CN105785393B - 一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统与方法 - Google Patents
一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统与方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105785393B CN105785393B CN201610358917.8A CN201610358917A CN105785393B CN 105785393 B CN105785393 B CN 105785393B CN 201610358917 A CN201610358917 A CN 201610358917A CN 105785393 B CN105785393 B CN 105785393B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unmanned plane
- real time
- avoidance
- communication module
- module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统与方法，其系统包括机载子系统和设置与地面子系统；机载子系统包括数据采集模块、第一通讯模块和避障控制模块；数据采集模块用于进行无人机实时数据采集；数据采集模块的输出端与第一通讯模块连接，第一通讯模块分别与避障控制模块和地面子系统连接；地面子系统包括第二通讯模块和数据处理模块；第二通讯模块的一端通过无线网络与机载子系统的第一通讯模块连接，另一端与数据处理模块连接。本发明通过采集无人机的实时数据发送给地面子系统，进而构建虚拟三维场景进行数据分析，根据分析结果生成避障命令再传输给机载子系统进行避障控制，实现了无人机的准确避障，保障了无人机的正常巡航工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统与方法。
背景技术
在输电线路供电过程中，为保证输电线路的供电稳定和安全，对线路的巡视和检查非常重要，传统的巡视一般是通过人力巡视，但随着电网建设的不断推进，传统的输电线路人力巡视已不能满足要求，采用无人机巡航方式对输电线路进行监测，逐渐成为了保障电网安全的重要手段。
但是无人机巡航过程中的有可能会遇到障碍物，在这种情况下，无人机的安全，以及巡航任务的正常完成将会受到很大的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统与方法，通过采集无人机的实时数据发送给地面子系统，进而构建虚拟三维场景进行数据分析，根据分析结果生成避障命令再传输给机载子系统进行避障控制，实现了无人机的准确避障，保障了无人机的正常巡航工作。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统，包括机载子系统和设置与地面子系统；
所述的机载子系统包括数据采集模块、第一通讯模块和避障控制模块；所述的数据采集模块用于进行无人机实时数据采集；数据采集模块的输出端与第一通讯模块连接，第一通讯模块分别与避障控制模块和地面子系统连接；
所述的地面子系统包括第二通讯模块和数据处理模块；第二通讯模块的一端通过无线网络与机载子系统的第一通讯模块连接；第二通讯模块的另一端与数据处理模块连接；
所述的数据处理模块包括三维场景构建单元、数据分析单元和避障命令生成单元；三维场景构建单元用于根据数据采集模块得到的信息构建虚拟三维场景；数据分析单元用于根据构建的虚拟三维场景进行数据分析；避障命令生成单元用于根据分析结果生成避障命令，并将避障命令通过第二通讯模块发送给机载子系统，由机载子系统中的避障控制模块实现避障控制。
进一步地，机载子系统搭载于无人机上，地面子系统设置于地面站中；
第一通讯模块和第二通讯模块为同一类通讯模块，可以是2G、3G或4G通讯模块。
所述的数据采集模块包括激光雷达单元、定位单元、摄像单元和倾角测量单元；所述的定位单元用于实时采集无人机定位信息；激光雷达单元用于实时采集无人机和障碍物的距离信息；摄像单元用于实时采集无人机周围的场景图像；倾角测量单元用于实时采集无人机飞行方向与水平面的夹角信息。
所述的数据采集模块还包括信息打包单元，用于将数据采集模块在同一时刻采集到的信息进行打包，通过第二通讯模块实时发送给地面子系统。
所述的激光雷达单元包括激光发射器、激光接收器、时间计数器和距离计算子单元；激光发射器对探测激光进行发射、激光接收器用于对障碍物反射的激光接收；时间计数器用于记录激光发射到激光接收所用的时间；距离计算子单元用于根据时间计数器的计数结果计算无人机与障碍物的实时距离信息。
一种基于激光雷达的无人机实时成像避障方法，包括以下步骤：
S1.机载子系统采集无人机的实时数据；
S2.机载子系统将采集到的无人机实时数据发送给地面子系统；
S3.地面子系统根据无人机的实时数据构建虚拟三维场景，根据构建的虚拟三维场景进行数据分析，并根据分析结果生成避障命令；
S4.地面子系统将生成的避障命令发送给机载子系统；
S5.机载子系统根据地面子系统的避障命令进行避障控制，实现无人机的避障。
所述的步骤S1包括以下子步骤：
S11.利用激光雷达单元实时采集；
S12.利用定位单元实时采集无人机的定位信息；
S13.利用摄像单元实时采集无人机周围的场景图像；
S14.利用倾角测量单元实时采集无人机飞行方向与水平面的夹角信息；
S15.将同一时刻采集到的距离信息、定位信息、场景图像和夹角信息打包，并实时传输给第一通讯模块,由第一通讯模块进行信息发送。
所述的步骤S11包括以下子步骤：
S111.激光雷达单元中的激光发射器发射探测激光，时间计数器开始计时；
S112.探测激光遇到障碍物后反射，激光接收器接收到反射激光后，时间计数器停止计时；
S113.统计时间计数器的计时结果，并计算无人机与障碍物之间的距离。
所述的步骤S3包括以下子步骤：
S31.第二通讯模块实时与第一通讯模块进行通讯,接收无人机的实时数据；
S32.数据处理模块根据无人机的连续采集到的无人机实时数据，构建虚拟三维场景；
S33.数据处理模块根据构建的虚拟三维场景进行数据分析；
S34.数据处理模块根据数据分析结果生成避障命令。
本发明的有益效果是：提供一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统与方法，通过采集无人机的实时数据发送给地面子系统，进而构建虚拟三维场景进行数据分析，根据分析结果生成避障命令再传输给机载子系统进行避障控制，实现了无人机的准确避障，保障了无人机的正常巡航工作。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统，包括机载子系统和设置与地面子系统；
所述的机载子系统包括数据采集模块、第一通讯模块和避障控制模块；所述的数据采集模块用于进行无人机实时数据采集；数据采集模块的输出端与第一通讯模块连接，第一通讯模块分别与避障控制模块和地面子系统连接；
所述的地面子系统包括第二通讯模块和数据处理模块；第二通讯模块的一端通过无线网络与机载子系统的第一通讯模块连接；第二通讯模块的另一端与数据处理模块连接；
所述的数据处理模块包括三维场景构建单元、数据分析单元和避障命令生成单元；三维场景构建单元用于根据数据采集模块得到的信息构建虚拟三维场景；数据分析单元用于根据构建的虚拟三维场景进行数据分析；避障命令生成单元用于根据分析结果生成避障命令，并将避障命令通过第二通讯模块发送给机载子系统，由机载子系统中的避障控制模块实现避障控制。
进一步地，机载子系统搭载于无人机上，地面子系统设置于地面站中；
第一通讯模块和第二通讯模块为同一类通讯模块，可以是2G、3G或4G通讯模块。
所述的数据采集模块包括激光雷达单元、定位单元、摄像单元和倾角测量单元；所述的定位单元用于实时采集无人机定位信息；激光雷达单元用于实时采集无人机和障碍物的距离信息；摄像单元用于实时采集无人机周围的场景图像；倾角测量单元用于实时采集无人机飞行方向与水平面的夹角信息。
所述的数据采集模块还包括信息打包单元，用于将数据采集模块在同一时刻采集到的信息进行打包，通过第二通讯模块实时发送给地面子系统。
所述的激光雷达单元包括激光发射器、激光接收器、时间计数器和距离计算子单元；激光发射器对探测激光进行发射、激光接收器用于对障碍物反射的激光接收；时间计数器用于记录激光发射到激光接收所用的时间；距离计算子单元用于根据时间计数器的计数结果计算无人机与障碍物的实时距离信息。
如图2所示，一种基于激光雷达的无人机实时成像避障方法，包括以下步骤：
S1.机载子系统采集无人机的实时数据；
S2.机载子系统将采集到的无人机实时数据发送给地面子系统；
S3.地面子系统根据无人机的实时数据构建虚拟三维场景，根据构建的虚拟三维场景进行数据分析，并根据分析结果生成避障命令；
S4.地面子系统将生成的避障命令发送给机载子系统；
S5.机载子系统根据地面子系统的避障命令进行避障控制，实现无人机的避障。
所述的步骤S1包括以下子步骤：
S11.利用激光雷达单元实时采集；
S12.利用定位单元实时采集无人机的定位信息；
S13.利用摄像单元实时采集无人机周围的场景图像；
S14.利用倾角测量单元实时采集无人机飞行方向与水平面的夹角信息；
S15.将同一时刻采集到的距离信息、定位信息、场景图像和夹角信息打包，并实时传输给第一通讯模块,由第一通讯模块进行信息发送。
所述的步骤S11包括以下子步骤：
S111.激光雷达单元中的激光发射器发射探测激光，时间计数器开始计时；
S112.探测激光遇到障碍物后反射，激光接收器接收到反射激光后，时间计数器停止计时；
S113.统计时间计数器的计时结果，并计算无人机与障碍物之间的距离。
所述的步骤S3包括以下子步骤：
S31.第二通讯模块实时与第一通讯模块进行通讯,接收无人机的实时数据；
S32.数据处理模块根据无人机的连续采集到的无人机实时数据，构建虚拟三维场景；
S33.数据处理模块根据构建的虚拟三维场景进行数据分析；
S34.数据处理模块根据数据分析结果生成避障命令。
本申请由于构建了虚拟三维场景，能够更加准确地反映无人机的实时飞行以及障碍物情况，从而能够更加准确地进行避障分析和避障命令的生成。
Claims (4)
1.一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统，其特征在于：包括机载子系统和设置与地面子系统；
所述的机载子系统包括数据采集模块、第一通讯模块和避障控制模块；所述的数据采集模块用于进行无人机实时数据采集；数据采集模块的输出端与第一通讯模块连接，第一通讯模块分别与避障控制模块和地面子系统连接；
所述的地面子系统包括第二通讯模块和数据处理模块；第二通讯模块的一端通过无线网络与机载子系统的第一通讯模块连接；第二通讯模块的另一端与数据处理模块连接；
所述的数据处理模块包括三维场景构建单元、数据分析单元和避障命令生成单元；三维场景构建单元用于根据数据采集模块得到的信息构建虚拟三维场景；数据分析单元用于根据构建的虚拟三维场景进行数据分析；避障命令生成单元用于根据分析结果生成避障命令，并将避障命令通过第二通讯模块发送给机载子系统，由机载子系统中的避障控制模块实现避障控制；
所述的数据采集模块包括激光雷达单元、定位单元、摄像单元和倾角测量单元；所述的定位单元用于实时采集无人机定位信息；激光雷达单元用于实时采集无人机和障碍物的距离信息；摄像单元用于实时采集无人机周围的场景图像；倾角测量单元用于实时采集无人机飞行方向与水平面的夹角信息；所述的激光雷达单元包括激光发射器、激光接收器、时间计数器和距离计算子单元；激光发射器对探测激光进行发射、激光接收器用于对障碍物反射的激光接收；时间计数器用于记录激光发射到激光接收所用的时间；距离计算子单元用于根据时间计数器的计数结果计算无人机与障碍物的实时距离信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统，其特征在于：所述的数据采集模块还包括信息打包单元，用于将数据采集模块在同一时刻采集到的信息进行打包，通过第二通讯模块实时发送给地面子系统。
3.一种基于激光雷达的无人机实时成像避障方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.机载子系统采集无人机的实时数据；
S2.机载子系统将采集到的无人机实时数据发送给地面子系统；
S3.地面子系统根据无人机的实时数据构建虚拟三维场景，根据构建的虚拟三维场景进行数据分析，并根据分析结果生成避障命令；
S4.地面子系统将生成的避障命令发送给机载子系统；
S5.机载子系统根据地面子系统的避障命令进行避障控制，实现无人机的避障；
所述的步骤S1包括以下子步骤：
S11.利用激光雷达单元实时采集；
S12.利用定位单元实时采集无人机的定位信息；
S13.利用摄像单元实时采集无人机周围的场景图像；
S14.利用倾角测量单元实时采集无人机飞行方向与水平面的夹角信息；
S15.将同一时刻采集到的距离信息、定位信息、场景图像和夹角信息打包，并实时传输给第一通讯模块,由第一通讯模块进行信息发送；
所述的步骤S11包括以下子步骤：
S111.激光雷达单元中的激光发射器发射探测激光，时间计数器开始计时；
S112.探测激光遇到障碍物后反射，激光接收器接收到反射激光后，时间计数器停止计时；
S113.统计时间计数器的计时结果，并计算无人机与障碍物之间的距离。
4.根据权利要求3所述的一种基于激光雷达的无人机实时成像避障方法，其特征在于：所述的步骤S3包括以下子步骤：
S31.第二通讯模块实时与第一通讯模块进行通讯,接收无人机的实时数据；
S32.数据处理模块根据无人机的连续采集到的无人机实时数据，构建虚拟三维场景；
S33.数据处理模块根据构建的虚拟三维场景进行数据分析；
S34.数据处理模块根据数据分析结果生成避障命令。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610358917.8A CN105785393B (zh) | 2016-05-27 | 2016-05-27 | 一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统与方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610358917.8A CN105785393B (zh) | 2016-05-27 | 2016-05-27 | 一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统与方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105785393A CN105785393A (zh) | 2016-07-20 |
| CN105785393B true CN105785393B (zh) | 2019-01-04 |
Family
ID=56380497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610358917.8A Expired - Fee Related CN105785393B (zh) | 2016-05-27 | 2016-05-27 | 一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统与方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105785393B (zh) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106125092A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-11-16 | 成都希德电子信息技术有限公司 | 一种基于二维激光雷达的无人机自动避障系统及方法 |
| CN106019309A (zh) * | 2016-08-16 | 2016-10-12 | 广东容祺智能科技有限公司 | 一种基于无人机的激光雷达避障系统与方法 |
| CN106339691A (zh) * | 2016-09-07 | 2017-01-18 | 四川天辰智创科技有限公司 | 对物体进行标注的方法及装置 |
| CN106292704A (zh) * | 2016-09-07 | 2017-01-04 | 四川天辰智创科技有限公司 | 规避障碍物的方法及装置 |
| CN106448105A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-02-22 | 安徽翼讯飞行安全技术有限公司 | 定点喷药无人机 |
| CN106526607A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-03-22 | 合肥天讯亿达光电技术有限公司 | 一种基于激光雷达技术的远程控制系统 |
| CN106657895B (zh) * | 2016-11-17 | 2023-05-12 | 天津滨海光热反射技术有限公司 | 数据收发装置、太阳能反射镜形面精度检测装置及检测方法 |
| CN106843282B (zh) * | 2017-03-17 | 2020-11-03 | 东南大学 | 基于m100开发平台的区域完全搜索与避障系统及方法 |
| CN107479059B (zh) * | 2017-08-07 | 2019-08-09 | 广州市极臻智能科技有限公司 | 一种基于无人机的架空线与植被距离测量装置及方法 |
| CN109726949A (zh) * | 2017-10-31 | 2019-05-07 | 青岛日日顺物流有限公司 | 一种无人机货物盘点系统、方法和无人机 |
| CN108415034A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-17 | 绵阳天眼激光科技有限公司 | 一种激光雷达实时成像装置 |
| CN108983819A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-12-11 | 苏敏华 | 一种无人机管控方法、装置及系统 |
| CN110171417B (zh) * | 2019-05-24 | 2020-08-11 | 无锡佶达德光电子技术有限公司 | 基于激光雷达的定速巡航装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103135550A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-06-05 | 南京航空航天大学 | 用于电力巡线的无人机多重避障控制方法 |
| CN104991242A (zh) * | 2015-08-02 | 2015-10-21 | 江西恒盛晶微技术有限公司 | 一种基于apd和tdc的激光成像探测系统 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201318185D0 (en) * | 2013-10-14 | 2013-11-27 | Guidance Navigation Ltd | Tracking device |
| CN104765376A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-07-08 | 哈尔滨工程大学 | 一种用于三维空间重建的旋翼无人机控制系统 |
| CN105138002B (zh) * | 2015-09-10 | 2018-06-12 | 华南农业大学 | 基于激光与双目视觉的无人机避险探测系统及方法 |
-
2016
- 2016-05-27 CN CN201610358917.8A patent/CN105785393B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103135550A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-06-05 | 南京航空航天大学 | 用于电力巡线的无人机多重避障控制方法 |
| CN104991242A (zh) * | 2015-08-02 | 2015-10-21 | 江西恒盛晶微技术有限公司 | 一种基于apd和tdc的激光成像探测系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105785393A (zh) | 2016-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105785393B (zh) | 一种基于激光雷达的无人机实时成像避障系统与方法 | |
| CN111756463B (zh) | 用于车辆的时间同步系统和方法 | |
| CN103941750B (zh) | 基于小型四旋翼无人机的构图装置及方法 | |
| CN102707724B (zh) | 一种无人机的视觉定位与避障方法及系统 | |
| CN108919821A (zh) | 一种面向规模化集中式光伏电站的无人机自动巡检系统及方法 | |
| CN206709853U (zh) | 一种多旋翼无人机室内同步定位与建图系统 | |
| US20200372808A1 (en) | Secure unmanned aerial vehicle flight planning | |
| CN109885083A (zh) | 基于激光雷达的输电线路精细化巡检飞行平台及巡检方法 | |
| CN106125092A (zh) | 一种基于二维激光雷达的无人机自动避障系统及方法 | |
| CN107807365A (zh) | 用于低空无人航空器的轻小型数字摄影三维激光扫描装置 | |
| CN108733064A (zh) | 一种无人机的视觉定位避障系统及其方法 | |
| CN107092270A (zh) | 实现编队飞行的方法、装置及系统 | |
| CN103941746A (zh) | 无人机巡检图像处理系统及方法 | |
| CN214520204U (zh) | 一种基于深度相机和激光雷达的港区智能巡检机器人 | |
| US20190139422A1 (en) | Companion drone to assist location determination | |
| CN106200680A (zh) | 一种无人机集群管理系统及其控制方法 | |
| CN103335608B (zh) | 用于构建输变电三维数字电网的机载LiDAR三维数据采集方法 | |
| CN109324634A (zh) | 一种飞行器及其定位方法、控制方法及光流模块 | |
| CN109557880A (zh) | 一种基于无人机的生态巡检系统 | |
| CN103984355A (zh) | 一种巡检飞行机器人与架空电力线路距离预测和保持方法 | |
| CN107464046A (zh) | 一种基于无人机的地质灾害监测评估系统 | |
| CN110291480A (zh) | 一种无人机测试方法、设备及存储介质 | |
| CN110471637A (zh) | 在显示器之间传输由远程载具捕获的图像的注释 | |
| CN107390699A (zh) | 一种甘蔗种植机的路线规划系统及其路线规划方法 | |
| CN102706331B (zh) | 航拍测绘图像校正方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190104 Termination date: 20190527 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |