基于无人机的生态环境辅助监管系统论文和设计-李博阳

全文摘要

本实用新型提供了一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，通过惯性导航和GPS相结合的算法，将惯性导航短距离内精度高的特点和GPS定位范围大但误差波动较低的特点相融合，实现无人机室外飞行的有效定位，并根据计算出的最优路径实现无人机的自主飞行，扩大环境检测的范围，避免了巡航过程中的监测死角；并且能够通过姿态解析计算，速度的积分以及多其他数据统合，且通过第一GPS模块的校正，实现无人机在室外的准确定位，从而为无人机巡检提供室外飞行的控制基础；同时并且能够通过不同的传感器实现以不同检测方式检测出不同类别的障碍物，避免无人机和空中障碍物碰撞，保证无人机及空中物体安全，减少损失。

主设计要求

1.一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，其特征在于，包括定位中心(1)、无人机操控装置(2)、PC端操控装置(3)和无线通信系统(4)，所述定位中心(1)电信连接所述PC端操控装置(3)，且所述无人机操控装置(2)通过所述无线通信系统(4)电信连接所述PC端操控装置(3)；其中，所述无人机操控装置(2)包括摄像机(21)、智能避障器(22)和无人机遥控器(23)，且所述摄像机(21)和所述智能避障器(22)均电信连接所述无人机遥控器(23)；所述PC端操控装置(3)包括巡航定位器(31)和实时跟踪器(32)，且所述巡航定位器(31)包括惯性导航系统模块(311)、第一GPS模块(312)和捷联惯性导航系统模块(313)，且所述惯性导航系统模块(311)通过所述无线通信系统(4)电信连接所述无人机遥控器(23)，所述捷联惯性导航系统模块(313)的输入端电信连接所述惯性导航系统模块(311)，并且通过所述无线通信系统(4)电信连接所述无人机遥控器(23)，输出端与所述第一GPS模块(312)电信连接，所述实时跟踪器(32)通过所述无线通信系统(4)电信连接所述无人机遥控器(23)，且所述实时跟踪器(32)远程电信连接所述定位中心(1)。

设计方案

1.一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，其特征在于，包括定位中心(1)、无人机操控装置(2)、PC端操控装置(3)和无线通信系统(4)，所述定位中心(1)电信连接所述PC端操控装置(3)，且所述无人机操控装置(2)通过所述无线通信系统(4)电信连接所述PC端操控装置(3)；

其中，所述无人机操控装置(2)包括摄像机(21)、智能避障器(22)和无人机遥控器(23)，且所述摄像机(21)和所述智能避障器(22)均电信连接所述无人机遥控器(23)；

所述PC端操控装置(3)包括巡航定位器(31)和实时跟踪器(32)，且所述巡航定位器(31)包括惯性导航系统模块(311)、第一GPS模块(312)和捷联惯性导航系统模块(313)，且所述惯性导航系统模块(311)通过所述无线通信系统(4)电信连接所述无人机遥控器(23)，所述捷联惯性导航系统模块(313)的输入端电信连接所述惯性导航系统模块(311)，并且通过所述无线通信系统(4)电信连接所述无人机遥控器(23)，输出端与所述第一GPS模块(312)电信连接，所述实时跟踪器(32)通过所述无线通信系统(4)电信连接所述无人机遥控器(23)，且所述实时跟踪器(32)远程电信连接所述定位中心(1)。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，其特征在于，所述智能避障器(22)包括位置传感器(221)、速度传感器(222)、激光传感器(223)和红外避障传感器(224)。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，其特征在于，所述无人机遥控器(23)包括微处理器(24)和图像存储单元器(25)，所述微处理器(24)分别电信连接所述位置传感器(221)、所述速度传感器(222)、所述激光传感器(223)和所述红外避障传感器(224)，所述图像存储单元器(25)电信连接所述摄像机(21)。

4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，其特征在于，所述微处理器(24)包括无人机控制模块(241)、感应信息接收存储模块(242)和目标飞行区域设定单元(243)，且所述无人机控制模块(241)和所述感应信息接收存储模块(242)均分别电信连接所述位置传感器(221)、所述速度传感器(222)、所述激光传感器(223)和所述红外避障传感器(224)。

5.根据权利要求4所述的一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，其特征在于，所述无人机控制模块(241)通过所述无线通信系统(4)电信连接所述惯性导航系统模块(311)，所述感应信息接收存储模块(242)通过所述无线通信系统(4)电信连接所述捷联惯性导航系统模块(313)的输入端。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，其特征在于，所述实时跟踪器(32)包括第二GPS模块(321)、ZigBee模块(322)、无线以太网模块(323)和GPRS模块(324)。

7.根据权利要求6所述的一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，其特征在于，所述定位中心(1)包括锚节点(11)、无线以太网AP(12)和远程服务器(13)，且所述锚节点(11)无线连接所述ZigBee模块(322)、所述无线以太网AP(12)无线连接所述无线以太网模块(323)，所述远程服务器(13)无线连接所述GPRS模块(324)。

8.根据权利要求6所述的一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，其特征在于，所述ZigBee模块(322)包括CC24X系列无线通信芯片。

9.根据权利要求1所述的一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，其特征在于，所述无线通信系统(4)包括Wifi传输单元、ZigBee传输单元、无线以太网单元和GPRS单元中的一种或者多种。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及环境监测技术领域，更具体的说是涉及一种基于无人机的生态环境辅助监管系统。

背景技术

无人机因其可以快速、高效地进行实时监控，克服人工、视频、监测站等监管存在的数据支撑不足等问题，越来越被广泛运用于环保领域监测与防治，具有广阔的应用前景。但目前无人机应用中存在侦查范围有死角，躲避障碍物能力差等问题。

因此，如何提供一种提高躲避障碍物能力并且扩大侦查范围的基于无人机的生态环境辅助监管系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，不仅能够准确定位，并且可以计算出巡航的最优路线，扩大环境检测的范围，避免了巡航过程中的监测死角，同时本实用新型能够根据周围障碍物灵活控制无人机巡航的方向和速度，提高工作效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，包括定位中心、无人机操控装置、PC端操控装置和无线通信系统，所述定位中心电信连接所述PC端操控装置，且所述无人机操控装置通过所述无线通信系统电信连接所述PC端操控装置；

其中，所述无人机操控装置包括摄像机、智能避障器和无人机遥控器，且所述摄像机和所述智能避障器均电信连接所述无人机遥控器，从而所述无人机遥控器能够接收所述摄像机拍摄的生态环境图像，以便及时了解无人机所在位置的生态环境情况，同时，所述无人机遥控器接收所述智能避障器中所采集的障碍物信息，并根据所接收的障碍物信息灵活控制无人机前进的方向和速度，从而能够有效应急，避免无人机和空中障碍物碰撞，保证无人机及空中物体安全，减少损失，同时提高了工作效率；

所述PC端操控装置包括巡航定位器和实时跟踪器，且所述巡航定位器包括惯性导航系统模块、第一GPS模块和捷联惯性导航系统模块，且所述惯性导航系统模块通过所述无线通信系统电信连接所述无人机遥控器，所述捷联惯性导航系统模块的输入端电信连接所述惯性导航系统模块，并且通过所述无线通信系统电信连接所述无人机遥控器，输出端与所述第一GPS模块电信连接，从而本实用新型通过所述无线通信系统实现所述巡航定位器与所述无人机操控装置中的所述无人机遥控器之间的通信交互，并且本实用新型通过惯性导航和GPS相结合的算法，将惯性导航短距离内精度高的特点和GPS定位范围大但误差波动较低的特点相融合，实现无人机室外飞行的有效定位，并根据计算出的最优路径实现无人机的自主飞行，扩大环境检测的范围，避免了巡航过程中的监测死角，同时本实用新型建立捷联惯性导航系统模块，从而能够通过姿态解析计算，速度的积分以及多其他数据统合，且通过第一GPS模块的校正，实现无人机在室外的准确定位，从而为无人机巡检提供室外飞行的控制基础；

所述实时跟踪器通过所述无线通信系统电信连接所述无人机遥控器，且所述实时跟踪器远程电信连接所述定位中心，从而本实用新型通过所述无线通信系统实现所述实时跟踪器与所述无人机操控装置中的所述无人机遥控器之间的通信交互，并且所述实时跟踪器与所述定位中心远程电信连接，从而能够在人工与无人机距离较远的情况下，仍然可以在所述PC端操控装置中准确定位，为进一步勘查可疑点提供方便。

优选的，所述智能避障器包括位置传感器、速度传感器、激光传感器和红外避障传感器，从而本实用新型能够全方位检测出空中的障碍物，并且能够通过不同的传感器实现以不同检测方式检测出不同类别的障碍物，提高无人机飞行的安全性。

优选的，所述无人机遥控器包括微处理器和图像存储单元器，所述微处理器分别电信连接所述位置传感器、所述速度传感器、所述激光传感器和所述红外避障传感器，所述微处理器能够分别接收所述位置传感器、所述速度传感器、所述激光传感器和所述红外避障传感器所检测到障碍物的信息，从而所述微处理器根据接收的各传感器中的信息实时通过微型变频器控制无人机的伺服电机，进而所述伺服电机控制万向转动轴，所述万向转动轴带动万向转动轮前行和转向，也就是说，所述微处理器根据接收到的各传感器信息改变所述微型变频器的输出频率，从而通过所述微型变频器改变伺服电机输入电压的频率，进而控制无人机前进的速度和方向；

所述图像存储单元器电信连接所述摄像机，从而所述摄像机拍摄的生态环境图像传送至所述微处理器中的所述图像存储单元器中，便于工作人员及时了解无人机所在位置的生态环境情况。

优选的，所述微处理器包括无人机控制模块、感应信息接收存储模块和目标飞行区域设定单元，且所述无人机控制模块和所述感应信息接收存储模块均分别电信连接所述位置传感器、所述速度传感器、所述激光传感器和所述红外避障传感器，从而所述位置传感器、所述速度传感器、所述激光传感器和所述红外避障传感器所检测到的障碍物信息传送至所述微处理的所述无人机控制模块，所述无人机控制模块根据接收的各传感器中的信息实时控制无人机飞行的方向和速度(即所述无人机控制模块根据接收的各传感器中的信息实时通过微型变频器控制无人机的伺服电机，进而所述伺服电机控制万向转动轴，所述万向转动轴带动万向转动轮前行和转向，也就是说，所述无人机控制模块根据接收到的各传感器信息改变所述微型变频器的输出频率，从而通过所述微型变频器改变伺服电机输入电压的频率，进而控制无人机前进的速度和方向)，同时所述感应信息接收存储模块分别接收所述位置传感器、所述速度传感器、所述激光传感器和所述红外避障传感器所检测到的障碍物信息并进行存储，通过所述目标飞行区域设定单元确定无人机预设飞行起点至无人机预设降落终点之间的目标飞行区域，从而为无人机巡检提供室外飞行的飞行基础。

优选的，所述目标飞行区域设定单元通过所述无线通信系统电信连接所述惯性导航系统模块，从而所述惯性导航系统模块接收所述目标飞行区域设定单元中确定的目标飞行区域，并通过A*算法在满足飞行约束的条件下，初步寻找出两点之间的最优路径，再通过蚁群算法，基于A*算法所初步寻找出的两点之间最优路径代价，求出多巡检目标情况下，满足无人机飞行约束的最终的最优飞行路线，扩大环境检测的范围，避免了巡航过程中的监测死角经检验具有良好的仿真效果；并且所述无人机控制模块通过所述无线通信系统电信连接所述捷联惯性导航系统模块的输入端，从而所述捷联惯性导航系统模块能够根据所述无人机控制模块所控制无人机飞行的方向和速度，进行姿态解析计算，速度的积分以及多其他数据统合，并通过第一GPS模块的校正，实现无人机的室外定位，从而为无人机巡检提供室外飞行的控制基础。

优选的，所述实时跟踪器包括第二GPS模块、ZigBee模块、无线以太网模块和GPRS模块。

优选的，所述定位中心包括锚节点、无线以太网AP和远程服务器，且所述锚节点无线连接所述ZigBee模块、所述无线以太网AP无线连接所述无线以太网模块，所述远程服务器无线连接所述GPRS模块，从而所述ZigBee模块与所述锚节点构成ZigBee网络，所述无线以太网AP与所述无线以太网模块构成无线以太网络，所述远程服务器与所述GPRS模块组成GPRS网络，从而通过布设多种网络，确保无人机与定位中心时刻保持精准定位。

优选的，所述ZigBee模块包括CC243X系列无线通信芯片。

优选的，所述无线通信系统包括包括Wifi传输单元、ZigBee传输单元、无线以太网单元和GPRS单元中的一种或者多种，便于在多种地点时刻保持通信畅通。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，可以实现如下技术效果：

1、本实用新型通过惯性导航和GPS相结合的算法，将惯性导航短距离内精度高的特点和GPS定位范围大但误差波动较低的特点相融合，实现无人机室外飞行的有效定位，并根据计算出的最优路径实现无人机的自主飞行，扩大环境检测的范围，避免了巡航过程中的监测死角；

2、本实用新型建立捷联惯性导航系统模块，从而能够通过姿态解析计算，速度的积分以及多其他数据统合，且通过第一GPS模块的校正，实现无人机在室外的准确定位，从而为无人机巡检提供室外飞行的控制基础

3、本实用新型通过智能避障器能够全方位检测出空中的障碍物，并且能够通过不同的传感器实现以不同检测方式检测出不同类别的障碍物，避免无人机和空中障碍物碰撞，保证无人机及空中物体安全，减少损失；

4、本实用新型能够通过实时跟踪器与定位中心远程电信连接，从而能够在人工与无人机距离较远的情况下，仍然可以在PC端操控装置中准确定位，为进一步勘查可疑点提供方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型一种基于无人机的生态环境辅助监管系统的结构原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，不仅能够准确定位，并且可以计算出巡航的最优路线，扩大环境检测的范围，避免了巡航过程中的监测死角，同时本实用新型能够根据周围障碍物灵活控制无人机巡航的方向和速度，提高工作效率。

本实用新型实施例公开了一种基于无人机的生态环境辅助监管系统，包括定位中心1、无人机操控装置2、PC端操控装置3和无线通信系统4，定位中心1电信连接PC端操控装置3，且无人机操控装置2通过无线通信系统4电信连接PC端操控装置3；

其中，无人机操控装置2包括摄像机21、智能避障器22和无人机遥控器23，且摄像机21和智能避障器22均电信连接无人机遥控器23；

PC端操控装置3包括巡航定位器31和实时跟踪器32，且巡航定位器31包括惯性导航系统模块311、第一GPS模块312和捷联惯性导航系统模块313，且惯性导航系统模块311通过无线通信系统4电信连接无人机遥控器23，捷联惯性导航系统模块313的输入端电信连接惯性导航系统模块311，并且通过无线通信系统4电信连接无人机遥控器23，输出端与第一GPS模块312电信连接，实时跟踪器32通过无线通信系统4电信连接无人机遥控器23，且实时跟踪器32远程电信连接定位中心1。

为了进一步优化上述技术方案，智能避障器22包括位置传感器221、速度传感器222、激光传感器223和红外避障传感器224。

为了进一步优化上述技术方案，无人机遥控器23包括微处理器24和图像存储单元器25，微处理器24分别电信连接位置传感器221、速度传感器222、激光传感器223和红外避障传感器224，图像存储单元器25电信连接摄像机21。

为了进一步优化上述技术方案，微处理器24包括无人机控制模块241、感应信息接收存储模块242和目标飞行区域设定单元243，且无人机控制模块241和感应信息接收存储模块242均分别电信连接位置传感器221、速度传感器222、激光传感器223和红外避障传感器224。

为了进一步优化上述技术方案，其特征在于，目标飞行区域设定单元243通过无线通信系统4电信连接惯性导航系统模块311，无人机控制模块241通过无线通信系统4电信连接捷联惯性导航系统模块313的输入端。

为了进一步优化上述技术方案，实时跟踪器32包括第二GPS模块321、ZigBee模块322、无线以太网模块323和GPRS模块324。

为了进一步优化上述技术方案，定位中心1包括锚节点11、无线以太网AP12和远程服务器13，且锚节点11无线连接ZigBee模块322、无线以太网AP12无线连接无线以太网模块323，远程服务器13无线连接GPRS模块324。

为了进一步优化上述技术方案，ZigBee模块322包括CC24X系列无线通信芯片。

为了进一步优化上述技术方案，无线通信系统4包括包括Wifi传输单元、ZigBee传输单元、无线以太网单元和GPRS单元中的一种或者多种

实施例：

本实用新型的工作原理如下：

其中，无人机操控装置2包括摄像机21、智能避障器22和无人机遥控器23；智能避障器22包括位置传感器221、速度传感器222、激光传感器223和红外避障传感器224；无人机遥控器23包括微处理器24和图像存储单元器25；微处理器24包括无人机控制模块241、感应信息接收存储模块242和目标飞行区域设定单元243；

PC端操控装置3包括巡航定位器31和实时跟踪器32；且巡航定位器31包括惯性导航系统模块311、第一GPS模块312和捷联惯性导航系统模块313；实时跟踪器32包括第二GPS模块321、ZigBee模块322、无线以太网模块323和GPRS模块324；

定位中心1包括锚节点11、无线以太网AP12和远程服务器13，且锚节点11无线连接ZigBee模块322、无线以太网AP12无线连接无线以太网模块323，远程服务器13无线连接GPRS模块324；

其中，图像存储单元器25与摄像机21电信连接，摄像机21将拍摄的生态环境图像传送至图像存储单元器25存储，便于工作人员及时了解无人机所在位置的生态环境情况；

无人机控制模块241和感应信息接收存储模块242均分别电信连接位置传感器221、速度传感器222、激光传感器223和红外避障传感器224，位置传感器221、速度传感器222、激光传感器223和红外避障传感器224所检测到的障碍物信息传送至微处理24的无人机控制模块241，无人机控制模块241根据接收的各传感器中的信息实时控制无人机飞行的方向和速度(即无人机控制模块241根据接收的各传感器中的信息实时通过微型变频器控制无人机的伺服电机，进而伺服电机控制万向转动轴，万向转动轴带动万向转动轮前行和转向，也就是说，无人机控制模块241根据接收到的各传感器信息改变所述微型变频器的输出频率，从而通过微型变频器改变伺服电机输入电压的频率，进而控制无人机前进的速度和方向)；

同时，感应信息接收存储模块242分别电信连接位置传感器221、速度传感器222、激光传感器223和红外避障传感器224，从而感应信息接收存储模块242分别接收位置传感器221、速度传感器222、激光传感器223和红外避障传感器224所检测到的障碍物信息并进行存储；

目标飞行区域设定单元243通过无线通信系统4电信连接惯性导航系统模块311，捷联惯性导航系统模块313的输入端电信连接惯性导航系统模块311，并且通过无线通信系统4电信连接无人机控制模块241，输出端与第一GPS模块312电信连接，从而通过目标飞行区域设定单元243确定无人机预设飞行起点至无人机预设降落终点之间的目标飞行区域，并且惯性导航系统模块311接收目标飞行区域设定单元243中确定的目标飞行区域，并通过A*算法在满足飞行约束的条件下，初步寻找出两点之间的最优路径，再通过蚁群算法，基于A*算法所初步寻找出的两点之间最优路径代价，求出多巡检目标情况下，满足无人机飞行约束的最终的最优飞行路线，扩大环境检测的范围，避免了巡航过程中的监测死角，并且无人机控制模块241通过无线通信系统4电信连接捷联惯性导航系统模块313的输入端，从而捷联惯性导航系统模块313能够根据无人机控制模块241控制无人机飞行的方向和速度，进行姿态解析计算，速度的积分以及多其他数据统合，并通过第一GPS模块312的校正，实现无人机的室外定位，从而为无人机巡检提供室外飞行的控制基础。

锚节点11无线连接ZigBee模块322、无线以太网AP12无线连接无线以太网模块323，远程服务器13无线连接GPRS模块324，从而通过在定位中心1与实时跟踪器32之间布设多种网络，确保无人机与定位中心1时刻保持精准定位，从而能够在人工与无人机距离较远的情况下，仍然可以在PC端操控装置3中准确定位，为进一步勘查可疑点提供方便。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

设计图

基于无人机的生态环境辅助监管系统论文和设计

基于无人机的生态环境辅助监管系统论文和设计-李博阳

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢