[发明专利]一种无人机的多机协同高精度建图定位系统

权利要求书

1.一种无人机的多机协同高精度建图定位系统，其特征在于，包括无人机环境感知系统(1)、控制系统(2)、无人机协同建图控制系统(3)和通信系统(4)；

通信系统(4)包括通信基站，通过无线基站建立无线局域网，所述无线局域网覆盖目标区域；

无人机环境感知系统(1)采用点云扫描的方式获取目标区域点云数据、无人机高度数据和无人机定位数据；

控制系统(2)用于根据不同时刻多无人机的位置，对每架无人机的飞行速度、角度及位姿进行控制；

无人机协同建图控制系统(3)用于根据目标区域对每架无人机的飞行路线进行规划，并建立坐标系，对多无人机扫描的点云数据进行融合获取目标区域的三维点云地图信息；

无人机协同建图控制系统(3)在建图过程中无人机的路径规划，保证全域范围的覆盖；是根据巡航路线进行互补，对于未进行覆盖的位置进行补充扫描；再根据不同无人机的点云扫描数据，以一台无人机作为参考点进行坐标系构建，然后将不同无人机的数据进行多源数据融合，重新在新坐标系中进行表达；

编队内的所有无人机个体，至少有一台无人机作为主机，其余无人机与主机间采用分布式控制，且当主机存在故障或信号中断情况下，通过飞行基地中央控制模块重新对无人机编队中的剩余无人机进行指定，从而确立编队中新主机；

对无人机编队使用改进后的蚁群算法，根据需求优先设定聚类个数，即为待使用无人机数量，并且在各无人机巡航区域边界处设置模糊巡航区域；

获取目标区域的三维点云地图信息的具体方法为：

首先根据目标区域的范围，利用聚类分析结合A*算法对多无人机的飞行路线进行初始规划，获取初始编队、避障和巡航控制信号；

然后实时接收点云数据、无人机的高度数据、无人机定位信息和无人机姿态，通过多源数据融合将多无人机的点云数据融合到同一坐标系，再采用二次签名距算法及迭代就近点法ICP算法对点云数据进行匹配，获得目标区域的三维重构图，再采用支持向量机、随机森林算法结合贝叶斯判别分类器对三维重构图进行三维点云语义分割，获得带标签的三维点云重构图，对目标区域进行带语义识别的三维立体重构，获得目标区域的三维点云地图信息；

还包括云端服务器，所述云端服务器用于实时接收多无人机发送的点云数据、无人机的高度数据、无人机定位信息和无人机姿态数据，建立坐标系，对多无人机扫描的点云数据进行融合获取目标区域的实时三维图像，并根据所述实时三维图像与目标区域，判断是否存在点云图像空缺部分，根据点云图像空缺部分的位置与无人机的实时定位信息，调整与空缺部分位置临近的无人机的航行路线，点云激光雷达对图像空缺部分位置进行点云扫描，并将目标区域的实时三维图像与无人机的航行路线控制信号发送至无人机协同建图控制系统(3)。

2.根据权利要求1所述的一种无人机的多机协同高精度建图定位系统，其特征在于，无人机环境感知系统(1)包括多个子单元，每个子单元设置在一架无人机上，每个子单元均包括点云激光雷达传感器模块(1-1)、陀螺仪传感器(1-2)、高度测量模块(1-3)、高精度定位模块(1-4)；

点云激光雷达传感器模块(1-1)用于对目标区域进行点云数据采集；

陀螺仪传感器(1-2)用于对无人机姿态进行采集；

高度测量模块(1-3)用于实时测量无人机的高度；

高精度定位模块(1-4)用于实时对无人机进行定位。

3.根据权利要求2所述的一种无人机的多机协同高精度建图定位系统，其特征在于，控制系统(2)包括无人机中央控制模块(2-1)、无人机飞行控制模块(2-2)和无线通信模块(2-3)；

无线通信模块(2-3)利用无线网络与无人机协同建图控制系统(3)进行无线通信；

将测量无人机的高度数据、无人机定位状态和点云数据传输至无人机协同建图控制系统(3)；

还将多无人机的编队、避障和巡航控制信号发送至无人机飞行控制模块(2-2)；

无人机中央控制模块(2-1)用于将采集的点云数据传输至无线通信模块(2-3)；

无人机飞行控制模块(2-2)用于根据无人机的高度信息、定位信息、无人机的编队、避障和巡航控制信号对无人机进行导航，同时根据陀螺仪传感器(1-2)采集信息对无人机的位姿进行调整；

还用于根据无人机的位置和高度实时对无人机的飞行速度和飞行状态进行控制。