本實用新型涉及光電分析，特別涉及無需GPS的無人機的地面定位裝置及氣體遙測系統(tǒng)。

背景技術：

目前，無人機在測繪、管路巡檢和植保等行業(yè)得到了廣泛應用。在這些應用中，現(xiàn)有主流無人機的定位和導航嚴重依賴GPS。但在復雜環(huán)境下，例如在高層建筑間飛行時，采用GPS定位存在以下問題：

1.GPS信號受到樓房遮擋和氣象條件影響，質量下降，在低樓層高度和陰雨天氣往往搜索不到GPS信號，無法可靠定位；

2.GPS本身定位精度有限，誤差范圍大，加之樓宇間各種建筑物墻面反射GPS信號，進一步造成GPS誤差加大。

為了解決上述不足，現(xiàn)有的無GPS定位方案分為兩類：

1.基于計算機視覺的自運動估計，即利用機載攝像頭采集圖像，經(jīng)機載計算機處理，計算出自身的位置。

無人機上安裝攝像頭、機載計算機等設備，降低了無人機的有效載荷，并且由于樓宇間環(huán)境外觀的不確定性，這類方法往往可靠性低；

2.偽衛(wèi)星定位：通過布置于環(huán)境中的發(fā)射某種定位信號的基站來確定無人機位置。

偽衛(wèi)星定位方案中，需要事先在環(huán)境中布置多個基站并且基站的相對位置需要嚴格控制，這在高層建筑間是很難實現(xiàn)的。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術方案中的不足，本實用新型提供了一種無需GPS、定位精度高、可靠性好的無需GPS的無人機的地面定位裝置，可應用在高層建筑間無人機的定位、導航中。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種無需GPS的無人機的地面定位裝置，所述地面定位裝置包括：

選擇模塊，所述選擇模塊根據(jù)接收到的空中的無人機的高度信息而選擇對應的焦距；

攝像機，所述攝像機根據(jù)所述焦距輸出無人機的圖像，并送顯示器件；

顯示器件，根據(jù)所述圖像在顯示器件的坐標系中的位置得出所述無人機的空中位置；

發(fā)射模塊，所述發(fā)射模塊用于傳送所述空中位置。

根據(jù)上述的地面定位裝置，可選地，所述無人機包括：

高度計，所述高度計輸出的高度信息送所述攝像機。

根據(jù)上述的地面定位裝置，優(yōu)選地，所述高度計為電磁波測距儀。

根據(jù)上述的地面定位裝置，優(yōu)選地，所述攝像機的鏡頭豎直向上。

根據(jù)上述的地面定位裝置，可選地，所述攝像機至少為2個，具有不同的焦距范圍，分別與所述無人機的不同高度相對應；所述選擇模塊設置在高度計和攝像機之間，或設置在攝像機和顯示器件之間；或，

所述攝像機為1個，具有不同的焦距范圍，分別與所述無人機的不同高度相對應；所述選擇模塊設置在高度計和攝像機之間。

根據(jù)上述的地面定位裝置，優(yōu)選地，所述攝像機呈直線排列或T形排列。

本實用新型的目的還在于提供了一種應用上述地面定位裝置的氣體遙測系統(tǒng)，該實用新型目的通過以下技術方案得以實現(xiàn)：

一種氣體遙測系統(tǒng)，所述氣體遙測系統(tǒng)包括無人機、氣體遙測裝置；所述氣體遙測系統(tǒng)進一步包括：

地面定位裝置，所述地面定位裝置采用上述任一的地面定位裝置。

根據(jù)上述的氣體遙測系統(tǒng)，可選地，所述氣體遙測裝置包括：

光源，所述光源設置在所述無人機上，所述光源輸出的測量光的波長與待測氣體的特征譜線對應；

探測器，所述探測器設置在所述無人機上，所述探測器用于將穿過待測氣體后被反射的測量光轉換為電信號，并傳送到分析模塊；

分析模塊，所述分析模塊利用光譜技術處理所述電信號，從而獲得待測氣體的濃度。

根據(jù)上述的氣體遙測系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述光源為可調諧半導體激光器。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有的有益效果為：

根據(jù)無人機的高度去選擇與該高度對應的焦距，使得攝像機能夠清晰成像所述無人機，無人機的圖像呈現(xiàn)在顯示器件的坐標系中，從而準確地定位出無人機的位置，無需GPS信號、可靠性好、定位精度高，可達厘米量級，可用于高層建筑間的無人機的定位中，為高層建筑的不同樓層天然氣泄漏的無人機遙測應用打下堅實基礎。

附圖說明

參照附圖，本實用新型的公開內容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是：這些附圖僅僅用于舉例說明本實用新型的技術方案，而并非意在對本實用新型的保護范圍構成限制。圖中：

圖1是根據(jù)本實用新型實施例1的地面定位裝置的結構簡圖；

圖2是無人機在顯示器件的坐標系中位置的示意圖。

具體實施方式

圖1-2和以下說明描述了本實用新型的可選實施方式以教導本領域技術人員如何實施和再現(xiàn)本實用新型。為了教導本實用新型技術方案，已簡化或省略了一些常規(guī)方面。本領域技術人員應該理解源自這些實施方式的變型或替換將在本實用新型的范圍內。本領域技術人員應該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本實用新型的多個變型。由此，本實用新型并不局限于下述可選實施方式，而僅由權利要求和它們的等同物限定。

實施例1：

圖1示意性地給出了本實施例的應用在高層建筑的不同樓層天然氣泄漏檢測的氣體遙測系統(tǒng)的結構簡圖，如圖1所示，所述氣體遙測系統(tǒng)包括：

可懸停的無人機21，如旋翼機，具有無線接收模塊，用于接收控制信號及地面定位裝置傳送來的無人機的位置；

高度計，如電磁波測距儀，所述高度計固定在所述無人機上，用于檢測無人機的飛行高度，并通過無線或有線方式傳送到地面定位裝置；

地面定位裝置，所述地面定位裝置包括：

選擇模塊，如選擇電路，所述選擇模塊根據(jù)接收到的空中的無人機的高度信息而選擇對應的焦距；

攝像機，所述攝像機具有較寬的焦距范圍，所述攝像機根據(jù)所述焦距輸出無人機的圖像，得輸出的無人機的可分辨的圖像送顯示器件；

顯示器件，如CRT、LCD等，根據(jù)所述圖像在顯示器件的坐標系中的位置得出所述無人機的空中位置，如圖2所示；

發(fā)射模塊，如無線信號發(fā)送模塊，所述發(fā)射模塊將所述空中位置傳送到所述無人機；

遙測裝置，所述遙測裝置包括：

光源，如可調諧半導體激光器，所述光源設置在所述無人機上，所述光源輸出的測量光的波長與待測氣體的特征譜線對應，如發(fā)射波長為1651nm，與甲烷的特征譜線對應；

探測器，所述探測器設置在所述無人機上，所述探測器用于將穿過不同高樓層室內的待測氣體后被反射的測量光轉換為電信號，并傳送到分析模塊；

分析模塊，所述分析模塊利用光譜技術處理所述電信號，從而獲得待測氣體的濃度。分析模塊是本領域的現(xiàn)有技術，在此不再贅述。

實施例2：

根據(jù)本實用新型實施例1的氣體遙測系統(tǒng)在高層建筑間定位中的應用例。

在該應用例中，高度計采用激光測距儀，安裝在無人機上；高度計輸出的高度信息通過無線方式傳送到攝像機；所述攝像機為3個，呈直線排列，具有短、中、長焦距，對應于不同高度的無人機的成像，如短焦距對應0-10m高度的無人機，中焦距對應10-50m高度的無人機，長焦距對應50-100m高度的無人機，所有攝像機的鏡頭豎直向上；選擇模塊，所述選擇模塊設置在高度計和攝像機之間，根據(jù)接收到的高度信息去選擇具有與高度對應的焦距的攝像機，使得該攝像機工作(其他攝像機不工作)，且輸出信號送發(fā)射模塊；顯示器件采用LCD。

根據(jù)本實施例的氣體遙測系統(tǒng)達到的益處在于：在高層建筑之間，GPS信號很差，利用本系統(tǒng)可有效地給出無人機的空間位置，無需GPS信號，且定位精度高、可靠性好。

實施例3：

根據(jù)本實用新型實施例1的氣體遙測系統(tǒng)在高層建筑間定位中的應用例。

在該應用例中，高度計采用雷達測距儀，安裝在無人機上；高度計輸出的高度信息通過無線方式傳送到攝像機；所述攝像機為3個，呈T形排列，具有短、中、長焦距，對應于不同高度的無人機的成像，如短焦距對應0-10m高度的無人機，中焦距對應10-50m高度的無人機，長焦距對應50-100m高度的無人機，所有攝像機的鏡頭豎直向上；選擇模塊，所述選擇模塊設置在攝像機和發(fā)射模塊之間，根據(jù)接收到的高度信息去選擇具有與高度對應的焦距的攝像機的輸出信號送發(fā)射模塊，其他攝像機不工作或即使工作但與發(fā)射模塊斷開，也即，使得三個攝像機選擇性地與發(fā)射模塊電連接；顯示器件采用CRT。

根據(jù)本實施例的氣體遙測系統(tǒng)達到的益處在于：在高層建筑之間，GPS信號很差，利用本系統(tǒng)可有效地給出無人機的空間位置，無需GPS信號，且定位精度高、可靠性好。

實施例4：

根據(jù)本實用新型實施例的氣體遙測系統(tǒng)的應用例。

在該應用例中，高度計采用雷達測距儀，安裝在無人機上；高度計輸出的高度信息通過無線方式傳送到攝像機；所述攝像機為1個，具有短、中、長焦距，對應于不同高度的無人機的成像，如短焦距對應0-10m高度的無人機，中焦距對應10-50m高度的無人機，長焦距對應50-100m高度的無人機，攝像機的鏡頭豎直向上；選擇模塊，所述選擇模塊根據(jù)接收到的高度信息去選擇具有與高度對應的焦距，使得該攝像機調整出該焦距；顯示器件采用AMOLED。

根據(jù)本實施例的氣體遙測系統(tǒng)達到的益處在于：在高層建筑之間，GPS信號很差，利用本系統(tǒng)可有效地給出無人機的空間位置，無需GPS信號，且定位精度高、可靠性好；僅需一個攝像機，成本低。

實施例5：

根據(jù)本實用新型實施例1的氣體遙測系統(tǒng)在高層建筑間定位中的應用例。

在該應用例中，高度計采用雷達測距儀，安裝在無人機上；高度計輸出的高度信息通過無線方式傳送到攝像機；所述攝像機為3個，呈T形排列，具有短、中、長焦距，對應于不同高度的無人機的成像，如短焦距對應0-10m高度的無人機，中焦距對應10-50m高度的無人機，長焦距對應50-100m高度的無人機，所有攝像機的鏡頭豎直向上；選擇模塊，所述選擇模塊設置在攝像機和顯示器件之間，根據(jù)接收到的高度信息去選擇具有與高度對應的焦距的攝像機的輸出信號送顯示器件，其他攝像機不工作或即使工作但與顯示器件斷開，也即，使得三個攝像機選擇性地與顯示器件電連接；顯示器件采用LCD。

根據(jù)本實施例的氣體遙測系統(tǒng)達到的益處在于：在高層建筑之間，GPS信號很差，利用本系統(tǒng)可有效地給出無人機的空間位置，無需GPS信號，且定位精度高、可靠性好。