一种航空探地雷达数据自动采集系统及方法与流程

本发明属于地质灾害勘测领域，涉及一种航空探地雷达数据自动采集系统及方法。

背景技术：

1、地质灾害是指在自然或者人为因素的作用下形成的，对人类生命财产造成巨大损失、对环境造成破坏的地质作用或地质现象。对地质灾害隐患区及时的勘测预警与防控是避免遭受地质灾害侵害的有效措施。近年来，随着国内外研究的发展，物探技术在地质灾害预警领域大量应用，大量研究表明，利用探地雷达进行数据采集分析，对于地质灾害预警具有较好的效果。

技术实现思路

1、为了解决目前地质灾害预警与防控中存在的数据收集难度大、数据收集不全面等问题，本发明提供了一种航空探地雷达数据自动采集系统及方法。本发明通过多旋翼无人机搭载探地雷达开展地质灾害隐患区自动巡检，探地雷达实时探测收集地质体数据，边缘计算机实时存储与转发数据，客户端软件读取数据并处理分析进行风险预警。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种航空探地雷达数据自动采集系统，包括客户端软件、云端数据库、多旋翼无人机、边缘计算机、大容量硬盘、探地雷达，其中：

4、所述客户端软件用于规划无人机巡检路径，设置雷达信号的大小与频率，处理与可视化数据，以及对无人机的控制；

5、所述云端数据库用于存储采集的地质体数据；

6、所述多旋翼无人机用于搭载边缘计算机、大容量硬盘、探地雷达，并按照规划的路径对地质灾害隐患区自动巡检；

7、所述边缘计算机用于控制航空探地雷达数据自动采集系统终端设备运行，包括控制多旋翼无人机飞行、雷达信号发射频率、数模转换、数据的存储与转发；

8、所述大容量硬盘用于存储采集的地质体数据，以防在出现网络故障，采集的数据无法发送至云端数据库时对数据进行恢复；

9、所述探地雷达用于发射与接收电磁波信号，并对信号进行滤波放大与数模转换；

10、所述探地雷达由雷达信号发射装置和雷达信号接收装置组成；

11、所述雷达信号发射装置用于发送指定频率大小的电磁波信号，由驱动电路、脉冲发射器、发射天线组成，边缘计算器将发射频率与信号大小传递给驱动电路，驱动电路驱动脉冲发射器以指定的频率产生脉冲信号，并将大小信息传递给发射天线，发射天线按照脉冲信号频率与驱动电路信号大小产生电磁波信号，并将电磁波信号以特定的方向与角度发射至地面；

12、所述雷达信号接收装置用于接收地面反馈的电磁波信号，由接收天线、信号滤波与放大器、数模转换器组成，接收天线用于接收从目标反射回来的电磁波信号，信号滤波与放大器用于对电磁波信号做滤波与放大处理，数模转换器用于将模拟信号转换为数字信号。

13、一种利用上述系统进行航空探地雷达数据自动采集的方法，包括如下步骤：

14、步骤s1：飞行路径规划与自动巡检

15、步骤s101：航点设定

16、明确多旋翼无人机巡检区域，在客户端软件上打开路径规划地图软件，在地图上手动选择多旋翼无人机的航点；

17、步骤s102：路径生成与优化

18、将手动选择的航点按照飞行顺序连接起来，形成多旋翼无人机的巡检路径，然后对规划好的航点路径进行优化，在不影响正常工作的情况下仿地飞行采集数据；

19、步骤s103：路径上传

20、开启多旋翼无人机搭载的边缘计算机，并将控制程序运行起来，在客户端软件上输入边缘计算机的ip与程序端口，将按步骤s102规划好的航点路径上传到多旋翼无人机的飞行控制系统中，随后多旋翼无人机即可按照规划好的航点路径自动巡检；

21、步骤s104：自动巡检

22、在一切准备就绪后，即可开启多旋翼无人机自动巡检功能，多旋翼无人机在边缘计算机的控制下，按照预先规划好的路径、高度、速度自动巡检；

23、步骤s2：雷达信号发射

24、步骤s201：设置发射电磁波信号大小与频率

25、电磁波的大小与频率根据发射线圈的面积和探测深度决定，需在现场试验以后确定，在确定信号大小与频率以后，在客户端软件上设置好，并上传至多旋翼无人机搭载的边缘计算机上；

26、步骤s202：发射雷达信号

27、边缘计算器将信号大小与频率传递至驱动电路，驱动电路再将信息分别传递给脉冲发射器和发射天线，发射天线即可按照设定的频率与大小发射电磁波信号；

28、步骤s3：收集回传信号

29、步骤s301：接收天线接收信号

30、接收天线接收各个频率的回传电磁波信号；

31、步骤s302：信号滤波与放大

32、信号滤波与放大器对接收天线接收的信号进一步处理，将其中的噪声除去，只保留需要的频段的信号，并将信号放大方便后续处理；

33、步骤s303：数模信号转换

34、为方便后续计算与处理，数模信号转换器将滤波与放大以后的模拟信号转换为数字信号，并传递给边缘计算机；

35、步骤s4：数据存储与转发

36、步骤s401：数据存储

37、对于实时获取到的数据，系统会先暂时存储在多旋翼无人机搭配的大容量硬盘上，以防在网络故障数据无法回传时依然能获取有效数据；

38、步骤s402：数据转发

39、对于实时获取的数据，系统还会将其转发至云端数据库；本系统运行时，需预先设置云端数据库的ip与端口，在边缘计算机接收到数据以后，便实时的将数据转发至云端数据库中，方便后续客户端实时查看与处理数据，进行风险评估；

40、步骤s5：数据可视化与风险预警

41、步骤s501：数据可视化

42、客户端应用程序从云端数据库读取地质体数据，并可视化；

43、步骤s501：数据处理

44、对数据进行处理计算，得出最终结果，并对结果进行风险评估。

45、相比于现有技术，本发明具有如下优点：

46、本发明利用无人机搭载航空探地雷达自动巡检地质灾害隐患区域，采集地质体数据，并将数据传送至云端数据库，该方法能在短时间内低成本、高效率的收集地质体数据，具有勘测成本低、勘测速度快、勘测区域广、远程控制等特点，能显著提升地质灾害隐患排查工作效率，对于提升我国防灾减灾救灾能力，保障生命财产安全与国家社会经济安全可持续发展具有重要意义。

技术特征：

1.一种航空探地雷达数据自动采集系统，其特征在于所述系统包括客户端软件、云端数据库、多旋翼无人机、边缘计算机、大容量硬盘、探地雷达，其中：

2.根据权利要求1所述的航空探地雷达数据自动采集系统，其特征在于所述探地雷达由雷达信号发射装置和雷达信号接收装置组成，其中：

3.一种利用权利要求1-2任一项所述系统进行航空探地雷达数据自动采集的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的航空探地雷达数据自动采集方法，其特征在于所述步骤s102中，优化方法包括简化航点数量、调整高度或角度，以及避开障碍物，飞行速度控制在1～4m/s内，飞行高度不高于50m。

技术总结
本发明公开了一种航空探地雷达数据自动采集系统及方法，所述系统包括客户端软件、云端数据库、多旋翼无人机、边缘计算机、大容量硬盘、探地雷达，客户端软件用于规划无人机巡检路径，设置雷达信号的大小与频率，处理与可视化数据，以及对无人机的控制；云端数据库用于存储采集的地质体数据；多旋翼无人机用于搭载边缘计算机、大容量硬盘、探地雷达，并按照规划的路径对地质灾害隐患区自动巡检；边缘计算机用于控制航空探地雷达数据自动采集系统终端设备运行；大容量硬盘用于存储采集的地质体数据；探地雷达用于发射与接收电磁波信号，并对信号进行滤波放大与数模转换。本发明解决了已有地质勘测技术难度大、效率低、成本高的问题。

技术研发人员：安宁,王泉,冯杨州,覃玉龙,黄林柯,田永强,张富平,赵子辉,陈军
受保护的技术使用者：国网甘肃省电力公司陇南供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16