CN107036625A - 一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，包括将输电线路无人直升机巡检系统安装在检测场地后，测量其导航定位偏差、飞行控制偏差和悬停控制偏差；导航定位偏差包括水平偏差和垂直偏差；飞行控制偏差包括航迹偏差和标准差；悬停控制偏差包括水平标准差和垂直标准差。与现有技术相比，本发明提供的一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，能够对无人直升机巡检系统的飞行性能进行评价，根据需求筛选合格的输电线路巡检用的无人机巡检系统。

Description

一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法

技术领域

本发明涉及输变电设备运行状态检修技术领域，具体涉及一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法。

背景技术

输电线路无人直升机巡检系统通常包括无人直升机分系统、任务载荷分系统和综合保障分系统三个部分。无人直升机分系统包括无人直升机平台、通讯系统和地面站系统。其中无人直升机平台包括无人直升机本体和飞行控制系统，通讯系统包括数据传输和图像传输系统，地面站系统包括飞行控制和功能检测等软硬件。任务载荷分系统包括任务设备和地面显控单元。综合保障分系统一般包括供电设备、动力供给、专用工具、备品备件和车辆等。

无人直升机的飞行速度一般在0～15m/s范围内，能随时悬停。主要用于巡视输电线路设备本体及通道走廊，检测线路设备和通道缺陷，相比人工巡视更易于发现线路杆塔瓶口以上缺陷。巡检时小型无人直升机巡检系统以不超过10m/s的速度飞至线路附近巡检点悬停，巡检点一般在杆塔侧上方。对小型无人直升机，巡检点距离线路设备约10m。

因此，无人直升机巡检系统的导航定位、飞行控制、悬停控制等对输电线路巡检非常关键，也即需要提供一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，用于对输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能进行客观评价，筛选优质的无人直升机，提高输电线路巡检的质量和安全。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法。

本发明的技术方案是：

所述飞行性能检测方法包括测量所述无人直升机巡检系统的导航定位偏差、飞行控制偏差和悬停控制偏差；

所述测量导航定位偏差包括：比较所述无人直升机启动后在检测场地中测量点处的实际位置坐标和该测量点的位置坐标，计算所述导航定位偏差；

所述测量飞行控制偏差包括：比较所述无人直升机的实际飞行航线与规划飞行航线，计算所述飞行控制偏差；

所述测量悬停控制偏差包括：比较所述无人直升机启动后在检测场地中测量点处的实际悬停位置坐标与该测量点的位置坐标，计算所述悬停控制偏差。

本发明提供的进一步优选实施例为：所述测量导航定位偏差之前包括：在所述检测场设置至少10个测量点，所述测量点之间的空间距离不小于20m；所述测量点的位置坐标的精度不低于10cm；

将所述无人直升机顺次放在10个所述测量点后启动该无人直升机，分别获取待无人直升机在每个所述测量点记录的位置坐标，从而计算所述无人直升机在每个所述测量点的导航定位偏差。

本发明提供的进一步优选实施例为：所述导航定位偏差包括水平偏差u_i和垂直偏差v_i；

所述水平偏差u_i的计算公式为：

所述垂直偏差v_i的计算公式为：

v_i＝|z_i-H₀-H_i| (2)

其中，i为所述测量点的序号，i＝1,2,3...；(E_i,B_i,H_i)为第i个所述测量点的位置坐标，(x_i,y_i,z_i)为在第i个所述测量点处无人直升机记录的位置坐标；x_i和E_i为经度，y_i和B_i为纬度，z_i和H_i为高度，H₀为无人直升机中导航定位模块距离地面的高度。

本发明提供的进一步优选实施例为：所述测量飞行控制偏差之前包括：设定风速测量周期，在所述风速测量周期内对所述检测场距地面预置高度的环境风速进行持续测量，判断所述测量周期内的最大瞬时风速是否满足测量飞行控制偏差的要求：

若满足则控制所述无人直升机按照规划飞行航线飞行，在飞行过程中测量到所述最大顺时风速不满足所述测量飞行控制偏差的要求时中止飞行。

本发明提供的进一步优选实施例为：所述比较规划飞行航线和实际飞行航线，计算所述飞行控制偏差包括：

设定测量间隔，比较所述规划飞行航线和实际飞行航线中在相同所述测量间隔处的空间位置坐标，依据所述空间位置坐标计算航迹偏差μ和标准差σ；

所述航迹偏差μ的计算公式为：

μ＝max(μ_i) (3)

其中，μ_i为第i个所述测量点的偏差，i＝1,2,3...,n；(X_i,Y_i,Z_i)为规划飞行航线第i个所述测量点的位置坐标，(x_i,y_i,z_i)为实际飞行航线第i个所述测量点的位置坐标；

所述标准差σ的计算公式为：

其中，为偏差μ_i的平均值。

本发明提供的进一步优选实施例为：所述测量悬停控制偏差之前包括：在所述检测场设置至少3个测量点，所述测量点之间的空间距离不小于20m；设定风速测量周期，在所述风速测量周期内对所述检测场距地面预置高度的环境风速进行持续测量，判断所述测量周期内的最大瞬时风速是否满足测量飞行控制偏差的要求：

若满足则控制所述无人直升机在全自主飞行模式下升高并悬停，在悬停过程中测量到所述最大顺时风速不满足所述测量飞行控制偏差的要求时中止悬停。

本发明提供的进一步优选实施例为：所述获取该无人直升机记录的位置坐标；依据所述位置坐标和所述测量点的位置坐标计算所述悬停控制偏差包括：

设置测量时间间隔和测量周期，在所述测量周期内按照该测量时间间隔测量所述无人直升机在悬停时的位置坐标；

所述悬停控制偏差包括水平标准差σ_hh和垂直标准差σ_vh；

所述水平标准差σ_hh的计算公式为：

所述垂直标准差σ_vh的计算公式为：

其中，μ_hh为水平偏差，

μ_vh为垂直偏差，i为所述测量点的序号，i＝1,2,3,...,n；(X_i,Y_i,Z_i)为第i个所述测量点的位置坐标，(x_i,y_i,z_i)为在第i个所述测量点处无人直升机记录的位置坐标。

本发明提供的进一步优选实施例为：所述规划飞行航线包括直线航段、弯道航段、S弯航段和连续折线航段；所述连续折线航段包括至少三个Z字航段。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，能够对无人直升机巡检系统的飞行性能进行评价，根据需求筛选合格的输电线路巡检用的无人机巡检系统。

附图说明

图1：本发明实施例中一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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作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。

下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法进行说明。

图1为本发明实施例中一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法的流程图，如图所示，本实施例中飞行性能检测方法包括将输电线路无人直升机巡检系统安装在检测场地后，测量其导航定位偏差、飞行控制偏差和悬停控制偏差。需要说明的是，本实施例中图1仅仅示出了顺次进行测量导航定位偏差、飞行控制偏差和悬停控制偏差的步骤，但是不并仅限于此，本发明中对于导航定位偏差、飞行控制偏差和悬停控制偏差的测量步骤不进行限定。同时，评价输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能时，也可以才本发明提供的输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法的检测结果，即评价其飞行性能的导航定位指标采用导航定位偏差，飞行控制指标采用飞行控制偏差，悬停控制指标采用悬停控制偏差。

图1所示的输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法的具体步骤为：

步骤S101：测量导航定位偏差

1、在检测场设置至少10个测量点，测量点之间的空间距离不小于20m；测量点的位置坐标的精度不低于10cm；将无人直升机顺次放在10个测量点后启动该无人直升机，分别获取待无人直升机在每个测量点记录的位置坐标，依据位置坐标和测量点的位置坐标从而计算无人直升机在每个测量点的导航定位偏差。

2、本实施例中导航定位偏差包括水平偏差u_i和垂直偏差v_i，其中

水平偏差u_i的计算公式为：

垂直偏差v_i的计算公式为：

v_i＝|z_i-H₀-H_i| (2)

其中，i为测量点的序号，i＝1,2,3...；(E_i,B_i,H_i)为第i个测量点的位置坐标，(x_i,y_i,z_i)为在第i个测量点处无人直升机记录的位置坐标；x_i和E_i为经度，y_i和B_i为纬度，z_i和H_i为高度，H₀为无人直升机中导航定位模块距离地面的高度。

本发明提供的一个优选的测量导航定位偏差方法的步骤包括：

步骤S1011：在检测场设置10个测量点，分别记录这10个测量点的位置坐标。

步骤S1012：将无人直升机防止在坚硬平坦的地面上，测量其导航定位模块距离地面的高度。

步骤S1013：将无人直升机放在第一个测量点处，使其水平中心点与该测量点重合。将制无人直升机巡检系统按照正常工作要求进行布置和接线，通电，自检，在地面站上读取并记录位置坐标。

步骤S1014：按照步骤S1013的方法，将无人直升机顺次放在其余的测量点处，进行测量和记录。并按照公式(1)和(2)计算导航定位偏差。

步骤S102：测量飞行控制偏差

1、设定风速测量周期，在风速测量周期内对检测场距地面预置高度的环境风速进行持续测量，判断测量周期内的最大瞬时风速是否满足测量飞行控制偏差的要求：

若满足则控制无人直升机按照规划飞行航线飞行，在飞行过程中测量到所述最大顺时风速不满足测量飞行控制偏差的要求时中止飞行。

2、控制无人直升机按照规划飞行航线飞行，将飞行过程中无人直升机的空间位置坐标按照时间顺序生成实际飞行航线；比较规划飞行航线和实际飞行航线，计算飞行控制偏差。

设定测量间隔，比较规划飞行航线和实际飞行航线中在相同测量间隔处的空间位置坐标，依据空间位置坐标计算航迹偏差μ和标准差μ；

航迹偏差μ的计算公式为：

标准差μ的计算公式为：

其中，i为测量点的序号，i＝1,2,3....n；(X_i,Y_i,Z_i)为规划飞行航线第i个测量点的位置坐标，(x_i,y_i,z_i)为实际飞行航线第i个测量点的位置坐标，为偏差μ_i的平均值。

本发明提供的一个优选的测量飞行控制偏差方法的步骤包括：

步骤S1021：对检测场距地面2m高的环境风速进行持续5min的测量，若测量周期内最大瞬时风速时钟不大于3m/s，则继续执行下述步骤。

步骤S1022：以不低于10cm的江都在场地上规划飞行航线，航线与周边赵爱武距离应满足飞行安全要求。本实施例中规划飞行航线为封闭航线，包括直线航段、弯道航段、S弯巷道和由3个以上Z字航段组成的连续折线航段。规划飞行航线的高度覆盖15m～30m的区间，其中直线航段总长度不小于1000m，且有不小于400m的长度距线路边导线距离不大于10m；连续折线航段总长度不小于300m；玩到航段数量不少于3个；S弯航段数量不少于1个。

步骤S1023：按照规划飞行航线在地面站设置航线，将无人直升机巡检系统放置在指定起降区域，自检。设置时，采取经过飞行航向上每个折点、机头方向指向航向方向的方式，且保证平均飞行速度在5m/s～10m/s。

步骤S1024：将无人直升机放飞至规划飞行航线的起点悬停，确认状态稳定后，以0.1s的时间间隔开始对无人直升机的空间位置进行持续测量和记录，然后设置无人直升机以全自主飞行模式沿规划飞行航线飞行两圈。

步骤S1025：在与规划飞行航线相一致的坐标系下，根据测量器件无人直升机所有空间位置坐标按照时间顺序生成实际飞行航线。在实际飞行航线上每隔0.2s取空间位置坐标与规划飞行航线的空间位置坐标相比较，计算飞行控制偏差。

步骤S103：测量悬停控制偏差

1、在检测场设置至少3个测量点，测量点之间的空间距离不小于20m；设定风速测量周期，在风速测量周期内对检测场距地面预置高度的环境风速进行持续测量，判断测量周期内的最大瞬时风速是否满足测量飞行控制偏差的要求：

若满足则控制无人直升机在全自主飞行模式下升高并悬停，在悬停过程中测量到最大顺时风速不满足测量飞行控制偏差的要求时中止悬停。

2、获取该无人直升机记录的位置坐标，依据该位置坐标和测量点的位置坐标计算悬停控制偏差：

设置测量时间间隔和测量周期，在测量周期内按照该测量时间间隔测量无人直升机在悬停时的位置坐标；

悬停控制偏差包括水平标准差σ_hh和垂直标准差σ_hh；

水平标准差σ_hh的计算公式为：

垂直标准差σ_vh的计算公式为：

其中，μ_hh为水平偏差，

μ_vh为垂直偏差，i为测量点的序号，i＝1,2,3,...,n；(X_i,Y_i,Z_i)为第i个测量点的位置坐标，(x_i,y_i,z_i)为在第i个测量点处无人直升机记录的位置坐标。

本发明提供的一个优选的测量悬停控制偏差方法的步骤包括：

步骤S1031：在场地上布置3个测量点，各测量点之间的空间距离不小于20m，与周边障碍物距离满足飞行安全要求。

步骤S1032：对检测场距地面2m高的环境分速进行持续5min的测量。若测量器件最大顺时风速时钟不大于3m/s，则继续执行下述步骤。

步骤S1033：将无人直升机放在第一个测量点处，自检。

步骤S1034：控制无人直升机以全自主飞行模式升高并悬停，悬停范围在10m～40m之间，待飞行状态稳定后，以0.5s的时间间隔开始对其位置进行持续3min的测量和记录。

步骤S1035：按照步骤S1034的方法将无人直升机依次放在其余的测量点处，重复执行步骤S1033和步骤S1034，分别测量每个测量点处无人直升机的悬停控制偏差。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

本发明实施例中一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，能够对无人直升机巡检系统的飞行性能进行评价，根据需求筛选合格的输电线路巡检用的无人机巡检系统。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，所述飞行性能检测方法包括测量所述无人直升机巡检系统的导航定位偏差、飞行控制偏差和悬停控制偏差；其特征在于，

所述测量导航定位偏差包括：比较所述无人直升机启动后在检测场地中测量点处的实际位置坐标和该测量点的位置坐标，计算所述导航定位偏差；

所述测量飞行控制偏差包括：比较所述无人直升机的实际飞行航线与规划飞行航线，计算所述飞行控制偏差；

所述测量悬停控制偏差包括：比较所述无人直升机启动后在检测场地中测量点处的实际悬停位置坐标与该测量点的位置坐标，计算所述悬停控制偏差。

2.如权利要求1所述的一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，其特征在于，所述测量导航定位偏差之前包括：在所述检测场设置至少10个测量点，所述测量点之间的空间距离不小于20m；所述测量点的位置坐标的精度不低于10cm；

将所述无人直升机顺次放在10个所述测量点后启动该无人直升机，分别获取待无人直升机在每个所述测量点记录的位置坐标，从而计算所述无人直升机在每个所述测量点的导航定位偏差。

3.如权利要求1所述的一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，其特征在于，所述导航定位偏差包括水平偏差u_i和垂直偏差v_i；

所述水平偏差u_i的计算公式为：

所述垂直偏差v_i的计算公式为：

v_i＝|z_i-H₀-H_i| (2)

其中，i为所述测量点的序号，i＝1,2,3...；(E_i,B_i,H_i)为第i个所述测量点的位置坐标，(x_i,y_i,z_i)为在第i个所述测量点处无人直升机记录的位置坐标；x_i和E_i为经度，y_i和B_i为纬度，z_i和H_i为高度，H₀为无人直升机中导航定位模块距离地面的高度。

4.如权利要求1所述的一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，其特征在于，所述测量飞行控制偏差之前包括：设定风速测量周期，在所述风速测量周期内对所述检测场距地面预置高度的环境风速进行持续测量，判断所述测量周期内的最大瞬时风速是否满足测量飞行控制偏差的要求：

若满足则控制所述无人直升机按照规划飞行航线飞行，在飞行过程中测量到所述最大顺时风速不满足所述测量飞行控制偏差的要求时中止飞行。

5.如权利要求1所述的一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，其特征在于，所述比较规划飞行航线和实际飞行航线，计算所述飞行控制偏差包括：

设定测量间隔，比较所述规划飞行航线和实际飞行航线中在相同所述测量间隔处的空间位置坐标，依据所述空间位置坐标计算航迹偏差μ和标准差σ；

所述航迹偏差μ的计算公式为：

μ＝max(μ_i) (3)

其中，μi为第i个所述测量点的偏差， 1 (Xi,Yi,Zi)为规划飞行航线第i个所述测量点的位置坐标，(xi,yi,zi)为实际飞行航线第i个 所述测量点的位置坐标；

所述标准差σ的计算公式为：

其中，为偏差μ_i的平均值。

6.如权利要求1所述的一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，其特征在于，所述测量悬停控制偏差之前包括：在所述检测场设置至少3个测量点，所述测量点之间的空间距离不小于20m；设定风速测量周期，在所述风速测量周期内对所述检测场距地面预置高度的环境风速进行持续测量，判断所述测量周期内的最大瞬时风速是否满足测量飞行控制偏差的要求：

若满足则控制所述无人直升机在全自主飞行模式下升高并悬停，在悬停过程中测量到所述最大顺时风速不满足所述测量飞行控制偏差的要求时中止悬停。

7.如权利要求6所述的一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，其特征在于，所述获取该无人直升机记录的位置坐标；依据所述位置坐标和所述测量点的位置坐标计算所述悬停控制偏差包括：

设置测量时间间隔和测量周期，在所述测量周期内按照该测量时间间隔测量所述无人直升机在悬停时的位置坐标；

所述悬停控制偏差包括水平标准差σ_hh和垂直标准差σ_vh；

所述水平标准差σ_hh的计算公式为：

所述垂直标准差σ_vh的计算公式为：

其中，μhh为水平偏差，

μ_vh为垂直偏差，i为所述测量点的序号，i＝1,2,3,...,n；(X_i,Y_i,Z_i)为第i个所述测量点的位置坐标，(x_i,y_i,z_i)为在第i个所述测量点处无人直升机记录的位置坐标。

8.如权利要求1所述的一种输电线路无人直升机巡检系统的飞行性能检测方法，其特征在于，所述规划飞行航线包括直线航段、弯道航段、S弯航段和连续折线航段；所述连续折线航段包括至少三个Z字航段。