[发明专利]基于激光测距和自稳云台的无人机地形测绘装置及方法

权利要求书

1.基于激光测距和自稳云台的无人机地形测绘装置，其特征在于：包含多旋翼无人机（1）、机载GPS模块（2）、自稳云台（3）、激光测距模块（4），所述机载GPS模块（2）固定安装在多旋翼无人机（1）的顶端，所述自稳云台（3）设置在多旋翼无人机（1）的下方，所述激光测距模块（4）固定在自稳云台（3）的底部，且竖直朝下发射并接收测距激光信号；

所述自稳云台（3）包括调平盘（6）、伺服电机（10）、固定盘（11），所述固定盘（11）水平安装在多旋翼无人机（1）的机架底部，所述调平盘（6）位于固定盘（11）下方，所述调平盘（6）上安装有倾角传感器（5），在自稳云台（3）上还设置有用于读取倾角传感器数据的外接单片机控制模块；

在固定盘（11）上均匀设置有若干个伺服电机（10），在固定盘（11）与调平盘（6）之间设置有连杆机构，所述连杆机构包括铰接机构（7）以及连杆（8），若干个伺服电机（10）分别通过摇臂（9）与连杆（8）连接，所述连杆（8）的另一端通过铰接机构（7）与调平盘（6）连接。

2.根据权利要求1所述的基于激光测距和自稳云台的无人机地形测绘装置，其特征在于：所述激光测距模块（4）竖直朝下固定在自稳云台（3）的调平盘（6）的底部。

3.根据权利要求1所述的基于激光测距和自稳云台的无人机地形测绘装置，其特征在于：所述伺服电机（10）的数量为3个，分别为电机A，电机B，电机C，且3个电机呈120°夹角中心对称分布在固定盘（11）上。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的基于激光测距和自稳云台的无人机地形测绘装置的测绘方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

步骤一、在测绘区域20千米范围内的任意地点设置GPS基站，采用GPS设备获取GPS基站的地理坐标（经度、维度和海拔高度），并以此坐标为基准，对安装在多旋翼无人机顶部的机载GPS模块（2）的定位数据进行实时动态修正或进行后处理修正，获取多旋翼无人机地形测绘系统的地理坐标序列,其中、、分别为多旋翼无人机地形测绘系统的经度、维度和海拔高度；

步骤二、设定多旋翼无人机飞行路线，使得地面测量点具有不低于2米×2米的空间分辨率；

步骤三、在地面水平位置对多旋翼无人机地形测绘系统的自稳云台进行水平校正，确保调平盘（6）处于水平工作状态；

步骤四、多旋翼无人机按照预先规划的飞行路径进行地形测绘作业，在飞行过程中，无人机机体的自身倾角不断变化，通过多旋翼无人机地形测绘系统的自稳云台进行水平校正，使得调平盘保持水平状态，使得激光测距模块（4）的激光发射器及接收器竖直指向地面，此时激光测距模块（4）按照10Hz的频率获取多旋翼无人机地形测绘装置与其正下方地面点之间的距离序列；

步骤五、从步骤一得到的多旋翼无人机地形测绘装置的地理坐标序列中提取海拔高度序列分量，由步骤四中得到的多旋翼无人机地形测绘装置与其正下方地面点之间的距离序列，可得地面点的海拔高度

；

其中，为安装在多旋翼无人机顶部的GPS流动站天线与激光测距模块的激光发射与接收透镜之间高度差；

步骤六、使用步骤五中得到的地面点的海拔高度代替多旋翼无人机地形测绘装置的地理坐标中的海拔高度序列，即获取地面点的地理坐标序列，其中、、分别为地面点的经度、维度和海拔高度；

步骤七、根据地面点的经度值，选取对应的3°或6°带号，按照高斯-克吕格投影获取投影平面坐标，使用投影平面坐标代替地面点的地理坐标序列中的坐标，最终获得地面点的投影空间坐标，其中，，分别为地面点的东距坐标、北距坐标及海拔高度坐标；

步骤八、基于步骤七得到的地面点的投影空间坐标，采用空间插值算法，对海拔高度坐标进行空间插值，即生成所需的数字地形模型。

5.根据权利要求4所述的基于激光测距和自稳云台的无人机地形测绘装置的测绘方法，其特征在于：所述步骤一中GPS设备为包括但不限于高精度实时动态差分（RTK）GPS设备。