CN115077655B 一种极区湖泊容水量测量系统及方法 （中国极地研究中心(中国极地研究所)）

本发明提供了一种极区湖泊容水量测量系ADRC算法控制无人机在无人艇的正上方预设高人机载模块实现自动测量湖泊高程和湖泊水下2所述无人艇用于搭载无人艇载模块；所述无人艇载模块与所述无所述无人机用于搭载所述无人机载模块；所述无人机载模块还与所随所述无人艇移动；所述无人机载模块用于获取湖面点云数据和无人艇载模块的姿态数所述地面操作模块还用于根据所述坐标系转换参数，确定地理坐所述地面操作模块还用于根据所述地理坐标系下的湖面点云数所述第一计算机分别与所述水下单波束传感器、所述线阵激光雷达传感所述第一计算机用于控制所述水下单波束传感器获取湖下单波束测所述第一计算机还用于控制所述线阵激光雷达传感器获取湖岸线点所述第一UWB数传单元还与所述地面操作模块连接；所述第一计算机还用于控制所述第一UWB数传单元传输所述湖下单波束测距数据和所所述线阵激光雷达传感器的型号为128线阵激光所述第二计算机分别与所述下视相机、所述面阵激光雷达传感器和所述第二UWB数传所述下视相机用于拍摄所述位姿立方和所述红所述第二计算机用于根据位姿立方的图像和红外信标定位光阵的图像3所述第二计算机用于控制所述面阵激光雷达传感器获取湖面所述第二UWB数传单元与所述地面操作模块连接；所述第二计算机用所述云台用于搭载所述下视相机和所述面阵激光获取无人艇规划的路径，并利用ADRC算法控制无根据所述无人艇载模块的姿态数据，确定所述无人艇和所述无人机的坐标系转换参根据所述坐标系转换参数，确定地理坐标系下的湖面点云数据、地根据所述地理坐标系下的湖岸线点云数据构建湖泊沿岸基于所述水上三维地形图、所述湖泊沿岸三维地形图和所述湖底三4述地面操作模块连接；所述无人艇载模块用于测量湖岸线点云数据和湖下单波束测距数5[0016]所述第一UWB数传单元还与所述地面操作模块连接；所述第一计算机还用于控制所述第一UWB数传单元传输所述湖下单波束测距数据和所述湖岸线点[0022]所述第二计算机分别与所述下视相机、所述面阵激光雷达传感器和所述第二UWB[0026]所述第二UWB数传单元与所述地面操作模块连接；所述第二计算机用于控制第二UWB数传单元传输所述湖面点云数据和所述坐[0031]一种极区湖泊容水量测量方法，所述方法应用于上述极6云数据和无人艇载模块的姿态数据；无人机载模块还用于根据无人艇载模块的姿态数据，7形图；地面操作模块还用于根据地理坐标系下的湖岸线点云数据构建湖泊沿岸三维地形和第一UWB数传单元；第一计算机分别与水下单波束传感器、线阵激光雷达传感器和第一计算机还用于控制线阵激光雷达传感器获取湖岸线点云数据；第一UWB数传单元还与地面操作模块连接；第一计算机还用于控制第一UWB数传单元传输湖下单波束测距数据和湖岸方和红外信标定位光阵；第二计算机用于根据位姿立方的图像和红外信标定位光阵的图8所使用的Ubuntu18.04版本Linux嵌入式系统下的ROS机器人交互系统界面。首先利用Ubuntu嵌入式系统的以太网接口建立一个可兼容工业总线的服务控制平台，让用户(科考队员)通过总线控制和运行具有采集测量功能的C#脚本。用户终端通过总线与无人艇地面控制指令，作业端向用户(科考队员)终端反馈响应状态信息以及测量的实时数据(如果涉[0065]RTK模组为无人机和无人艇提供精度在2cm内的定做坐标，每个设备配备对应的[0066]UWB模组为无人艇在信号不好的山谷内定位以及跨域系统相对位置记录和通信使[0068]无人艇观测模组是用来对湖泊水域底部地形建模和湖泊沿岸地形建模的载荷作[0069]针对无人机上挂载的本装置的子模块—TX2微机与下视相机，以及无人艇上挂载的子模块—红外信标定位光阵和位姿立方。位于无人机上的TX2微机接收到下视相机采集[0071]如图2-4，整个跨域无人作业平台的作业空间划定是由无人艇进行湖泊沿岸制定9输入无人艇与无人机地面控制台，两部控制台分别对无人艇和无人机做相对高程50m或者程中的优先权为无人艇大于无人机。也就是无人机是时刻跟随无人艇在正上方进行测量流信标确认无人艇运动状态的标志。通过位姿立方面可以让无人机确认艇体的左右晃动、[0072]本发明通过其中所包含的两类激光雷达与一个单波束传感器分别采集空气中与水中地形三维模型。挂载于无人机上的面阵激光雷达用于建立湖泊表面以上地表三维特载于无人艇上的单波束传感器用于采集湖泊底部地形的三维结构(采用多点深度采样，曲使用者终端可方便通过总线实现自动测量(测量结果为水底地形三维结构、水气界面表面三维结构和湖泊所在地区岩土表面三维结构)，且对于跨域传感融合困难的问题设置光阵[0074]本实施例提供了一种极区湖泊容水量测量方法，该方法应用于实施例1所述的极[0085]步骤1：无人机的位姿信息是可以通过无人机本身的RTK定位以及自身姿态确定人机载的TX2微机计算后获得位姿反馈给无人机，从而获得无人艇相对于无人机的位姿信[0089](2)图像传感器将信息反馈到无人机载微型计算机内进行数据的计算。首先检测[0090](3)在上一步中，通过定位光阵和立方体的具体尺寸以及其在视场中的像素大小标系下的无人艇载荷的位姿立方坐标由上公式获得，由于无人艇载荷及其本身属于刚体，传感数据出发更快的单元，无人机通过自抗扰控制器ADRC(ActiveDisturbance以及水下单波束数据。该三类数据的所在地理坐标系下的经纬度由本发明的装置进行对[0102]步骤5：位于地面的微机系统获取以上观