǎn)為圓心，設(shè)定首次飛行半徑，然后以每次每圈半徑增加2.5m的遞增速度進(jìn)行反螺旋自主飛行。
[0026]進(jìn)一步地，根據(jù)所述反螺旋搜索飛行區(qū)域內(nèi)的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法定位放射源污染區(qū)域，同時(shí)根據(jù)區(qū)域邊界條件判斷所述放射源污染區(qū)域的邊界是否存在重合進(jìn)一步包括:
[0027]將反螺旋搜索飛行區(qū)域內(nèi)核輻射劑量信息相同的點(diǎn)在電子地圖上構(gòu)建成單一的封閉圖形；
[0028]比較所述單一封閉圖形處的核輻射劑量信息與初始設(shè)定的核輻射劑量信息，確定大于設(shè)定的核輻射劑量信息的封閉圖形構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榉派湓次廴緟^(qū)域；
[0029]判斷放射源污染區(qū)域是否有共同的邊界；
[0030]若存在共同的邊界，增加飛行半徑繼續(xù)搜索，直至一個(gè)放射源污染區(qū)域完全包含另一放射源區(qū)域?yàn)橹埂?br> [0031]進(jìn)一步，區(qū)域法具體包括:
[0032]將飛行區(qū)域內(nèi)核輻射劑量信息相同的點(diǎn)在電子地圖上構(gòu)建成單一的封閉圖形；
[0033]比較單一封閉圖形處的核輻射劑量信息與初始設(shè)定的核輻射劑量信息，確定大于設(shè)定的核輻射劑量信息的封閉圖形構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榉派湓次廴緟^(qū)域。
[0034]進(jìn)一步地，控制陸地機(jī)器人進(jìn)入與放射源在空中的位置相對應(yīng)的陸地處，獲取通過陸地機(jī)器人所采集的所述陸地處周圍的環(huán)境信息，根據(jù)所述陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源進(jìn)一步包括:
[0035]控制陸地機(jī)器人進(jìn)入與放射源在空中的位置相對應(yīng)的陸地處，獲取通過陸地機(jī)器人的潛望式圖像采集設(shè)備、定向核輻射探測設(shè)備和三維激光掃描設(shè)備所采集的陸地處周圍的圖像信息、核輻射劑量信息和物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0036]比較所采集的陸地處周圍的核輻射劑量信息與放射源在空中位置處的核輻射劑量信息，確定陸地機(jī)器人是否進(jìn)入放射源區(qū)域；
[0037]如果進(jìn)入核輻射區(qū)域，控制定向核輻射探測設(shè)備進(jìn)行360度轉(zhuǎn)動，同時(shí)獲取在轉(zhuǎn)動過程中所采集的周圍環(huán)境的圖像信息、核輻射劑量信息和物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0038]獲取在轉(zhuǎn)動過程中所采集的周圍環(huán)境的核輻射劑量信息中的最大值，根據(jù)最大值處的點(diǎn)的坐標(biāo)，確定放射源的大致方向；
[0039]以放射源的大致方向?yàn)榛咎綔y方向，獲取通過陸地機(jī)器人進(jìn)行多次轉(zhuǎn)動時(shí)所采集的核輻射劑量信息及陸地機(jī)器人與所述最大值處的點(diǎn)的坐標(biāo)的距離，根據(jù)核輻射劑量信息及距離信息，確定放射源的空間方位坐標(biāo)，精確定位放射源。
[0040]本發(fā)明還提供了一種三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)，包括:
[0041]用于采集飛行區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息并進(jìn)行發(fā)送的空中機(jī)器人；
[0042]用于采集陸地區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息并進(jìn)行發(fā)送的陸地機(jī)器人；
[0043]用于接收空中機(jī)器人及陸地機(jī)器人的環(huán)境信息并根據(jù)所述環(huán)境信息精確定位放射源的地面控制中心。
[0044]進(jìn)一步地，空中機(jī)器人包括核輻射探測器、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設(shè)備、定位設(shè)備、圖像采集設(shè)備、空中機(jī)器人控制設(shè)備和空中機(jī)器人通信設(shè)備；所述核輻射探測器、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設(shè)備、定位設(shè)備、圖像采集設(shè)備和空中機(jī)器人通信設(shè)備均與空中機(jī)器人控制設(shè)備相連接。
[0045]進(jìn)一步地，陸地機(jī)器人包括設(shè)置于云臺上的潛望式圖像采集設(shè)備、定向核輻射探測設(shè)備及三維激光掃描設(shè)備、陸地機(jī)器人通信設(shè)備、陸地機(jī)器人控制設(shè)備；所述潛望式圖像采集設(shè)備、定向核輻射探測設(shè)備、三維激光掃描設(shè)備及陸地機(jī)器人通信設(shè)備均與陸地機(jī)器人控制設(shè)備相連接。
[0046]進(jìn)一步地，地面控制中心包括后臺通信設(shè)備、服務(wù)器、陸地機(jī)器人控制手柄及空中機(jī)器人控制手柄；所述陸地機(jī)器人控制手柄與服務(wù)器相連接，服務(wù)器與后臺通信設(shè)備相連接。
[0047]本發(fā)明的空中機(jī)器人飛行控制操作性強(qiáng)，能夠適應(yīng)復(fù)雜的飛行環(huán)境，且能超低空飛行，從而對放射源進(jìn)行地毯式搜索，可快速將輻射源鎖定在數(shù)平方米范圍內(nèi)，有效縮短大范圍搜索時(shí)間；利用空中機(jī)器人鎖定放射源的范圍后，通過陸地機(jī)器人攜帶定向核輻射探測儀器在鎖定的范圍區(qū)域內(nèi)進(jìn)行空間方位分析，進(jìn)行高精度角度辨識。
[0048]本發(fā)明的三維空間中的放射源交叉定位方法及系統(tǒng)采用多機(jī)器人協(xié)作、多層次、空間立體搜索，通過大范圍探測到鎖定小范圍區(qū)域，從而高精度方向辨識和空間辨識，實(shí)現(xiàn)放射源快速探測及精準(zhǔn)定位，不僅可以對已知放射源進(jìn)行監(jiān)管、處置，而且可對未知放射源進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1為本發(fā)明的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0050]圖2為本申請的三維空間中的放射源交叉定位方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
[0051]圖3為本申請的初步定位放射源污染區(qū)域的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
[0052]圖4為本申請的重定位放射源污染區(qū)域的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
[0053]圖5為本申請的定位放射源在空中的位置的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
[0054]圖6為本申請的采用陸地機(jī)器人精確定位放射源的位置的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
[0055]圖7為本申請的采用定點(diǎn)反螺旋搜索方法飛行搜索的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0056]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0057]參考圖1，圖1為本發(fā)明的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；該放射源交叉定位系統(tǒng)包括空中機(jī)器人1、陸地機(jī)器人2、地面控制中心3和收放線設(shè)備4 ;空中機(jī)器人I包括核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設(shè)備12、定位設(shè)備13、圖像采集設(shè)備14、空中機(jī)器人控制設(shè)備15和空中機(jī)器人通信設(shè)備16 ;空中機(jī)器人控制設(shè)備15與空中機(jī)器人通信設(shè)備16連接；空中機(jī)器人通信設(shè)備16包括3G、4G和2.4G無線通信模塊，其中，3G、4G無線通信模塊用于傳輸核輻射劑量、姿態(tài)、經(jīng)瑋度、高度和圖像信息，2.4G無線通信模塊用于服務(wù)器32的控制指令；2.4G無線通信模塊用于傳輸空中機(jī)器人控制手柄34的控制指令；核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設(shè)備12、定位設(shè)備13和圖像采集設(shè)備14均與空中機(jī)器人控制設(shè)備15連接。
[0058]陸地機(jī)器人2包括云臺21、潛望式圖像采集設(shè)備211、定向核輻射探測設(shè)備212和三維激光掃描設(shè)備213、陸地機(jī)器人通信設(shè)備22、逆變箱23和陸地機(jī)器人控制設(shè)備24 ;潛望式圖像采集設(shè)備211、定向核輻射探測設(shè)備212和三維激光掃描設(shè)備213安裝固定在云臺21上，并且潛望式圖像采集設(shè)備211的高清相機(jī)和三維激光掃描設(shè)備213安裝在屏蔽罩內(nèi)；陸地機(jī)器人上2所有設(shè)備都由屏蔽機(jī)箱內(nèi)的逆變箱23供電；逆變箱23通過電纜與收放線設(shè)備4連接；陸地機(jī)器人通信設(shè)備22包括交換機(jī)221、串口服務(wù)器222和視頻服務(wù)器223 ;交換機(jī)221與串口服務(wù)器222和視頻服務(wù)器223之間分別采用網(wǎng)線連接；逆變箱23通過網(wǎng)線接入交換機(jī)221 ;定向核輻射探測設(shè)備212、三維激光掃描設(shè)備213和陸地機(jī)器人控制設(shè)備24采用串口線分別與串口服務(wù)器222的端口連接；潛望式圖像采集設(shè)備211通過網(wǎng)線與視頻服務(wù)器223連接；定向核輻射探測設(shè)備212包括定向核輻射探測儀器、核能譜儀和預(yù)留伽馬相機(jī)接口 ；定向核輻射探測儀器由準(zhǔn)直器和核輻射探測器組成，準(zhǔn)直器材料采用金屬鎢加工而成，屏蔽非正面入射的伽馬射線。
[0059]地面控制中心3包括后臺通信設(shè)備31、服務(wù)器32、陸地機(jī)器人控制手柄33和空中機(jī)器人控制手柄34 ;后臺通信設(shè)備31包括有線通信模塊和無線通信模塊，有線通信模塊主要起橋接作用，無線通信模塊主要為3G、4G、2.4G無線通信模塊；服務(wù)器32包括定位模塊、圖像獲取模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和空中機(jī)器人自主飛行模塊，用于獲取、處理和存儲空中機(jī)器人及陸地機(jī)器人所采集的信息；地面控制中心3的服務(wù)器32與后臺通信設(shè)備31采用網(wǎng)線連接；陸地機(jī)器人控制手柄33通過數(shù)據(jù)線與服務(wù)器32連接。
[0060]空中機(jī)器人I通過3G、4G無線通信模塊與后臺通信設(shè)備31連接；空中機(jī)器人I通過2.4G無線通信模塊與空中機(jī)器人控制手柄34連接；陸地機(jī)器人2通過電纜線與收放線設(shè)備4連接；收放線設(shè)備4通過網(wǎng)線與服務(wù)器32連接。
[0061]參見圖2，圖2所示為本發(fā)明的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；該實(shí)施例SlOO包括如下步驟SlOl至S104 ；
[0062]在步驟SlOl中，利用空中機(jī)器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域；
[0063]根據(jù)本申請的一個(gè)實(shí)施例，初步定位放射源污染區(qū)域包括以下步驟:
[0064]參見圖3，圖3所示為本申請的初步定位放射源污染區(qū)域的一個(gè)實(shí)施例SlOl的流程圖；具體過程為:
[0065]Al、空中機(jī)器人1、空中機(jī)器人控制手柄34和地面控制中心3上電開機(jī)運(yùn)行；服務(wù)器32中的空中機(jī)器人自主飛行模塊設(shè)定空中機(jī)器人核輻射區(qū)域自主飛行范圍；空中機(jī)器人自主飛行模塊的數(shù)據(jù)接口與谷歌地球應(yīng)用系統(tǒng)接口連接，能夠快速導(dǎo)入包含所有點(diǎn)經(jīng)瑋度信息的地圖；在地圖上點(diǎn)擊鼠標(biāo)編輯航點(diǎn)，并依次自動將航點(diǎn)連成航線，完成空中機(jī)器人在核輻射區(qū)域自主飛行路線的設(shè)定；
[0066]A2、用空中機(jī)器人控制手柄34控制空中機(jī)器人I上升到指定高度5m后，切換到服務(wù)器32的軟件控制方式，通過服務(wù)器32向后臺通信設(shè)備31發(fā)送控制指令，再通過3G、4G、
2.4G無線通信模塊傳輸?shù)娇罩袡C(jī)器人通信設(shè)備16，空中機(jī)器人通信設(shè)備16把控制指令傳到空中機(jī)器人控制設(shè)備15，隨即空中機(jī)器人I進(jìn)入自主飛行模式；
[0067]A3、空中機(jī)器人I進(jìn)入自主飛行模式后，啟動核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設(shè)備12、定位設(shè)備13和圖像采集設(shè)備14獲取飛行區(qū)域的經(jīng)瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息，同時(shí)空中機(jī)器人通信設(shè)備16通過3G、4G、2.4G無線通信模塊將該數(shù)據(jù)信息發(fā)送到地面控制中心3 ;地面控制中心3的后臺通信設(shè)備31接收到該數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)線傳輸?shù)椒?wù)器32 ；
[0068]A4、服務(wù)器32接收到經(jīng)瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息，經(jīng)過圖像獲取模塊和數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理、濾波后，再在電子地圖上顯示并記錄；在電子地圖上以D(x、y、h)的形式顯示每點(diǎn)采集到的核輻射劑量和經(jīng)瑋度信息，并進(jìn)行存儲；最后通過服務(wù)器32的定位模塊根據(jù)記錄數(shù)據(jù)中D相同的點(diǎn)在電子地圖上構(gòu)成單一的封閉圖形，采用不同顏色表示不同區(qū)域核輻射劑量的值，從紅色到紫色表示核輻射的劑量由大到小，如核輻射劑量值D在Dl與D2之間用紅色表示，在D2與D3之間用橙色表示；同時(shí)在服務(wù)器32的定位模塊設(shè)定核輻射劑量值大于某值DO的點(diǎn)構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榉派湓次廴緟^(qū)域。
[0069]在步驟S102中，控制空中機(jī)器人進(jìn)入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據(jù)所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，重定位放射源污染區(qū)域；
[0070]根據(jù)本申請的一個(gè)實(shí)施例，重定位放射源污染區(qū)域包括以下步驟:
[0071]參見圖4，圖4所示為本申請的重定位放射源污染區(qū)域的一個(gè)實(shí)施例S102的流程圖；具體過程為:
[0072]B1、將初步定位的放射源污染區(qū)域中核輻射劑量最小的單一封閉圖形所在的區(qū)域分成N1、N2、N3、N4這四個(gè)放射源污染區(qū)域；
[0073]B2、用四個(gè)空中機(jī)器人控制手柄34遙感——對應(yīng)控制四個(gè)空中機(jī)器人nl、n2、n3、n4，分別進(jìn)入N1、N2、N3、N4這四個(gè)放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)啟動每個(gè)空中機(jī)器人上的核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設(shè)備12、定位設(shè)備13和圖像采集設(shè)備14獲取每個(gè)放射源污染區(qū)域的經(jīng)瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息，同時(shí)空中機(jī)器人通信設(shè)備16將該信息反饋到地面控制中心3 ;
[0074]B3、地面控制中心3的后臺通信設(shè)備31接收四個(gè)空中機(jī)器人nl、n2、n3、n4傳回的bl、b2、b3、b4四組數(shù)據(jù)，并傳給服務(wù)器32 ;服務(wù)器32中的數(shù)據(jù)處理模塊對bl、b2、b3、b4四組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲；
[0075]B4、服務(wù)器32中的定位模塊根據(jù)處理后的核輻射劑量、經(jīng)瑋度信息采用步驟A4中的方法重新確定放射源污染區(qū)域；然后，用四個(gè)空中機(jī)器人控制手柄34遙感控制四個(gè)空中機(jī)器人I進(jìn)行降落。
[0076]在步驟S103中，控制空中機(jī)器人進(jìn)入所述重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據(jù)所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，定位放射源在空中的位置；
[0077]根據(jù)本申請的一個(gè)實(shí)施例，定位放射源在空中的位置包括以下步驟:
[0078]參見圖5，圖5所示為本申請的定位放射源在空中的位置的一個(gè)實(shí)施例S103的流程圖；具體過程為:
[0079]Cl、通過空中機(jī)器人控制手柄34遙感空中機(jī)器人I進(jìn)入B4步驟中重新確定的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)啟動核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設(shè)備12、定位設(shè)備13和圖像采集設(shè)備14獲取重定位區(qū)域內(nèi)的經(jīng)瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息；服務(wù)器32的定位模塊根據(jù)上述核輻射劑量、經(jīng)瑋度信息，用空中機(jī)器人控制手柄控制空中機(jī)器人尋得重定位的放射源污染區(qū)域內(nèi)核輻射劑量最高的點(diǎn)Dm(xm、ym、hm);
[0080]C2、在服務(wù)器32的空中機(jī)器人自主飛行模塊的電子地圖上設(shè)定定點(diǎn)反螺旋飛行搜索方法的自主飛行模式；以核輻射劑量信息最大的點(diǎn)Dm(xm、ym、hm)為圓心，設(shè)定首次飛行半徑為5m，之后以每次每圈半徑增加2.5m的圓弧進(jìn)行自主飛行，如圖7所示；同時(shí)啟動核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設(shè)備12、定位設(shè)備13和圖像采集設(shè)備14獲取反螺旋搜索飛行區(qū)域的經(jīng)瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息，同時(shí)空中機(jī)器人通信設(shè)備16將該信息反饋到地面控制中心3 ;
[0081]C3、地面控制中心3接受到數(shù)據(jù)信息通過服務(wù)器32的圖像獲取模塊和數(shù)據(jù)處理模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、平滑處理，并進(jìn)行存儲；然后通過服務(wù)器32的定位模塊根據(jù)記錄數(shù)據(jù)中D相同的點(diǎn)在電子地圖上構(gòu)成單一的封閉圖形，采用不同顏色表示劑量的大小，從紅色到紫色表示核福射的劑量由大到小；
[0082]C4、如圖7所示，通過封閉圖像的邊界條件關(guān)系來判斷放射源污染區(qū)域定位是否準(zhǔn)確；其不同的區(qū)域不能擁有共同的邊界，若擁有共同的邊界條件，則增加飛行半徑繼續(xù)收索，直到劑量低的區(qū)域完全包含劑量高的區(qū)域且沒有共同的邊界為止；若滿足此條件，則進(jìn)入步驟C5 ；
[0083]C5、通過空中機(jī)器人控制手柄34遙感空中機(jī)器人I到達(dá)放射源污染區(qū)域中核輻射劑量最大的區(qū)域(圖7中的灰色區(qū)域)飛行，同時(shí)啟動核輻射探測器11、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設(shè)備12、定位設(shè)備13和圖像采集設(shè)備14獲取該核輻射劑量最大的區(qū)域內(nèi)的經(jīng)瑋度、高度、航向、姿態(tài)、核輻射劑量和圖像信息，同時(shí)空中機(jī)器人通信設(shè)備16將該信息反饋到地面控制中心3 ;空中機(jī)器人I找到核輻射劑量最大的區(qū)域中(圖7中的灰色區(qū)域)核輻射劑量最高的點(diǎn)D'm(x'm、y'm、h'm)，即為放射源在空中的位置。
[0084]在步驟S104中，控制陸地機(jī)器人進(jìn)入與放射源在空中的位置相對應(yīng)的陸地處，獲取通過陸地機(jī)器人所采集的所述陸地處周圍的環(huán)境信息，根據(jù)所述陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源。
[0085]根據(jù)本申請的一個(gè)實(shí)施例，定位放射源在空中的位置包括以下步驟:
[0086]參見圖6，圖6所示為本申請的精確定位放射源的位置的一個(gè)實(shí)施例S104的流程圖；具體過程為:
[0087]D1、陸地機(jī)器人2通過定向核輻射探測設(shè)備212獲取核輻射劑量，通過多次能譜測量確定核素信息；通過潛望式圖像采集設(shè)備211獲取核輻射現(xiàn)場的圖像信息；核輻射劑量、能譜和圖像信息通過通信電纜實(shí)時(shí)傳送到地面控制中心3 ;地面控制中心3的服務(wù)器32的圖像獲取模塊、數(shù)據(jù)處理模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析與顯示；根據(jù)核輻射劑量大小與步驟C5中精確定位的坐標(biāo)D'm(x'm、y'm、h'm)處的核輻射劑量進(jìn)行對比，判斷是否進(jìn)入放射源污染區(qū)域；若是，則進(jìn)入步驟D2 ;若不是，則繼續(xù)探測與觀測；
[0088]D2、以陸地機(jī)器人I上的三維激光掃描設(shè)備213的幾何中心為觀測原點(diǎn)O (0、0、0)，建立坐標(biāo)系，在服務(wù)器32的定位模塊里建立坐標(biāo)系(x、y、z);陸地機(jī)器人靜止不動，轉(zhuǎn)動云臺21，利用潛望式圖像采集設(shè)備211采集環(huán)境圖像信息，定向核輻射探測設(shè)備212探測核輻射劑量和核素信息，三維激光掃描設(shè)備213獲取物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；通過陸地機(jī)器人通信設(shè)備把所有信息傳回到地面控制中心3的服務(wù)器32 ;三維激光掃描設(shè)備213輸出觀測數(shù)據(jù)有兩個(gè)角度值和一個(gè)距離值，而且還有掃描點(diǎn)的反射強(qiáng)度I，該反射強(qiáng)度I用來給反射點(diǎn)匹配顏色，通過計(jì)算得出三維激光掃描設(shè)備測量的物體的點(diǎn)坐標(biāo)(Xp、yp、zp);陸地機(jī)器人控制手柄33控制云臺21進(jìn)行360度全圓轉(zhuǎn)向得到360度轉(zhuǎn)向后的核輻射劑量、測量的物體的點(diǎn)坐標(biāo)，從而構(gòu)成核輻射劑量數(shù)據(jù)和被測量物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；在核輻射劑量數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)中首先找到核輻射劑量最大值，再根據(jù)此值找到該物體S的坐標(biāo)(Xl、Y1, Z1)，連接原點(diǎn)O和S點(diǎn)構(gòu)成OS方向，且原點(diǎn)O到S點(diǎn)的距離為L ;陸地機(jī)器人控制手柄33控制陸地機(jī)器人I移動，并重復(fù)測量5次；比較5次測量結(jié)果，確定放射源的大致方向；
[0089]D3、根據(jù)步驟D2事先確定放射源的大致方向；以陸地機(jī)器人2的云臺21為基本點(diǎn)K，OS方向?yàn)樘綔y方向，選取前方障礙物少的方向進(jìn)行探測；陸地機(jī)器人2以Y軸為基準(zhǔn)向左移動相對于Y軸Θ角度，陸地機(jī)器人2的云臺21上設(shè)備正前方延長線與步驟D2中確定的S點(diǎn)相交，即KS方向，進(jìn)行第一次探測并記錄核輻射劑量Dl、三維激光掃描設(shè)備213測量的物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、S點(diǎn)到Kl點(diǎn)的距離11 ;第二次測量:陸地機(jī)器人以Y軸基準(zhǔn)向左移動相對于Y軸2 Θ角度，并記錄核輻射劑量D2、三維激光掃描設(shè)備213測量的數(shù)據(jù)、S點(diǎn)到Kl點(diǎn)的距離12 ;從兩次核輻射劑量的測量值D2、D1可求得核輻射劑量差值D3，然后對D3求絕對值得到D4 ;從兩次距離的測量值12、11可求得距離差值13，然后對13求絕對值得到14 ;根據(jù)直角三角形三邊的關(guān)系，正弦、余弦相關(guān)定理，核輻射劑量數(shù)據(jù)D1、D2、D3，距離11、12、14，轉(zhuǎn)動角度θ、2Θ，可確定放射源的空間方位坐標(biāo)；重新選取Θ角度值，重復(fù)5次測量，并對結(jié)果進(jìn)行比較，最終確定放射源的空間方位坐標(biāo)；
[0090] D4、根據(jù)核輻射現(xiàn)場的情況判斷陸地機(jī)器人是否還需要繼續(xù)探測；若需要，則返回步驟Dl繼續(xù)探測；若不需要，則完成對放射源的精確定位。
【權(quán)利要求】
1.三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，包括: 利用空中機(jī)器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域；控制空中機(jī)器人進(jìn)入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據(jù)所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，重定位放射源污染區(qū)域； 控制空中機(jī)器人進(jìn)入所述重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據(jù)所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，定位放射源在空中的位置；以及 控制陸地機(jī)器人進(jìn)入與放射源在空中的位置相對應(yīng)的陸地處，獲取通過陸地機(jī)器人所采集的所述陸地處周圍的環(huán)境信息，根據(jù)所述陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述利用空中機(jī)器人在核輻射區(qū)域飛行所采集的環(huán)境信息，初步定位放射源污染區(qū)域具體包括: 控制空中機(jī)器人根據(jù)設(shè)定的核輻射區(qū)域自主飛行路線進(jìn)行自主飛行，同時(shí)獲取空中機(jī)器人所采集的飛行區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息； 根據(jù)所述核輻射劑量信息，采用區(qū)域法初步確定放射源污染區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述控制空中機(jī)器人進(jìn)入初步定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據(jù)所述放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，重定位放射源污染區(qū)域具體包括: 獲取初步定位的放射源污染區(qū)域中核輻射劑量信息最小的點(diǎn)所在的區(qū)域，并將該區(qū)域劃分為若干個(gè)小區(qū)域，分別控制若干個(gè)空中機(jī)器人進(jìn)入所述若干個(gè)小區(qū)域中飛行，同時(shí)獲取通過若干個(gè)空中機(jī)器人所采集的每個(gè)小區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息；根據(jù)所述每個(gè)小區(qū)域的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法重定位放射源污染區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，控制空中機(jī)器人進(jìn)入所述重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，根據(jù)所述重定位的放射源污染區(qū)域的環(huán)境信息，定位放射源在空中的位置具體包括: 控制空中機(jī)器人進(jìn)入所述重定位的放射源污染區(qū)域飛行，同時(shí)獲取通過空中機(jī)器人所采集的重定位的放射源污染區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息； 獲取重定位的放射源污染區(qū)域內(nèi)核輻射劑量信息最高的點(diǎn)，以該點(diǎn)為圓心，采用定點(diǎn)反螺旋搜索方法進(jìn)行飛行，同時(shí)獲取通過空中機(jī)器人所采集的反螺旋搜索飛行區(qū)域的核輻射劑量信息、位置信息及圖像信息； 根據(jù)所述反螺旋搜索飛行區(qū)域內(nèi)的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法定位放射源污染區(qū)域，同時(shí)根據(jù)區(qū)域邊界條件判斷所述放射源污染區(qū)域的邊界是否存在重合； 如果重合，繼續(xù)搜索，直至放射源污染區(qū)域的邊界沒有重合為止； 控制空中機(jī)器人進(jìn)入所述放射源污染區(qū)域中核輻射劑量最大的區(qū)域飛行，獲取所采集的核輻射劑量最大的區(qū)域內(nèi)的核輻射劑量信息、位置信息和圖像信息； 獲取核輻射劑量最大的區(qū)域內(nèi)的核輻射劑量信息最大的點(diǎn)，即放射源在空中的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述獲取重定位的放射源污染區(qū)域內(nèi)核輻射劑量信息最高的點(diǎn)，以該點(diǎn)為圓心，采用定點(diǎn)反螺旋搜索方法進(jìn)行飛行進(jìn)一步包括: 以重定位的放射源污染區(qū)域內(nèi)核輻射劑量信息最高的點(diǎn)為圓心，設(shè)定首次飛行半徑，然后以每次每圈半徑增加2.5m的遞增速度進(jìn)行反螺旋自主飛行。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述根據(jù)所述反螺旋搜索飛行區(qū)域內(nèi)的核輻射劑量信息，采用區(qū)域法定位放射源污染區(qū)域，同時(shí)根據(jù)區(qū)域邊界條件判斷所述放射源污染區(qū)域的邊界是否存在重合進(jìn)一步包括: 將反螺旋搜索飛行區(qū)域內(nèi)核輻射劑量信息相同的點(diǎn)在電子地圖上構(gòu)建成單一的封閉圖形； 比較所述單一封閉圖形處的核輻射劑量信息與初始設(shè)定的核輻射劑量信息，確定大于設(shè)定的核輻射劑量信息的封閉圖形構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榉派湓次廴緟^(qū)域； 判斷放射源污染區(qū)域是否有共同的邊界； 若存在共同的邊界，增加飛行半徑繼續(xù)搜索，直至一個(gè)放射源污染區(qū)域完全包含另一放射源區(qū)域?yàn)橹埂?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求2至6任一所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述區(qū)域法具體包括: 將飛行區(qū)域內(nèi)核輻射劑量信息相同的點(diǎn)在電子地圖上構(gòu)建成單一的封閉圖形； 比較所述單一封閉圖形處的核輻射劑量信息與初始設(shè)定的核輻射劑量信息，確定大于設(shè)定的核輻射劑量信息的封閉圖形構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榉派湓次廴緟^(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維空間中的放射源交叉定位方法，其特征是，所述控制陸地機(jī)器人進(jìn)入與放射源在空中的位置相對應(yīng)的陸地處，獲取通過陸地機(jī)器人所采集的所述陸地處周圍的環(huán)境信息，根據(jù)所述陸地處周圍的環(huán)境信息，精確定位放射源進(jìn)一步包括: 控制陸地機(jī)器人進(jìn)入與放射源在空中的位置相對應(yīng)的陸地處，獲取通過陸地機(jī)器人的潛望式圖像采集設(shè)備、定向核輻射探測設(shè)備和三維激光掃描設(shè)備所采集的陸地處周圍的圖像信息、核輻射劑量信息和物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 比較所采集的陸地處周圍的核輻射劑量信息與放射源在空中位置處的核輻射劑量信息，確定陸地機(jī)器人是否進(jìn)入放射源區(qū)域； 如果進(jìn)入核輻射區(qū)域，控制定向核輻射探測設(shè)備進(jìn)行360度轉(zhuǎn)動，同時(shí)獲取在轉(zhuǎn)動過程中所采集的周圍環(huán)境的圖像信息、核輻射劑量信息和物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 獲取在轉(zhuǎn)動過程中所采集的周圍環(huán)境的核輻射劑量信息中的最大值，根據(jù)所述最大值處的點(diǎn)的坐標(biāo)，確定放射源的大致方向； 以所述放射源的大致方向?yàn)榛咎綔y方向，獲取通過陸地機(jī)器人進(jìn)行多次轉(zhuǎn)動時(shí)所采集的核輻射劑量信息及陸地機(jī)器人與所述最大值處的點(diǎn)的坐標(biāo)的距離，根據(jù)所述核輻射劑量信息及距離信息，確定放射源的空間方位坐標(biāo)，精確定位放射源。
9.三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)，其特征是，包括: 用于采集飛行區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息并進(jìn)行發(fā)送的空中機(jī)器人； 用于采集陸地區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息并進(jìn)行發(fā)送的陸地機(jī)器人； 用于接收空中機(jī)器人及陸地機(jī)器人的環(huán)境信息并根據(jù)所述環(huán)境信息精確定位放射源的地面控制中心。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)，其特征是；所述空中機(jī)器人包括核輻射探測器、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設(shè)備、定位設(shè)備、圖像采集設(shè)備、空中機(jī)器人控制設(shè)備和空中機(jī)器人通信設(shè)備；所述核輻射探測器、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)設(shè)備、定位設(shè)備、圖像采集設(shè)備和空中機(jī)器人通信設(shè)備均與空中機(jī)器人控制設(shè)備相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)，其特征是:所述陸地機(jī)器人包括設(shè)置于云臺上的潛望式圖像采集設(shè)備、定向核輻射探測設(shè)備及三維激光掃描設(shè)備、陸地機(jī)器人通信設(shè)備、陸地機(jī)器人控制設(shè)備；所述潛望式圖像采集設(shè)備、定向核輻射探測設(shè)備、三維激光掃描設(shè)備及陸地機(jī)器人通信設(shè)備均與陸地機(jī)器人控制設(shè)備相連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維空間中的放射源交叉定位系統(tǒng)，其特征是:所述地面控制中心包括后臺通信設(shè)備、服務(wù)器、陸地機(jī)器人控制手柄及空中機(jī)器人控制手柄；所述陸地機(jī)器人控制手柄與服務(wù)器相連接，服務(wù)器與后臺通信設(shè)備相連接。
【文檔編號】G05D1/02GK104460671SQ201410640941
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】張華 , 霍建文, 張靜, 王姮, 王坤朋, 劉滿祿, 劉鳳超, 李培培 申請人:西南科技大學(xué)