一種采用無(wú)人飛行器對(duì)大型水域水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)人飛行器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用無(wú)人飛行器對(duì)大型水域水質(zhì) 進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)環(huán)境造成了具體大的壓力，尤其是水資源的污染尤其嚴(yán)重。在大 型湖泊或者河流中通常需要定期對(duì)水樣數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，而在這種環(huán)境中采用傳統(tǒng)的人工采 集水樣并進(jìn)行分析的方法顯然不現(xiàn)實(shí)。因此，目前逐漸開(kāi)始采用無(wú)人飛行器對(duì)上述大型水 域的水質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)取樣或者檢測(cè)。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用無(wú)人飛行器飛行至大型水域的指定區(qū)域，并對(duì)水面進(jìn)行 紅外照相并對(duì)照片中出現(xiàn)綠色的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是這種方法僅僅能對(duì)水體中藍(lán)藻爆發(fā)的 情況進(jìn)行檢測(cè)，且在具有氣象干擾的條件下，紅外照相中所呈現(xiàn)的水面照片存在較大的誤 差，從而大大的影響了實(shí)際的監(jiān)測(cè)效果。
[0004] 同時(shí)，在現(xiàn)有技術(shù)中也存在使用無(wú)人飛行器飛行至大型水域的指定區(qū)域，并對(duì)該 指定區(qū)域的水質(zhì)進(jìn)行抽取并帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析的技術(shù)方案。然而這種技術(shù)方案由于對(duì)指 定區(qū)域的選擇具有較大的隨意性，而存在整個(gè)監(jiān)測(cè)活動(dòng)具有非常大的盲目性，無(wú)法對(duì)在大 型水域中某個(gè)或者某些疑似污染的水域進(jìn)行有針對(duì)性的取樣及監(jiān)測(cè)，從而導(dǎo)致對(duì)大型水域 的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的效率較低。
[0005] 有鑒于此，有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中采用無(wú)人飛行器對(duì)大型水域水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè) 方法予以改進(jìn)，以解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于揭示一種采用無(wú)人飛行器對(duì)大型水域水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)方 法，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型水域的水質(zhì)實(shí)現(xiàn)高效監(jiān)測(cè)，節(jié)約無(wú)人飛行器的飛行路線。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種采用無(wú)人飛行器對(duì)大型水域水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的 監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：
[0008] S1、獲取大型水域的原始圖像并通過(guò)Sobel算子對(duì)所述原始圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)從 而提取到大型水域輪廓；
[0009] S2、根據(jù)步驟S1中所獲取的大型水域輪廓對(duì)無(wú)人飛行器基于速度矢量場(chǎng)的航路規(guī) 劃方法對(duì)無(wú)人飛行器的航線進(jìn)行預(yù)設(shè)定；
[0010] S3、通過(guò)無(wú)人飛行器所搭載的導(dǎo)航設(shè)備對(duì)無(wú)人飛行器的航線進(jìn)行導(dǎo)航，并根據(jù)無(wú) 人飛行器所搭載的照相機(jī)對(duì)大型水域進(jìn)行照相以得到實(shí)際圖像；
[0011] S4、對(duì)步驟S3所獲得的實(shí)際圖像與步驟S1中的原始圖像通過(guò)幀間差分法處理得到 差分圖像，并對(duì)差分圖像進(jìn)行二值化處理，得到包含異常灰度值的照片，從而得到大型水域 中異常點(diǎn)的坐標(biāo)值；
[0012] S5、無(wú)人飛行器的導(dǎo)航設(shè)備根據(jù)步驟S4中所獲得的異常點(diǎn)的坐標(biāo)值對(duì)導(dǎo)航設(shè)備中 預(yù)設(shè)定的航跡進(jìn)行修正；
[0013] S6、無(wú)人飛行器飛行至包含異?；叶戎嫡掌乃蛏戏剑瑢?duì)該水域進(jìn)行高清航空 拍攝并回傳至地面基站。
[0014] 在一些實(shí)施方式中，所述步驟S4中的"幀間差分法處理"具體為：利用步驟S1中的 原始圖像與步驟S3所獲得的實(shí)際圖像作幀間差分運(yùn)算得到差分圖像，
[0015] 所述幀間差分運(yùn)算的計(jì)算公式為:Dk(x，y) =Fk(x，y)_Fk-i(x，y);
[0016] 其中，F(xiàn)h (x，y)為步驟S1中原始圖像中像素點(diǎn)的灰度值，F(xiàn)k (x，y)為步驟S3所獲得 在實(shí)際圖像中像素點(diǎn)的灰度值，Dk(x，y)為差分圖像，所述原始圖像與實(shí)際圖像具有相同坐 標(biāo)值。
[0017] 在一些實(shí)施方式中，步驟S3中的導(dǎo)航設(shè)備為電子羅盤(pán)。
[0018] 在一些實(shí)施方式中，步驟S3還包括對(duì)電子羅盤(pán)進(jìn)行校正，所述電子羅盤(pán)的校正具 體包括：
[0019] S31、磁力計(jì)獲取電子羅盤(pán)x、y、z三軸的相對(duì)磁通量，濾波處理后進(jìn)行橢球擬合校 正，保存校正參數(shù)至第一存儲(chǔ)裝置；
[0020] S32、磁力計(jì)獲取電子羅盤(pán)x、y、z三軸的磁通量的極值，進(jìn)行橢圓擬合校正，保存校 正參數(shù)至第二存儲(chǔ)裝置；
[0021] S33、慣性導(dǎo)航模塊獲取傾斜角數(shù)據(jù)并結(jié)合步驟S1與S2的校正參數(shù)，計(jì)算補(bǔ)償后的 水平磁場(chǎng)強(qiáng)度Xh和Yh。
[0022] 在一些實(shí)施方式中，步驟S31具體為：
[0023]在無(wú)人飛行器的機(jī)體外部，使用磁力計(jì)獲取x、y、z三軸的相對(duì)磁通量X、Y、Z;
[0024] 進(jìn)行濾波處理后，將相對(duì)磁通量Χ、Υ、Ζ送入極值獲取單元，以獲取磁力計(jì)在x、y、z 三軸的磁通量的極大值Xmax、Ymax、Zmax和極小值Xmin、Y min、Zmin ;
[0025]進(jìn)行橢球擬合校正，得到校正參數(shù)H、K、B，其中
[0027]保存校正參數(shù)H、K、B至電子羅盤(pán)的存儲(chǔ)裝置12。
[0028] 在一些實(shí)施方式中，步驟S32具體為：
[0029]在無(wú)人飛行器的機(jī)體內(nèi)部，使用磁力計(jì)獲取電子羅盤(pán)x、y、z三軸的磁通量的極大 值Xmax'、Ymax'、Zmax'和極小值Xmin'、Y min'、Zmin' ；
[0030]進(jìn)行橢圓擬合校正，得到校正參數(shù)Η'、K'、B'，其中
[0032]保存校正參數(shù)Η'、K'、B'至飛行控制計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)裝置中。
[0033]在一些實(shí)施方式中，步驟S33具體為：
[0034]利用無(wú)人飛行器上的慣性導(dǎo)航模塊獲取無(wú)人飛行器飛行時(shí)的俯仰角α和滾動(dòng)角 Υ ；
[0035] 并結(jié)合所述步驟S31中經(jīng)過(guò)橢球擬合校正得到的校正參數(shù)H、K、B及所述步驟S32中 經(jīng)過(guò)橢圓擬合校正得到的校正參數(shù)Η'、K'、B'，計(jì)算補(bǔ)償后的水平磁場(chǎng)強(qiáng)度X h和Yh。
[0036] 在一些實(shí)施方式中，磁力計(jì)為三軸數(shù)字磁阻式磁力計(jì)。
[0037] 在一些實(shí)施方式中，無(wú)人飛行器包括無(wú)人直升機(jī)或者無(wú)人固定翼飛機(jī)或者多旋翼 無(wú)人飛行器。
[0038] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:在本發(fā)明中，首先通過(guò)邊緣檢測(cè)提取大型 水域的輪廓，在無(wú)人飛行器在預(yù)定的航線飛行過(guò)程中對(duì)大型水域進(jìn)行二次航拍，然后在同 一坐標(biāo)中的兩張圖像通過(guò)幀間差分法并進(jìn)行二值化處理后得到包含異常灰度值的照片，從 而得到發(fā)生異常的坐標(biāo)值，并對(duì)該水域進(jìn)行高清航拍后回傳地面基站，以進(jìn)行后期分析處 理。通過(guò)本發(fā)明，可有效降低無(wú)人飛行器的無(wú)效飛行路徑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大型水域的水質(zhì)的高效 監(jiān)測(cè)，節(jié)約了無(wú)人飛行器的飛行路線。
【附圖說(shuō)明】
[0039] 圖1為本發(fā)明一種采用無(wú)人飛行器對(duì)大型水域水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)方法的流程 圖；
[0040] 圖2為本發(fā)明所示的對(duì)步驟S1中的原始圖像作卷積和運(yùn)算的示意圖；
[0041] 圖2a為Sobel算子計(jì)算X方向的梯度值的示意圖；
[0042] 圖2b為Sobel算子計(jì)算y方向的梯度值的示意圖；
[0043]圖3為電子羅盤(pán)校正方法的系統(tǒng)示意圖；
[0044] 圖4為本發(fā)明步驟S3中電子羅盤(pán)校正方法中執(zhí)行步驟S31的模塊示意圖；
[0045] 圖5為本發(fā)明步驟S3中電子羅盤(pán)校正方法中執(zhí)行步驟S32及步驟S33的模塊示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，這些 實(shí)施方式并非對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所作的功能、方法、 或者結(jié)構(gòu)上的等效變換或替代，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0047] 請(qǐng)參圖1至圖5所示出的本發(fā)明一種采用無(wú)人飛行器對(duì)大型水域進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)的 監(jiān)測(cè)方法的一種【具體實(shí)施方式】。
[0048] 在本實(shí)施實(shí)施方式中，一種采用無(wú)人飛行器對(duì)大型水域水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)方 法，包括以下步驟。
[0049] 首先，執(zhí)行步驟S1、獲取大型水域的原始圖像并通過(guò)Sobel算子對(duì)所述原始圖像進(jìn) 行邊緣檢測(cè)從而提取到大型水域輪廓。該大型水域輪廓規(guī)定了后期使用無(wú)人飛行器的飛行 區(qū)域或者飛行范圍。
[0050] 如