机载定位装置及机载式室内气体遥测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光电分析，尤其涉及机载定位装置及机载式室内气体遥测系统。
【背景技术】
[0002] 目前，甲烷遥测仪在天然气泄漏检测中得到了广泛应用，遥测仪采用的基本原理 为：通过接收、分析待测区域内气体吸收后的且被墙面反射的光信号，从而获得光路径上 的待测气体信息。为了定量表述待测区域内的甲烷的绝对浓度，需同时测量遥测仪到墙面 的距离以及在此路径上的甲烷吸收信号。传统的测距光源采用可发射650nm光的激光器， 探测器采用硅材料，而遥测仪的光源采用可发射1651nm光的激光器，探测器采用铟镓砷材 料。该类型遥测仪具有诸多不足，如：
[0003] 1.结构复杂，需要配备两套光学系统，分别用于测距及吸收信号，重达5公斤左 右，如美国汉斯的遥测仪重达5. 8公斤；
[0004] 2.无法用于楼宇内各层室内气体的检测。对于具有窗户的室内遥测，现有技术无 法确定玻璃窗到墙面的距离，也即无法获得室内的气体含量；
[0005] 对于楼宇二层以上的室内气体的检测，现有遥测仪无能为力。
[0006]目前，商用多旋翼无人机主要用于航拍等，可利用无人机将设备带到不同楼层窗 户外，开展作业。无人机的工作方式主要为以下二种：
[0007] 1.人工操作，无人机操作员可根据无人机所携带摄像机传回地面的图像来进行判 断，并做出相应的操作。该方式的不足在于：过分依赖操作员的熟练程度，定位精度得不到 保证。
[0008] 2.自动定位方法：在居民楼外面找一个位置点，该位置正对一层用户的窗口，然 后让无人机在该点的竖直方向上的定量爬升（每次爬升一个楼层的高度），认为无人机爬 升后停止的位置就正对着用户的窗户。该方式的不足在于：
[0009] 首先无人机在爬升过程中可能偏离竖直方向，会导致无人机与窗口距离的变化；
[0010] 其次，无人机本身不带高度计，只能依赖于GPS定位，定位精度有限，在某些GPS信 号不好的地方甚至无法定位；
[0011] 再有，目前常用的多旋翼无人机在爬升过程中可能产生自旋，很可能导致无人机 上挂载的测试设备无法正对用户窗户。
[0012] 基于上述无人机精确定位中的技术问题，使得无人机尚未应用在不同楼层室内气 体遥测中。 【实用新型内容】
[0013] 为解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种定位精确、高效的机 载定位装置。
[0014] 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
[0015] 机载定位装置，所述机载定位装置包括：
[0016] 旋翼无人机；
[0017] 摄像机，所述摄像机安装在所述旋翼无人机上；
[0018] 存储器，所述存储器用于存储所述摄像机传送来的图像；
[0019] 比对电路，所述比对电路用于比对图像及模板，偏差传送到控制电路；
[0020] 控制电路，所述控制电路用于调整所述旋翼无人机的空间位置及所述摄像机的姿 ??τ〇
[0021] 根据上述的机载定位装置，优选地，所述模板是所述摄像机拍摄的作为标准楼宇 窗户的图像。
[0022] 本实用新型的目的还在于提供了一种应用上述定位装置的高精度、应用领域广、 功能强大的机载式室内气体遥测系统，该实用新型目的通过以下技术方案得以实现：
[0023] 机载式室内气体遥测系统，所述机载式室内气体遥测系统包括：
[0024] 无人机装置，所述无人机装置采用上述的机载定位装置；
[0025] 遥测装置，所述遥测装置安装在所述旋翼无人机上，所述遥测装置包括：
[0026] -个光源，仅有的一个光源用于发出脉冲光信号和测量光，所述测量光的波长覆 盖室内待测气体的吸收谱线；所述一个光源安装在所述旋翼无人机上；
[0027] -个探测器，仅有的一个探测器用于将接收到的被室内不同反射物反射回来的脉 冲光信号转换为第一组电信号、以及将接收到的经室内待测气体吸收后并被室内反射物反 射回来的测量光转换为第二电信号，并传送到分析电路；所述一个探测器安装在所述旋翼 无人机上；
[0028] 分析电路，所述分析电路根据所述探测器得到第一组电信号的时间差得出距离d ; 以及根据吸收光谱技术得出室内待测气体的含量C。
[0029] 根据上述的机载式室内气体遥测系统，优选地，所述分析电路设置在监控室或监 控车内；所述探测器通过无线方式将输出的电信号传送到所述分析电路。
[0030] 与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：
[0031]1.本实用新型创造性地解决了旋翼无人机精确定位到楼宇不同窗户的技术问题， 使得无人机能应用在室内气体遥测中；
[0032] 2.定位精确
[0033] 利用多旋翼无人机飞到楼宇的不同窗户处，如不同楼层的窗户，使用图像匹配技 术、无人机空间位置调整技术、摄像机姿态调整技术，使得无人机携带的遥测装置相对不同 窗户的位置都是相同的，为高精度的遥测室内气体打下基础；
[0034] 3.遥测精度高
[0035] 利用仅有的一套光学系统（仅一个光源、一个探测器）准确地测得室内窗户到墙 面的距离，也即，可以准确地测得室内待测气体的含量；
[0036] 4.结构简单、低成本
[0037] 仅使用一套光学系统即可测出室内窗户到墙面的距离以及光学路径上待测气体 对测量光的吸收，显著地降低了遥测系统的复杂度及成本，提高了可维护程度；
[0038] 5.应用领域广
[0039]将仅有的一套光学系统安装在旋翼无人机上，无人机飞到不同的高度，从而通过 遥测测得不同楼层内室内气体的含量，拓展了应用领域；
[0040] 6.功能强大
[0041] 测得的含量信息可实时发送到业主的通信终端上，即使在外也可知晓室内气体的 含量，及早发现天然气泄漏信息，排除安全隐患。
【附图说明】
[0042] 参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的 是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护 范围构成限制。图中：
[0043] 图1是根据本实用新型实施例的机载式室内气体遥测系统的基本结构图。
【具体实施方式】
[0044] 图1和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何 实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本 领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域 技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本 实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
[0045] 实施例1 :
[0046] 图1示意性地给出了本实用新型实施例的机载式室内气体遥测系统的基本结构 图，如图1所示，所述机载式室内气体遥测系统包括：
[0047] 机载定位装置，所述机载定位装置包括：
[0048] 旋翼无人机；
[0049] 摄像机，所述摄像机安装在所述旋翼无人机上；
[0050] 存储器，所述存储器用于存储所述摄像机传送来的图像；
[0051] 比对电路，所述比对电路用于比对图像及模板，偏差传送到控制电路；所述模板是 所述摄像机拍摄的作为标准楼宇窗户的图像；所述比对电路提取图像中窗户的角点（角点 提取可使用Harris算法或其他类似的图像特征提取算法），与模板中窗户的角点对比；如 果角点在图像的位置以及相互的角度、距离与模板基本一致（可以设定三个比较阈值，当 位置、角度和距离均小于给定阈值时，认为一致），则匹配成功，表示定位成功。
[0052] 控制电路，所述控制电路用于调整所述旋翼无人机的空间位置及所述摄像机的姿 态；
[0053] 遥测装置，所述遥测装置包括：
[0054] -个光源，仅有的一个光源用于发出脉冲光信号和测量光，所述测量光的波长覆 盖室内待测气体（如甲烷，天然气的主要成分是甲烷）的吸收谱线；所述光源优选半导体激 光器；所述一个光源安装在所述旋翼无人机上；
[0055] -个探测器，仅有的一个探测器用于将接收到的被室内不同反射物反射回来的脉 冲光信号转换为第一组电信号、以及将接收