[发明专利]一种基于调频波雷达与图像处理的无人机江河监测装置及方法

说明书

本发明提供一种基于调频波雷达与图像处理的无人机江河监测装置及方法，包括操控端，远端服务器和无人机，无人机上设有集成雷达水位流速仪和摄像头，无人机底部设有下置双云台，集成雷达水位流速仪和摄像头设置于下置双云台上，无人机顶部设有图像处理模块，图像处理模块上的接口负载有无线传输模块，图像处理模块通过无线传输模块将数据传输至远端服务器。本发明将视频拍摄与图像处理集成于本发明装置上，提高效率，将图像处理技术获取流速与雷达测流相结合，在视频图像无法满足处理要求的情况下启用雷达测流备用方案，提高适用性，安全性。

技术领域

本发明涉及江河水流监测技术领域，具体涉及一种基于调频波雷达与图像处理的无人机江河监测装置及方法。

背景技术

江河水流监测对海塘修护、围堰施工等具有极其重要的意义。然而江河水流水面较宽，水流流态复杂，特别是如钱塘江河口这类强涌潮河口，利用传统的测量船搭载声学多普勒流速剖面仪（ADCP）时，测量人员危险性大大增加。

近年非接触式的测量方法越来越多地应用于江河测量中，利用图像处理技术进行视频图像流场分析是其中方法之一。一般而言，利用该方法时需要利用无人机单独拍摄一系列满足图像处理要求的视频图像，同时需获得摄像头距离水面的距离用于图像处理的计算。其中会涉及到两个问题，一为能够满足图像处理要求的视频需要良好的天气和光照条件；二为摄像头距离水面高度的确定。前者有发明者采用补光的方式，不过对于夜晚或者雨天，拍摄效果仍然不理想。对于后者，测绘级别的无人机通常内置RTK模块来获取无人机的高程数据，但若要获取摄像头距离水面的距离，则需要得知水面的高程。江河水域较大，部分已建水位站不一定能够覆盖到研究区域，且江河中局部水位变幅较大，特别是河口地区水位由于潮汐影响会出现涨落潮，甚至涌潮的现象，实时的水位数据难以获得，使得摄像头距离水面的距离和图像处理的流场数据不可避免的引入误差。目前应用于地形测绘领域的无人机激光测距技术已逐渐成熟，但激光测距无法应用于水体测量。水文测量中应用广泛的多普勒雷达水位流速测程量程小，无法达到无人机飞行视频拍摄时距离水面高度的要求。

针对上述情况和问题，本发明主要进行三点创新，一为将视频拍摄与图像处理集成于本装置上，不用将视频拍摄与图像处理分开进行；二为将图像处理技术获取流速与雷达测流相结合，在视频图像无法满足处理要求的情况下启用雷达测流备用方案；三为采用比微波雷达频率更高的毫米波波段雷达（即76~81 GHz调频连续波FMCW雷达）的水位流速仪，在远程目标探测、强烟雾粉尘环境下等均有较好的测量性能。其水位测量范围在0~120m，测速范围在0.15~15 m/s，大大提升了传统水文测流雷达测程范围较小的问题。

因此，需要提供一种基于调频波雷达与图像处理的无人机江河监测装置及方法，能够使得江河水流监测更加安全，增大监测范围，提高监测准确率。

发明内容

本发明的第一个目的在于，提供一种基于调频波雷达与图像处理的无人机江河监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种基于调频波雷达与图像处理无人机江河水流监测装置，包括操控端，远端服务器和无人机，所述无人机上设有集成雷达水位流速仪和摄像头，所述无人机底部设有下置双云台，所述集成雷达水位流速仪和摄像头设置于下置双云台上，所述无人机顶部设有图像处理模块，所述图像处理模块上的接口负载有无线传输模块，所述图像处理模块通过无线传输模块将数据传输至远端服务器，所述操控端用于操控无人机飞行、摄像、集成雷达水位流速仪及图像处理模块的运行。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

作为本发明的优选技术方案：所述无人机内嵌有高精度实时动态测量仪（RTK），以获取测量点位的经纬度及高程数据。