機載式室內氣體遙測系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光電分析，尤其涉及機載式室內氣體遙測系統及方法。
【背景技術】
[0002] 目前，甲烷遙測儀在天然氣泄漏檢測中得到了廣泛應用，遙測儀采用的基本原理 為:通過接收、分析待測區域內氣體吸收后的且被墻面反射的光信號，從而獲得光路徑上的 待測氣體信息。為了定量表述待測區域內的甲烷的絕對濃度，需同時測量遙測儀到墻面的 距離以及在此路徑上的甲烷吸收信號。傳統的測距光源采用可發射650nm光的激光器，探測 器采用硅材料，而遙測儀的光源采用可發射1651nm光的激光器，探測器采用銦鎵砷材料。該 類型遙測儀具有諸多不足，如：
[0003] 1.結構復雜，需要配備兩套光學系統，分別用于測距及吸收信號，重達5公斤左右， 如美國漢斯的遙測儀重達5.8公斤；
[0004] 2.無法用于樓宇內各層室內氣體的檢測。對于具有窗戶的室內遙測，現有技術無 法確定玻璃窗到墻面的距離，也即無法獲得室內的氣體含量；
[0005]對于樓宇二層以上的室內氣體的檢測，現有遙測儀無能為力。
[0006]目前，商用多旋翼無人機主要用于航拍等，可利用無人機將設備帶到不同樓層窗 戶外，開展作業。無人機的工作方式主要為以下二種：
[0007] 1.人工操作，無人機操作員可根據無人機所攜帶攝像機傳回地面的圖像來進行判 斷，并做出相應的操作。該方式的不足在于:過分依賴操作員的熟練程度，定位精度得不到 保證。
[0008] 2.自動定位方法:在居民樓外面找一個位置點，該位置正對一層用戶的窗口，然后 讓無人機在該點的豎直方向上的定量爬升(每次爬升一個樓層的高度），認為無人機爬升后 停止的位置就正對著用戶的窗戶。該方式的不足在于：
[0009]首先無人機在爬升過程中可能偏離豎直方向，會導致無人機與窗口距離的變化；
[0010] 其次，無人機本身不帶高度計，只能依賴于GPS定位，定位精度有限，在某些GPS信 號不好的地方甚至無法定位；
[0011] 再有，目前常用的多旋翼無人機在爬升過程中可能產生自旋，很可能導致無人機 上掛載的測試設備無法正對用戶窗戶。
[0012] 基于上述無人機精確定位中的技術問題，使得無人機尚未應用在不同樓層室內氣 體遙測中。
【發明內容】
[0013]為解決上述現有技術方案中的不足，本發明提供了一種定位精確、高效的機載定 位裝置。
[0014]本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0015] 機載定位裝置，所述機載定位裝置包括：
[0016]旋翼無人機；
[0017] 攝像機，所述攝像機安裝在所述旋翼無人機上；
[0018] 存儲器，所述存儲器用于存儲所述攝像機傳送來的圖像；
[0019]比對模塊，所述比對模塊用于比對圖像及模板，偏差傳送到控制模塊；
[0020] 控制模塊，所述控制模塊用于調整所述旋翼無人機的空間位置及所述攝像機的姿 ??τ〇
[0021] 根據上述的機載定位裝置，優選地，所述模板是所述攝像機拍攝的作為標準樓宇 窗戶的圖像。
[0022] 本發明的目的還在于提供了一種應用上述定位裝置的高精度、應用領域廣、功能 強大的機載式室內氣體遙測系統，該發明目的通過以下技術方案得以實現：
[0023]機載式室內氣體遙測系統，所述機載式室內氣體遙測系統包括：
[0024]無人機裝置，所述無人機裝置采用上述的機載定位裝置；
[0025]遙測裝置，所述遙測裝置安裝在所述旋翼無人機上，所述遙測裝置包括：
[0026] -個光源，僅有的一個光源用于發出脈沖光信號和測量光，所述測量光的波長覆 蓋室內待測氣體的吸收譜線;所述一個光源安裝在所述旋翼無人機上；
[0027] -個探測器，僅有的一個探測器用于將接收到的被室內不同反射物反射回來的脈 沖光信號轉換為第一組電信號、以及將接收到的經室內待測氣體吸收后并被室內反射物反 射回來的測量光轉換為第二電信號，并傳送到分析模塊;所述一個探測器安裝在所述旋翼 無人機上；
[0028]分析模塊，所述分析模塊根據所述探測器得到第一組電信號的時間差得出距離d; 以及根據吸收光譜技術得出室內待測氣體的含量C:
[0029]
[0030]d為室內窗戶到墻壁的距離;K為標定系數;bo為零點系數;V2f為氣體吸收二次諧波 信號的強度;vlf為氣體吸收一次諧波信號的強度;S(T)為吸收譜線的溫度變化函數;B(P，T) 為吸收譜線溫度壓力補償關系函數。
[0031] 根據上述的機載式室內氣體遙測系統，優選地，所述分析模塊設置在監控室或監 控車內；所述探測器通過無線方式將輸出的電信號傳送到所述分析模塊。
[0032]本發明的目的還在于提供了一種定位精確、高效的機載定位方法，該發明目的通 過以下技術方案得以實現：
[0033]機載定位方法，所述機載定位方法包括以下步驟：
[0034] (A1)選擇旋翼無人機的位置及攝像機的姿態，所述攝像機拍攝的樓宇窗戶的圖像 作為模板，并送存儲器存儲；
[0035] (A2)所述旋翼無人機移動到另一窗戶外，所述攝像機拍攝該窗戶的圖像，并傳送 到比對模塊；
[0036] (A3)比對模塊比對接收到的圖像及模板，偏差傳送到控制模塊：
[0037]若偏差小于閾值，則定位結束；
[0038]若偏差不小于所述閾值，則進入步驟(A4);
[0039] (A4)控制模塊調整所述旋翼無人機的空間位置和/或所述攝像機的姿態，再次拍 攝窗戶的圖像，并進入步驟(A3)。
[0040]根據上述的機載定位方法，優選地，在步驟(A4)中，先調整所述攝像機和/旋翼無 人機的姿態，若所述偏差始終不小于所述閾值，則需進一步調整所述旋翼無人機的空間位 置。
[0041] 根據上述的機載定位方法，優選地，在步驟(A3)中，提取圖像中窗戶的角點，與模 板中窗戶的角點對比。
[0042]本發明的目的還在于提供了一種高精度、應用領域廣、功能強大的機載式室內氣 體遙測方法，該發明目的通過以下技術方案得以實現：
[0043]機載式室內氣體遙測方法，所機載式室內氣體遙測方法包括以下步驟：
[0044] (B1)旋翼無人機攜帶定位裝置及遙測裝置定位到樓宇的窗戶外，定位方式采用上 述的機載定位方法；
[0045] (B2)所述旋翼無人機攜帶的僅有的一個光源發出脈沖光信號，所述脈沖光信號分 別被室內的窗戶和墻壁反射，被僅有的一個探測器接收并轉換為第一組電信號，并傳送到 分析模塊;所述一個探測器安裝在所述旋翼無人機上；
[0046]所述一個光源發出的測量光射入室內，待測氣體吸收后的測量光被所述墻壁反 射，被所述一個探測器接收并轉換為第二電信號，并傳送到分析模塊；
[0047] (B3)分析模塊根據所述探測器得到第一組電信號的時間差得出距離d;以及根據 吸收光譜技術得出室內待測氣體的含量C:
[0048]
[0049]d為室內窗戶到墻壁的距離;K為標定系數;bo為零點系數;V2f為氣體吸收二次諧波 信號的強度;Vlf為氣體吸收一次諧波信號的強度;S(T)為吸收譜線的溫度變化函數;B(P，T) 為吸收譜線溫度壓力補償關系函數。
[0050]根據上述的機載式室內氣體遙測方法，優選地，所述分析模塊設置在監控室或監 控車內；所述探測器通過無線方式將輸出的電信號傳送到所述分析模塊。
[0051]根據上述的機載式室內氣體遙測方法，優選地，所述分析模塊安裝在所述無人機 上，通過無線方式將所述待測氣體的含量C傳送到監控室或監控車。
[0052]根據上述的機載式室內氣體遙測方法，可選地，所述機載式室內氣體遙測方法進 一