Método de posicionamiento de objetivos terrestres con drones mediante observación monocular

XIA Xiaohua ,  

ZHOU Yanru ,  

MA Xinzhe ,  

CAO Bin ,  

XIE Jichen ,  

摘要

Ante el problema de que los métodos tradicionales de posicionamiento de objetivos terrestres con visión monocular en drones dependen de información a priori del objetivo o del escenario y presentan baja precisión, se propone un método de posicionamiento preciso de objetivos terrestres mediante drones que utiliza hasta dos puntos de observación. En primer lugar, se consideraron factores que afectan la precisión del posicionamiento, como los cambios en la postura del drone y la actitud de la plataforma, el desplazamiento del centro de rotación de la plataforma respecto al centro de gravedad del drone y el desplazamiento del centro óptico del sistema de imagen respecto al centro de rotación de la plataforma, estableciéndose un modelo de proyección del objetivo terrestre en el sistema de coordenadas geográficas de la plataforma, mejorando la generalidad del modelo para la observación de objetivos terrestres por drones; en segundo lugar, según si el terreno es plano o no, se diseñaron algoritmos de posicionamiento de objetivos terrestres basados en uno o dos puntos de observación, resolviendo eficientemente las coordenadas de la posición del objetivo mediante la construcción de ecuaciones geométricas. Tomando como ejemplo el drone Phantom 4-RTK, a través de simulaciones de Monte Carlo y experimentos reales, se analizaron los factores que afectan la precisión del posicionamiento de objetivos terrestres por drones y se verificó la efectividad del método propuesto. Los resultados de la simulación muestran que la máxima precisión de posicionamiento de objetivos terrestres del Phantom 4-RTK puede alcanzar el nivel de decímetros; la precisión en la medición de la altura y el ángulo de actitud de la plataforma son los factores dominantes que afectan el error de posicionamiento; la estabilidad del posicionamiento se garantiza cuando el ángulo de intersección entre los dos puntos de observación y el objetivo es mayor a 60°; los resultados experimentales muestran que cuando la altura del drone respecto al suelo es de 10 a 20 m, el error de posicionamiento de un solo punto de observación en terreno plano es de 0.34 m, reduciendo el error de posicionamiento en un 60% comparado con métodos existentes, y el error de posicionamiento de dos puntos de observación en terreno no plano es de 0.47 m, reduciendo el error en un 92.27%. El método propuesto puede lograr una ubicación precisa de objetivos en escenarios tanto planos como no planos, con buenas perspectivas de aplicación.

关键词

drones;posicionamiento de objetivos;visión monocular;dos puntos de observación

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