专利名称：一种基于无人机的目标快速定位系统及方法
技术领域：
本发明涉及航空摄影测量领域，特别是一种基于无人机的目标快速定位系统及方法。
背景技术：
无人机技术已经相当成熟，在发生突发事件时，通常需要对事件发生地区进行快速的信息收集，而无人机，尤其是无人直升机飞行不受地理条件的影响，可对高山峡谷、河流草甸、无路无人区、自然灾害受灾区、环境污染事故区、危险区等飞行。在这些地区，通常没有地面控制点，因此也无法进行有效的目标定位。而传统的航空摄影测量方式数据处理周期太长，无法满足应急情况下，快速进行目标定位的需要。
发明内容
无人机能快速获取目标地区的视频数据，通过这些视频数据，能快速获取目标地区的信息，但是在应急情况下，常常需要对某些特定地点或地物进行快速定位，进行救援物资投放、人员搜救等工作。现有技术很难做到直接利用无人机的实时影像进行目标的快速定位。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是使用本发明的一种基于无人机的目标快速定位系统拍摄多站，即两个或以上摄站，同一目标的视频影像，根据无人机I自身的GPS/IMU定向定位信息，联合机载视频摄像系统2和稳定平台3的姿态数据，计算出多帧影像的外方位元素，进行摄影测量空间前方交会，计算出目标点的三维空间坐标，实现目标的快速定位。一种基于无人机的目标快速定位系统，由无人机I、机载视频摄像系统2、稳定平台3、地面控制中心4和目标定位解算软件5组成，其特征在于无人机I搭载机载视频摄像系统2和稳定平台3飞往目标区域，多站观测同一目标，将视频影像、GPS/IMU数据和稳定平台3的姿态角数据等实时地传递到地面控制中心4，由目标定位解算软件5进行目标点的三维空间坐标快速解算，实现目标的快速定位。无人机I自带有GPS/MU定向定位设备，能获取实时的飞行位置信息。稳定平台3对机载视频摄像系统2进行置平，同时提供机载视频摄像系统2拍摄视频影像时的姿态信息。目标定位解算软件5依据实时获取的多站视频影像和位置及姿态数据，采用摄影测量空间前方交会的原理计算目标点的三维空间坐标。—种基于无人机的目标快速定位方法，由无人机I搭载机载视频摄像系统2和稳定平台3飞往目标区域，通过多站观测获取同一目标的多站视频影像，根据无人机I的GPS/IMU定向定位信息和稳定平台3的姿态角数据，计算目标的各站影像的外方位元素，进行摄影测量空间前方交会计算，求出目标点的三维空间坐标，实现目标的快速定位。目标影像可通过使用一架无人机I搭载机载视频摄像系统2和稳定平台3对同一目标进行多时多站拍摄或使用多架无人机I搭载机载视频摄像系统2和稳定平台3对同一目标进行同时多站拍摄获得。通过多站观测实现无人机I相对定位的稳定性，在无GPS地面基站进行差分GPS解算的情况下，仍可基于頂U数据的联合计算，达到满足应急需求的定位精度。必要时，也可通过高冗余视频影像，进行空间后方交会，对影像的外方位元素进行修正，以实现更高精度的目标定位。对于常规监测区域，可预先布设虚拟的空间摄站网，各站点的空间坐标均记录在地面控制中心4。使用本发明的一种基于无人机的目标快速定位系统和方法，执行任务时，由无人机I搭载机载视频摄像系统2和稳定平台3定点飞往各已知摄站点，实时传输数据，进行快速目标定位。使用本发明的一种基于无人机的目标快速定位系统，由无人机I搭载机载视频摄像系统2和稳定平台3飞往发生突发事件或自然灾害的地区进行数据采集，不仅能实时将 该地区的视频数据传输回地面控制中心4，还能通过本发明的一种基于无人机的目标快速定位方法，对发生突发事件或自然灾害的地区的某些特定目标或标志性地物进行快速的定位，满足应急数据采集、应急指挥和决策的需要。r
图I是本发明的一种基于无人机的目标快速定位系统的系统示意图。图2是本发明的一种基于无人机的目标快速定位方法的数据解算原理图。图3是本发明的一种基于无人机的目标快速定位方法的方法流程图。
具体实施例方式图I是本发明的一种基于无人机的目标快速定位系统的系统示意图。该系统由无人机I、机载视频摄像系统2、稳定平台3、地面控制中心4和目标定位解算软件5组成。图2是本发明的一种基于无人机的目标快速定位方法的数据解算原理图。如图所示，无人机I搭载机载视频摄像系统2和稳定平台3拍摄了地面目标A的多站多角度视频影像，并将这些视频影像数据、GPS/IMU数据和稳定平台3的姿态角数据等实时地传递到地面控制中心4，使用目标定位解算软件5解算各帧影像的外方位元素，即摄站点Oi的空间坐标(X0i，Y0i, Z0i)和拍摄时的姿态角(ΦΜ, ωΜ, K 0i), i = 1,2,…；通过数字影像匹配，自动提取该地面目标A在各视频影像上的同名点％，获得其像坐标(xAi，yAi)，基于前面计算的各站视频影像的外方位元素，依据摄影测量空间前方交会原理，计算出目标点A的三维空间坐标(XA，\，Za)，最终通过多余观测平差提高定位精度。图3是本发明的一种基于无人机的目标快速定位方法的方法流程图。一种基于无人机的目标快速定位方法，步骤如下步骤SI :使用无人机I搭载机载视频摄像系统2和稳定平台3对同一目标进行多站拍摄;步骤S2 :将步骤SI获取的同一目标的多站多角度视频影像和无人机I及稳定平台3记录的位置及姿态数据实时传送到地面控制中心4 ；步骤S3 :在地面控制中心4，基于步骤S2下载的视频和位置及姿态数据，使用目标定位解算软件5解算各站视频影像的外方位元素；
步骤S4 :使用目标定位解算软件5，选定首站视频影像上的目标点，并通过数字影像匹配，自动提取其它各站视频影像上的同名点，获得目标点在各站视频影像上的像坐标；步骤S5 :使用目标定位解算软件5，基于步骤S3计算的各站视频影像的外方位元素和步骤S4获得 的目标点在各站视频影像上的像坐标，依据摄影测量空间前方交会原理，并进行多余观测平差，计算出目标点的三维空间坐标。
权利要求
1.一种基于无人机的目标快速定位系统，由无人机(I)、机载视频摄像系统(2)、稳定平台(3)、地面控制中心(4)和目标定位解算软件(5)组成，其特征在于无人机(I)搭载机载视频摄像系统(2)和稳定平台(3)飞往目标区域，多站观测同一目标，将视频影像、GPS/MU数据和稳定平台(3)的姿态角数据实时地传递到地面控制中心(4)，由目标定位解算软件(5)进行目标点的三维空间坐标快速解算，实现目标的快速定位。
2.根据权利要求I所述的一种基于无人机的目标快速定位系统，其特征在于无人机(I)自带有GPS/MU定向定位导航设备，能获取实时的飞机位置和姿态信息。
3.根据权利要求I所述的一种基于无人机的目标快速定位系统，其特征在于稳定平台(3)对机载视频摄像系统(2)进行置平，同时提供机载视频摄像系统(2)拍摄视频影像时的姿态信息。
4.根据权利要求I所述的一种基于无人机的目标快速定位系统，其特征在于目标定位解算软件(5)依据实时获取的多站视频影像和位置及姿态数据，采用摄影测量空间前方交会的原理计算目标点的三维空间坐标。
5.一种基于无人机的目标快速定位方法，由无人机(I)搭载机载视频摄像系统(2)和稳定平台(3)飞往目标区域，其特征在于通过多站观测获取同一目标的多站视频影像，根据无人机⑴的GPS/IMU定向定位信息和稳定平台(3)的姿态角数据，计算目标的各站影像的外方位元素，进行摄影测量空间前方交会计算，求出目标点的三维空间坐标，实现目标的快速定位。
6.根据权利要求5所述的一种基于无人机的目标快速定位方法，其特征在于目标影像可通过使用一架无人机(I)搭载机载视频摄像系统(2)和稳定平台(3)对同一目标进行多时多站拍摄或使用多架无人机(I)搭载机载视频摄像系统(2)和稳定平台(3)对同一目标进行同时多站拍摄获得。
7.根据权利要求5所述的一种基于无人机的目标快速定位方法，其特征在于通过多站观测实现无人机(I)相对定位的稳定性，在无GPS地面基站进行差分GPS解算的情况下，仍可基于MU数据的联合计算，达到满足应急需求的定位精度，必要时，通过高冗余视频影像，进行空间后方交会，对影像的外方位元素进行修正，以实现更高精度的目标定位。
8.根据权利要求5所述的一种基于无人机的目标快速定位方法，步骤如下 步骤SI :使用无人机(I)搭载机载视频摄像系统(2)和稳定平台(3)对同一目标进行多站拍摄； 步骤S2 :将步骤SI获取的同一目标的多站多角度视频影像和无人机(I)及稳定平台(3)记录的位置及姿态数据实时传送到地面控制中心(4)； 步骤S3 :在地面控制中心(4)，基于步骤S2下载的视频和位置及姿态数据，使用目标定位解算软件(5)解算各站视频影像的外方位元素； 步骤S4 :使用目标定位解算软件(5)，选定首站视频影像上的目标点，并通过数字影像匹配，自动提取其它各站视频影像上的同名点，获得目标点在各站视频影像上的像坐标； 步骤S5 :使用目标定位解算软件(5)，基于步骤S3计算的各站视频影像的外方位元素和步骤S4获得的目标点在各站视频影像上的像坐标，依据摄影测量空间前方交会原理，并进行多余观测平差，计算出目标点的三维空间坐标。
9.根据权利要求5所述的一种基于无人机的目标快速定位方法，其特征在于对于常规监测区域，可预先布设虚拟的空间摄站网，各站点的空间坐标均记录在地面控制中心(4)，执行 任务时，由无人机(I)搭载机载视频摄像系统(2)和稳定平台(3)定点飞往各已知摄站点，实时传输数据，进行快速目标定位。
全文摘要
本发明涉及航空摄影测量领域，特别是一种基于无人机的目标快速定位系统及方法。使用由无人机(1)、机载视频摄像系统(2)、稳定平台(3)、地面控制中心(4)和目标定位解算软件(5)组成的一种基于无人机的目标快速定位系统拍摄多站同一目标的视频影像，根据无人机(1)自身的GPS/IMU定向定位信息，联合机载视频摄像系统(2)和稳定平台(3)的姿态数据，计算出多帧影像的外方位元素，进行摄影测量空间前方交会，计算出目标点的三维空间坐标，实现目标点的快速定位。通过本发明不仅能获取突发事件或自然灾害地区的实时影像，还能对某些特定目标或标志性地物进行快速定位，满足应急数据采集、应急指挥和决策的需要。
文档编号G01C11/36GK102937443SQ201210009599
公开日2013年2月20日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者唐粮 申请人:唐粮