阅读说明：本技术 一种基于无人机的树木种植测量放样装置及方法 (Tree planting measurement lofting device and method based on unmanned aerial vehicle ) 是由 陈义军 申时钊 林永钢 赵国平 任金明 梁志刚 王昶 毛振军 王诗景 王永飞 肖 于 2018-06-01 设计创作，主要内容包括：一种基于无人机的树木种植测量放样装置及方法,包括无人机模块、手持式地面操作模块、显示模块、定位模块、标记模块和地面识别模块；定位模块、标记模块和地面识别模块搭载在无人机模块上；显示模块搭载在手持式地面操作模块上；无人机模块、显示模块、定位模块、标记模块和地面识别模块均与手持式地面操作模块连接；手持式地面操作模块根据设计栽种图纸中的树木布置情况,将图纸中的树穴放样点位坐标转化为经纬度数据,根据经纬度数据控制无人机模块飞行至树穴拟放样点上空；定位模块定位无人机模块所在位置的定位坐标信息,并将其发送到手持式地面操作模块；标记模块用于当无人机模块到达树穴放样点上空,精准定位树穴位置后,发射放样标记。(A tree planting measurement lofting device and method based on an unmanned aerial vehicle comprises an unmanned aerial vehicle module, a handheld ground operation module, a display module, a positioning module, a marking module and a ground identification module; the positioning module, the marking module and the ground identification module are carried on the unmanned aerial vehicle module; the display module is carried on the handheld ground operation module; the unmanned aerial vehicle module, the display module, the positioning module, the marking module and the ground identification module are all connected with the handheld ground operation module; the handheld ground operation module converts the coordinates of the pit lofting point positions in the drawing into longitude and latitude data according to the tree arrangement condition in the design and planting drawing, and controls the unmanned aerial vehicle module to fly above the pit lofting point to be planned according to the longitude and latitude data; the positioning module positions the positioning coordinate information of the position of the unmanned aerial vehicle module and sends the positioning coordinate information to the handheld ground operation module; the marking module is used for launching lofting marks after the unmanned aerial vehicle module arrives at the tree cave lofting point and accurately positions the tree cave.)

一种基于无人机的树木种植测量放样装置及方法

技术领域

本发明涉及测量放样领域，尤其涉及一种基于无人机的树木种植测量放样装置及方法。

背景技术

随着国家不断地建设，在建设工程领域中测量放样依然占据重要意义，现有的测量放样技术已经满足不了工程建设的需求。在原始测量的模式下，需要提前对测量工作开展长久的规划。

在树木种植及园林绿化项目中，常规测量放样要建立测量坐标系及设定控制点，根据设计图提取放样坐标点，采用全钻仪、GPS、RTK等测量仪器进行控制点校核，经校核确定控制点坐标无误后，对种植点位实施坐标放样，采用多人配合进行生石灰或打木桩标记放样点。针对大规模树木种植及园林绿化项目，常规测量放样由于放样数据多、劳动量大，效率极其低下，且传统或常规放样需要成立专业测量队进行，该放样过程投入测量人员、辅助人员、放样仪器及工器具较多，放样耗时长、劳动力及工器具投入多，测量放样进度不能满足规模生产要求。

发明内容

本发明提供一种基于无人机的树木种植测量放样装置及方法，通过无人机技术与GPS高精度定位系统的结合，有效提高测量放样的作业效率，减少测量放样过程中劳动力和工器具的投入，降低施工成本，提高施工进度。本发明采用以下技术方案。

一种基于无人机的树木种植测量放样装置，所述装置包括无人机模块、手持式地面操作模块、显示模块、定位模块、标记模块和地面识别模块；

所述定位模块、标记模块和地面识别模块搭载在所述无人机模块上；所述显示模块搭载在所述手持式地面操作模块上；

所述无人机模块、显示模块、定位模块、标记模块和地面识别模块均与所述手持式地面操作模块连接；

所述手持式地面操作模块根据设计栽种图纸中的树木布置情况，将图纸中的树穴放样点位坐标转化为经纬度数据，根据所述经纬度数据控制所述无人机模块飞行至树穴拟放样点上空；

所述定位模块定位无人机模块所在位置的定位坐标信息，并将其发送到手持式地面操作模块；

所述标记模块用于当所述无人机模块到达树穴放样点上空，精准定位树穴位置后，发射放样标记。

优选的，所述地面识别模块用于识别放样环境，将识别结果传输给所述手持式地面操作模块，所述手持式地面操作模块根据所述识别结果控制无人机模块的飞行高度，所述标记模块根据所述识别结果发射放样标记。

优选的，所述手持式地面操作模块包括数据转换模块，所述数据转换模块将图纸中的树穴放样点位坐标转化为经纬度数据。

优选的，所述标记模块发射的放样标记为激光标记。

优选的，所述标记模块发射的放样标记为实物投掷标记。

优选的，所述手持式地面操作模块包括误差计算模块，所述误差计算模块计算所述树穴放样点坐标与所述无人机模块定位坐标之间的误差，当误差满足要求时，所述手持式地面操作模块控制所述标记模块发射标记信号。

一种基于无人机的树木种植测量放样方法，所述方法包括：

步骤1、对放样环境进行识别，发送识别结果；

步骤2、接收所述识别结果，根据设计栽种图纸中的树木布置情况，将图纸中的树穴放样点位坐标转化为经纬度数据，根据所述识别结果和所述经纬度数据控制所述无人机模块飞行至树穴拟放样点上空；

步骤3、接收所述无人机模块的定位坐标信息，计算所述树穴放样点坐标与所述无人机模块的定位坐标之间的误差，当误差满足要求时，发送标记控制信号和所述放样环境的识别结果；当误差不满足要求时，调整所述无人机模块的位置，重复步骤3；

步骤4、接收所述标记控制信号和所述识别结果，根据所述标记控制信号和所述识别结果，发射放样标记；

步骤5、重复步骤1-4，对其他树穴放样点进行放样。

优选的，所述步骤3中进一步包括，若无人机模块定位坐标（x，y）与树穴放样点坐标（x1，y1）水平方向的距离小于放样允许误差δ，即（x-x1）^2+（y-y1）^2≤δ^2，则判断无人机模块抵达放样点。

优选的，所述步骤1中进一步包括，所述放样环境的识别包括识别放样环境中的物体的材质、形状、大小、空间位置及相互关系。

优选的，所述放样标记为激光标记或实物投掷标记。

本发明的有益效果是：（1）将人工测量放样提升为自动化测量放样，通过本发明，利用GPS高精定位技术，将传统的人工手持RTK设备找点放样，提升为数字化、自动测量放样。（2）无人机具有快速飞行、精准定位、定点悬停、模块搭载等特性，单台无人机在放样的同时就可完成点位标记工作，优化了测量放样工作流程，减少了劳动力、材料的投入，有效提高了测量放样工作的作业效率。（3）保证树木的栽种进度：放样点的数据可提前通过内业工作处理，优化了测量放样的工序，为造林进度争取了时间，保证了工程进度。

附图说明

图1是无人机测量放样装置结构示意图。

图2是无人机标记模块标记工作原理示意图。

图3是无人控制装置示意图。

附图标记说明：1、无人机模块；2、手持式地面操作模块；3、显示模块；4、定位模块；5、标记模块；6、地面识别模块；7、放样标记。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，一种基于无人机的树木种植测量放样装置，包括无人机模块1、手持式地面操作模块2、显示模块3、定位模块4、标记模块5和地面识别模块6。定位模块4、标记模块5和地面识别模块6搭载在无人机模1块上，显示模块3搭载在手持式地面操作模块2上。无人机模块1、显示模块3、定位模块4、标记模块5和地面识别模块6均与手持式地面操作模块2连接。

无人机模块1，本发明中无人机模块即为具有高精度定位功能及悬停功能的旋翼式电动无人机，单次飞行的续航时间约为50分钟左右，附带三块备用电池。

手持地面遥控模块2为无线电遥控设备。手持地面遥控模块用于无人机的飞行操控（主要辅助操控，无人机飞行主要以路径编程、自动飞行为主）；能够随时掌控飞行情况，即时修改航高，改变飞行路线，并操作飞行进行原地旋转、返航、降落、重新测量等工作。手持式地面操作模块相当于中央控制器，接收其他模块的数据并控制其他模块的运行。手持式地面操作模块可以是手持式移动终端。手持式地面操作模块根据设计栽种图纸中的树木布置情况，将图纸中的树穴放样点位坐标转化为经纬度数据，根据经纬度数据控制无人机模块飞行至树穴放样点。设计栽种图纸为数字化图纸，图纸中包含树穴放样点位置等信息，手持式地面操作模块提取出图纸中的位置信息，将树穴放样点位坐标转化为经纬度数据。手持式地面操作模块包括数据转换模块，数据转换模块将图纸中的树穴放样点位坐标转化为经纬度数据。手持式地面操作模块包括误差计算模块，误差计算模块计算树穴放样点坐标与无人机模块定位坐标之间的误差，当误差满足要求时，手持式地面操作模块控制标记模块发射标记信号。

定位模块4是高精度GPS定位模块，采用机载型卫星定位接收机，具备高精度定位功能，可获取定位信息，搭载于无人机正中上方。定位模块定位无人机模块所在位置的定位坐标信息，并将其导入手持式地面操作模块。

地面识别模块6用于识别放样环境，将识别结果传输给手持式地面操作模块，手持式地面操作模块根据识别结果控制无人机模块的飞行高度，标记模块根据识别结果来选择标记投放方式。地面识别模块以感应地表面物体为基础，根据其几何特征和物理特征进行感应和分析，从而确定地面上物体的材质、形状、大小、空间位置及相互关系等，传输于无人机自带的GPS导航系统来自动拟定合理飞行高度及障碍物避让确保测量放样的安全性。

标记模块5用于当无人机模块到达树穴放样点上空，精准定位树穴位置后，发射放样标记7。标记模块分为激光发射标记和实物投掷标记，搭载于无人机底部，该装置的发射方向垂直向下。激光发射装置及实物投放装置在无人机飞行中处于关闭状态，当无人机悬停于树穴放样点位且误差满足设计要求时，手持地面遥控模块根据地面识别模块识别的结果发出指令，对不同地面环境做出相对应的投放标记，该模块才需开启，对点位进行实施标记，根据地面识别模块识别的结果可以选择不同的标记形式，如激光发射标记或实物投掷标记来投掷标记。当地面识别模块识别到放样的地面为较软的材质（如泥土地面）时，标记模块可采用激光发射标记，地面辅助工人对激光标记点进行打桩标记，以便于后期挖穴工作的进行。当地面识别模块识别到放样的地面为较硬的材质（如水泥地面）时，标记模块可采用实物投掷标记，此时不需要辅助工人进行打桩标记，标记模块可在定位点投放颜料来进行标记，以便于后期挖穴工作的进行，此时可以减少人力成本。在投放实物进行标记时，手持式地面操作模块可以根据识别结果来控制无人机模块的飞行高度，使得无人机到达合适的高度后再进行实物标记投放，保证投放的准确性。

显示模块3用以显示无人机放样的实时进度情况，便于操控者宏观掌控放样过程。本实施例的显示模块采用普通的智能手机，实施方法为开发一款简单的手机APP，APP将一系列放样坐标点通过图案方式（圆点）在手机屏幕上予以显示。在无人机飞行过程中，其搭载的GPS定位模块的实时定位，并将实时定位的坐标信息无线传输至手机端APP，在APP以图案的形式显示。无人机飞行放样过程中，APP对无人机放样点数、速度等信息进行记录，并根据进度情况作出合理的任务规划。可以通过显示模块查看放样坐标点与无人机定位的坐标误差，控制无人机飞行，使其到达放样坐标点。

巡航控制模块主要依托现有无人机飞控技术支撑。现有飞控技术包括陀螺仪（飞行姿态感知），加速计，地磁感应飞控，气压传感器（悬停高度粗略控制），超声波传感器（低空高度精确控制或避障），光流传感器（悬停水平位置精确确定），以及控制电路组成。现有的飞控技术主要的功能就是自动保持飞机的正常飞行姿态。其保持稳定，从而避免因行速度波动所引起各传感部件测量放样误差增大，能够全程记录飞行轨迹及各项参数。结合GPS定位信息模块和巡航控制模块的数据，得到放样点位置信息，飞行至该位置并悬停在放样点正上方，通过地面遥控站启用标记模块向放样点位进行地面投放标记，完成放样点标记。

一种基于无人机的树木种植测量放样方法，包括：

步骤1、地面识别模块对放样环境进行识别，发送识别结果到手持地面遥控模块，放样环境的识别包括识别放样环境中的物体的材质、形状、大小、空间位置及相互关系。

步骤2、手持地面遥控模块接收识别结果，要根据设计栽种图纸中的树木布置情况，将图纸中的树穴放样点位坐标转化为经纬度数据，根据识别结果和经纬度数据控制无人机模块飞行至树穴拟放样上空。

步骤3、手持地面遥控模块接收无人机模块的定位坐标信息，计算树穴放样点坐标与无人机模块的定位坐标之间的误差，当误差满足要求时，发送标记控制信号和放样环境的识别结果；当误差不满足要求时，调整无人机模块的位置，重复步骤3。其中，若无人机模块定位坐标（x，y）与树穴放样点坐标（x1，y1）水平方向的距离小于放样允许误差δ，即（x-x1）^2+（y-y1）^2≤δ^2，则判断无人机模块抵达放样点。

步骤4、标记模块接收标记控制信号和识别结果，根据标记控制信号和识别结果，发射放样标记。标记控制信号即放样指令发出后，无人机所搭载的标记模块开启工作，该模块根据地面环境别进行合理标记。根据地面识别模块识别的结果可以选择不同的标记形式，如激光发射标记或实物投掷标记或者不同的实物来投掷标记。当地面识别模块识别到放样的地面为较软的材质（如泥土地面）时，标记模块可采用激光发射标记，地面辅助工人对激光标记点进行打桩标记，以便于后期挖穴工作的进行。当地面识别模块识别到放样的地面为较硬的材质（如水泥地面）时，标记模块可采用实物投掷标记，此时不需要辅助工人进行打桩标记，标记模块可在定位点投放颜料来进行标记，以便于后期挖穴工作的进行，此时可以减少人力成本。在投放实物进行标记时，手持式地面操作模块可以根据识别结果来控制无人机模块的飞行高度，使得无人机到达合适的高度后再进行实物标记投放，保证投放的准确性。

步骤5、重复步骤1-4，对其他树穴放样点进行放样。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。