專利名稱：環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于無人機技術(shù)領域，尤其是一種環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自英國于1917年成功研制世界上第一架無人機之后，無人機技術(shù)的發(fā)展進步都和強大的軍事需求緊密相關。因此，無人機在軍事方面運用非常豐富，并且在戰(zhàn)爭中發(fā)揮了越來越重要的作用。與豐富的軍事運用相比，無人機在民用方面稍稍落后，我國無人機發(fā)展起步于上世紀50年代，實質(zhì)性的進展則始于上個世紀90年代。面對我國環(huán)境污染事故頻發(fā)、環(huán)境應急監(jiān)測任務繁重，但無人機遙感技術(shù)至今尚未得到廣泛應用，無人機遙感環(huán)境應急監(jiān)測技術(shù)研究基本處于空白，難以滿足我國環(huán)保部門應急監(jiān)測的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種集成度高、實時性強、準確可靠的環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)，包括無人機及無人機載荷監(jiān)測系統(tǒng)、地面控制站以及地面數(shù)據(jù)處理中心，該無人機載荷監(jiān)測系統(tǒng)包括安裝在無人機上的載荷箱以及安裝在載荷箱上的無人機專用攝像機、熱紅外相機、無線高清視頻傳輸系統(tǒng)、DGPS/MU定位定向系統(tǒng)、小型機載成像光譜儀、氣體檢測儀和其他視頻及圖像采集設備，所述的無人機專用攝像機、熱紅外相機與無線高清視頻傳輸系統(tǒng)相連接實時向地面控制站傳送視頻圖像信息，地面控制站通過無線通信方式與無人機進行通信控制無人機的航線規(guī)劃并直觀地顯示飛機信息和視頻圖像信息；小型機載成像光譜儀與DGPS/MU定位定向系統(tǒng)相連接，安裝在載荷箱上的各個設備分別將采集的數(shù)據(jù)保存在各自的存儲器中并傳送至地面數(shù)據(jù)處理中心中。而且，所述的其他視頻及圖像采集設備包括3D攝像機、4波段CXD相機和高分辨率照相機。而且，所述的無線高清視頻傳輸系統(tǒng)采用2.4G無線高清視頻傳輸系統(tǒng)。而且，所述的無人機采用“環(huán)鷹一號”無人直升機，所述的熱紅外相機采用FLIR熱紅外成像儀TAU-640 ;所述的氣體檢測儀采用MX6復合氣體檢測儀；所述的小型成像光譜儀采用Rolera-MGi作為光譜儀的成像器件。而且，所述的高分辨率照相機采用哈蘇H4D-60相機；所述4波段CXD相機采用MCC4-12F四波段相機。而且，所述的地面控制站安裝在應急監(jiān)測通信車上。 本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:1、本集成系統(tǒng)高度集成化地將無人機專用攝像機、熱紅外相機、2.4G無線高清視頻傳輸系統(tǒng)、小型機載成像光譜儀、DGPS/IMU定位定向系統(tǒng)、4波段CCD相機、高分辨率光學相機、氣體檢測儀、3D攝像機安裝在無人機上，可同時、準確、連續(xù)、完整地采集多種數(shù)據(jù)，可以通過2.4G無線高清視頻傳輸系統(tǒng)實時向地面控制站傳輸視頻圖像數(shù)據(jù)，其獲取的同一時相數(shù)據(jù)在對比分析上一致性比較強，可以相互對比分析，得出的分析結(jié)果更具有說服力。2、本集成系統(tǒng)的地面控制站通過無線通信方式與無人機進行通信，控制無人機的航線規(guī)劃并直觀地顯示飛機飛行時間、速度、高度、方位和視頻圖像信息，可將無人機獲取的實時影像數(shù)據(jù)進行快速拼接，得到環(huán)境監(jiān)測范圍當前影像；所獲得的高清晰、高分辨率、高精度的遙感探測數(shù)據(jù)，適合環(huán)境應急監(jiān)控的需要，同時為環(huán)境應急監(jiān)測處理決策提供有力依據(jù)及時限。3、本集成系統(tǒng)上各個監(jiān)測設備分別獲取環(huán)境遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)并存儲在相應的存儲器中，待飛行任務結(jié)束后，可以獲得的環(huán)境遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)處理中心，由地面數(shù)據(jù)處理心進行信息提取和輸出處理，并完成圖像快速處理、環(huán)境監(jiān)測應急信息快速提取功能，實現(xiàn)無人機環(huán)境應急監(jiān)測。4、本集成系統(tǒng)可以彌補衛(wèi)星遙感受軌道的限制、每天過頂?shù)臅r間固定、應急觀測困難的局限，可自由、靈活飛行計劃。5、本集成系統(tǒng)對地理條件和天氣條件的適應性強，可在河流草甸、無路無人區(qū)、自然災害受災區(qū)、環(huán)境污染事故區(qū)、危險區(qū)等飛行。6、本發(fā)明設計合理，填補我國環(huán)保部門的在環(huán)境應急監(jiān)測方面的空白，能夠在在突發(fā)環(huán)境污染事故及常規(guī)環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮積極的作用，有力的彌補衛(wèi)星遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)和地面監(jiān)測數(shù)據(jù)的不足，提高對環(huán)境應急監(jiān)測數(shù)據(jù)快速處理、分析的能力，輔助決策者在環(huán)境污染事故及日常監(jiān)測中快速做出應急措施方案。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)連接示意圖
圖2是本發(fā)明的另一種系統(tǒng)連接示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳述。一種環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)，如圖1所示，包括無人機及無人機載荷監(jiān)測系統(tǒng)、安裝在應急監(jiān)測通信車內(nèi)的地面控制站以及地面數(shù)據(jù)處理中心。在本實施例中，無人機采用“環(huán)鷹一號”無人直升機，無人機載荷監(jiān)測系統(tǒng)包括安裝在無人機上的載荷箱以及安裝在載荷箱上的無人機專用攝像機、熱紅外相機、2.4G無線高清視頻傳輸系統(tǒng)、小型機載成像光譜儀、DGPS/IMU定位定向系統(tǒng)、4波段CCD相機、高分辨率光學相機、氣體檢測儀、3D攝像機，其中，無人機專用攝像機、熱紅外相機通過數(shù)據(jù)線與2.4G無線高清視頻傳輸系統(tǒng)相連接，無人機及無人機專用攝像機和熱紅外相機能夠?qū)崟r監(jiān)測飛機飛行時間、速度、高度、方位、視頻圖像并通過無線通信方式傳輸?shù)降孛婵刂普?；地面控制站通過無線通信方式與無人機進行通信，控制無人機的航線規(guī)劃并直觀地顯示飛機飛行時間、速度、高度、方位和視頻圖像信息。小型機載成像光譜儀與DGPS/MU定位定向系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線相連接，DGPS/MU定位定向系統(tǒng)能在空中獲得飛行的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過檢校和預處理，可以直接獲取傳感器在工作時的外方位元素，從而實現(xiàn)在只需少量甚至無地面控制點情況下的空間數(shù)據(jù)獲取，小型機載成像光譜儀拍攝的高光譜影像數(shù)據(jù)被存儲在其內(nèi)部的控制電腦中并通過硬盤將拍攝的高光譜影像數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)處理中心。載荷箱上的各個設備分別獲取環(huán)境遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)并存儲在相應的存儲器中，待飛行任務結(jié)束后，載荷箱上的各個設備可以將獲得的環(huán)境遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)處理中心，由地面數(shù)據(jù)處理心進行信息提取和輸出處理，并完成圖像快速處理、環(huán)境監(jiān)測應急信息快速提取功能，實現(xiàn)無人機環(huán)境應急監(jiān)測。
無人機專用攝像機采用高清晰攝像機用于采集監(jiān)測區(qū)域的實時視頻觀測數(shù)據(jù)，在無人機應急監(jiān)測過程中發(fā)揮著必不可少的“眼睛”作用，無人機專用攝像機所獲取的視頻圖像通過2.4G無線高清視頻傳輸系統(tǒng)實時地地面控制站，實現(xiàn)對無人機整個航行的FPV飛行過程實時監(jiān)控功能。熱紅外相機用于不可見光載荷的圖像采集可作為可見光載荷的有效補充手段，可應用溢油等方面的應急監(jiān)測。本實施例中，熱紅外相機使用美國FLIR (菲利爾)熱紅外成像儀TAU-640傳感器，具有體積最小、重量最輕、功耗最小等特點。2.4G無線高清視頻傳輸系統(tǒng)采用的發(fā)射頻率為2.400GHz 2.484GHz，其傳輸距離可達IOkm至100km，并可以通過中繼擴展，具有覆蓋范圍大的特點。通過該2.4G無線高清視頻傳輸系統(tǒng)可以實時地將無人機專用攝像機、熱紅外相機采集的視頻圖像信息傳輸給地面控制站。小型機載成像光譜儀采用QImaging公司的Rolera-MGi作為光譜儀的成像器件，用于更精確的環(huán)境污染探測，光譜范圍從350到1050nm，數(shù)據(jù)傳輸采用高速1394接口。該成像光譜儀相對高分辨率照相機可以提供波段更為豐富的圖像數(shù)據(jù)。4波段CXD相機采用由中科院遙感所研發(fā)的MCC4-12F四波段相機，該CXD相機適合搭載無人小飛機低空平臺，可在低空采集高分辨率數(shù)據(jù)。該相機采用單一光譜信息采集光路、旋輪濾光片順序切換的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可獲取紅、綠、藍和近紅外數(shù)據(jù)。高分辨率照相機用于拍攝高空間分辨率的全彩色遙感圖像，本實施例中，高分辨率照相機采用哈蘇H4D-60相機，能夠獲取GRB真彩色影像，分辨率達6000萬像素，因此，可以為無人機環(huán)境污染事故如泥石流、尾礦庫潰壩、水華、溢油、化工廠污染等事故應急監(jiān)測提供更加快速、清晰、直觀的無人機航空遙感探測數(shù)據(jù)。氣體檢測儀采用MX6復合氣體檢測儀用于檢測有毒有害氣體檢測該MX6復合氣體檢測儀可進行大氣污染事故監(jiān)測，如SO2和NO等。3D攝像機采用高分辨率及光學可變焦相機，針對垮塌的事故使可以直觀的看出垮塌的情況。地面控制站安裝在應急監(jiān)測通信車內(nèi)，以滿足環(huán)境污染事故無人機應急監(jiān)測過程中無人機的運輸、任務規(guī)劃與控制及數(shù)據(jù)傳輸與接收相關硬件設備的需要。為了保證地面控制站與無人機之間的可靠性傳輸和提高系統(tǒng)效率，采用動態(tài)圖像壓縮編碼技術(shù)、視頻圖像數(shù)字傳輸技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實時、準確的數(shù)據(jù)傳輸功能。在地面控制站內(nèi)安裝有航線規(guī)劃軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、信息提取軟件:航線規(guī)劃軟件主要是根據(jù)需求設計飛行航線，在地面控制站直觀顯示并實時監(jiān)測；數(shù)據(jù)處理軟件主要是對獲取的影像資料進行第一時間的整理修正，并把獲取影像自主拼接成一幅應急監(jiān)測地區(qū)全景圖；信息提取軟件的主要功能是根據(jù)無人機獲取的其他數(shù)據(jù)以及影像數(shù)據(jù)，對監(jiān)測內(nèi)容進行全面的信息提取與分析，向決策者提供第一手數(shù)據(jù)資料，輔助其做出正確的應對處理決定。需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明保護范圍包括并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)，其特征在于:包括無人機及無人機載荷監(jiān)測系統(tǒng)、地面控制站以及地面數(shù)據(jù)處理中心，該無人機載荷監(jiān)測系統(tǒng)包括安裝在無人機上的載荷箱以及安裝在載荷箱上的無人機專用攝像機、熱紅外相機、無線高清視頻傳輸系統(tǒng)、DGPS/IMU定位定向系統(tǒng)、小型機載成像光譜儀、氣體檢測儀和其他視頻及圖像采集設備，所述的無人機專用攝像機、熱紅外相機與無線高清視頻傳輸系統(tǒng)相連接實時向地面控制站傳送視頻圖像信息，地面控制站通過無線通信方式與無人機進行通信控制無人機的航線規(guī)劃并直觀地顯示飛機信息和視頻圖像信息；小型機載成像光譜儀與DGPS/MU定位定向系統(tǒng)相連接，安裝在載荷箱上的各個設備分別將采集的數(shù)據(jù)保存在各自的存儲器中并傳送至地面數(shù)據(jù)處理中心中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)，其特征在于:所述的其他視頻及圖像采集設備包括3D攝像機、4波段CCD相機和高分辨率照相機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)，其特征在于:所述的無線高清視頻傳輸系統(tǒng)采用2.4G無線高清視頻傳輸系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)，其特征在于:所述的無人機采用“環(huán)鷹一號”無人直升機，所述的熱紅外相機采用FLIR熱紅外成像儀TAU-640 ;所述的氣體檢測儀采用MX6復合氣體檢測儀；所述的小型成像光譜儀采用Rolera-MGi作為光譜儀的成像器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)，其特征在于:所述的高分辨率照相機采用哈蘇H4D-60相機；所述4波段CXD相機采用MCC4-12F四波段相機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)，其特征在于:所述的地面控制站安裝在應急監(jiān)測通信車上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)保應急無人機集成系統(tǒng)，其技術(shù)特點是包括無人機及無人機載荷監(jiān)測系統(tǒng)、地面控制站以及地面數(shù)據(jù)處理中心，該無人機載荷監(jiān)測系統(tǒng)包括安裝在無人機上的載荷箱以及安裝在載荷箱上的無人機專用攝像機、熱紅外相機、無線高清視頻傳輸系統(tǒng)，無人機專用攝像機、熱紅外相機與無線高清視頻傳輸系統(tǒng)相連接實時向地面控制站傳送視頻圖像信息，地面控制站通過無線通信方式與無人機進行通信控制無人機的航線規(guī)劃并直觀地顯示飛機信息及視頻圖像信息；小型機載成像光譜儀與DGPS/IMU定位定向系統(tǒng)相連接。本發(fā)明設計合理，能夠在在突發(fā)環(huán)境污染事故及常規(guī)環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮積極的作用，提高對環(huán)境應急監(jiān)測數(shù)據(jù)快速處理、分析的能力。
文檔編號G05B19/418GK103217936SQ201210504680
公開日2013年7月24日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者王橋, 王晉年, 楊海軍, 楊一鵬, 李儒 , 張立福, 洪運福, 張曉紅, 孟琳, 聶憶黃, 田志, 顏培勝 申請人:環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心, 天津中科遙感信息技術(shù)有限公司, 中國科學院遙感應用研究所