[发明专利]一种基于无人机多传感器数据融合的林火定位方法及系统

说明书

一种基于无人机多传感器数据融合的林火定位方法及系统，属于林火智能监测与防控技术领域，用以解决现有的林火定位方法无法及时准确地监测到林火位置的问题。本发明的技术要点包括：通过搭载在无人机上的多个传感器采集图像、无人机位姿和点云数据，并对上述在时间上具有对应关系的数据进行处理，获得火点在世界坐标系下的位置坐标即林火具体位置；其中，利用无人机位姿数据、惯导坐标系与雷达坐标系之间的位姿关系完成点云拼接获得密集点云，解决了点云与图像数据融合过程中点云稀疏甚至缺失的问题，使雷达坐标系中火点空间位置信息更加精确。本发明适用于实时监测林火，可获得林火发生地的精确位置。

技术领域

本发明涉及林火智能监测与防控技术领域，具体涉及一种基于无人机多传感器数据融合的林火定位方法及系统。

背景技术

随着无人机技术的发展，无人机被广泛运用于各个领域。在林火智能监测与防控中，搭载视觉及多种智能传感器的无人机平台开始被广泛使用，其成本低、反应迅速等特点在林火智能监测与防控领域具有极其重要的发展前景。但是现有的无人机林火监测设备多只有拍摄功能，而无火点定位功能，不管是可见光相机、红外相机或双目相机，均无法在全局坐标系下定位出火点位置，且相机采集数据时还会受光线干扰，难以获得准确数据。目前广泛应用的卫星遥感技术做林火全局定位时，容易受到卫星自身周期的限制及天气状况的影响，且在林火蔓延初始阶段，燃烧面积较小，利用卫星遥感技术难以监测到。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提出一种基于无人机多传感器数据融合的林火定位方法及系统，用以解决现有林火定位方法无法及时准确地监测林火实际位置的问题。

根据本发明一方面，提出一种基于无人机多传感器数据融合的林火定位方法，该方法包括下述步骤：

步骤一、对无人机上安装的红外热像仪进行内参标定，获取内参矩阵；

步骤二、对无人机上安装的激光雷达和组合惯导进行联合标定，获取雷达坐标系和惯导坐标系之间的第一坐标转换关系；

步骤三、对红外热像仪和激光雷达进行联合标定，获取图像坐标系和雷达坐标系之间的第二坐标转换关系；

步骤四、实时获取红外热像仪、激光雷达和组合惯导采集的、具有时间对应关系的多组数据；所述多组数据包括点云数据、红外图像数据和无人机位姿数据；

步骤五、根据第一坐标转换关系和无人机位姿数据对点云数据进行拼接，获得密集点云；

步骤六、对密集点云和图像数据进行融合处理，获得火点在世界坐标系下的位置坐标。

进一步地，在步骤六之后还包括步骤七、将火点位置与无人机位置在地图上实时标注出来。

进一步地，步骤三中通过PNP算法获取图像坐标系和雷达坐标系之间的第二坐标转换关系。

进一步地，步骤五的具体步骤包括：

步骤五一、建立局部坐标系如下：以第一帧点云数据对应的无人机位置为原点，X轴为世界坐标系Y轴方向，Y轴为世界坐标系X轴方向，Z轴与世界坐标系Z轴方向相反；根据每一帧点云数据对应的无人机位姿数据计算获得局部坐标系与惯导坐标系之间的第三坐标转换关系；

步骤五二、根据第一坐标变换关系和第三坐标变换关系计算获得雷达坐标系与局部坐标系之间的第四坐标转换关系；

步骤五三、根据第四坐标转换关系计算获得每一帧点云数据在局部坐标系中的局部点云坐标；

步骤五四、根据第一坐标变换关系、第三坐标变换关系和第四坐标转换关系，对局部点云坐标进行逆运算，即将每一帧点云数据在局部坐标系中的位置进行转换，获得密集点云。

进一步地，在步骤五四之后还包括步骤五五、利用直通滤波将密集点云所在雷达坐标系中沿Y轴方向的离散点云去除。