CN109460054A - 一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法，包括以下步骤：S1.确定直流单回耐张塔的关键巡检点；S2.选取巡检过程中的拍照关键点和航迹关键点，设定巡检航线；S3.按照设定的巡检航线进行人工巡检，并在巡检过程中，采集航迹关键点坐标、拍照关键点坐标、拍照关键点机头角度和云台角度；S4.根据人工巡检过程中采集到的数据，生成无人机的自主飞行任务和自主拍照任务；S5.上传生成的巡检任务给无人机，控制无人机按照任务全自主飞行，到达拍照关键点时自动调整机头航向和云台角度，调整到位后触发相机拍照，直至任务完成并返回起飞点。本发明有效解决了直流单回耐张塔人工巡检压力大、安全性低、一致性差以及效率不高的问题。

Description

一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法

技术领域

本发明涉及电力杆塔巡检，特别是涉及一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法。

背景技术

无人机应用于电力杆塔的巡检，极大的提高了巡检效率。对于直流单回耐张塔的巡检来说，常规巡检方法为人工操控无人机靠近直流单回耐张塔，并不断移动位置，依次到达巡检部位，然后调整云台角度使相机对准目标位置，并触发相机拍照。

由于直流单回耐张塔是为了应对输电线路承受张力的要求，设计较为复杂且巡检部位较多，而且耐张段导线与杆塔存在一定夹角，为了抵抗侧向张力，绝缘子并不是完全垂直设计而是有倾斜角度；对操控人员飞行操作技能提出来很高的要求。同时，由于人工操控很难保证巡检的一致性，导致不同时刻对同一杆塔同一位置的拍摄结果差异较大，这不利于对历史巡检数据的分析和应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法，有效解决了直流单回耐张塔人工巡检压力大、安全性低、一致性差以及效率不高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法，包括以下步骤：

S1.确定直流单回耐张塔的关键巡检点；

S2.选取巡检过程中的拍照关键点和航迹关键点，设定巡检航线；

S3.按照设定的巡检航线进行人工巡检，并在巡检过程中，采集航迹关键点坐标、拍照关键点坐标、拍照关键点机头角度和云台角度；

S4.根据人工巡检过程中采集到的数据，生成无人机的自主飞行任务和自主拍照任务；

S5.上传生成的巡检任务给无人机，控制无人机按照任务全自主飞行，到达拍照关键点时自动调整机头航向和云台角度，调整到位后触发相机拍照，拍照后接着执行后续任务，直至任务完成并返回起飞点。

进一步地，所述直流单回耐张塔的关键巡检点包括左侧地线、极Ⅰ线巡检点、右侧地线和极Ⅱ线巡检点，也即左侧地线挂点、极I横担外侧挂点、极I外侧绝缘子串、极I导线侧挂点、极I横担内侧挂点、极I内侧绝缘子串、小号侧通道、大号侧通道、塔基、塔牌、塔头、右侧地线挂点、极II横担外侧挂点、极II外侧绝缘子串、极II导线侧挂点、极II横担内侧挂点和极II内侧绝缘子串。

进一步地，所述步骤S2包括：

根据巡检需要，从所述的关键巡检点中灵活的选择一个或多个甚至全部作为目标，并针对这些选择的关键巡检点设定无人机拍照位置从而获得拍照关键点；

在各个拍照点关键点之间选取航迹关键点，调整无人机航迹的转折移动顺序，设定巡检航线并确保无人机航线安全。

进一步地，所述航迹关键点坐标，包括无人机飞行轨迹拐角点的经度、纬度和高度；所述拍照关键点坐标，包括触发拍照时无人机悬停处的经度、纬度和高度；所述拍照关键点机头角度，是指触发拍照时无人机机头相对正北方向的航向角ψ；所述云台角度，包括触发拍照时云台的俯仰角θ及其相对无人机机头的航向角dψ。

进一步地，所述步骤S4包括：

无人机地面站根据人工巡检过程采集到的数据，生成与人工巡检一致的自主飞行任务；所述自主飞行任务包括航迹关键点坐标、拍照关键点坐标以及移动顺序；

无人机地面站根据人工巡检过程中采集到的数据，生成与人工巡检一致的自主拍照任务，所述自主拍照任务包括拍照关键点机头角度和云台角度。

其中，所述自主拍照任务中，拍照关键点的云台角度包括相对正北方向的航向角ψ′和俯仰角θ′，其中：

ψ′＝ψ+dψ；

θ′＝θ。

所述自主拍照任务的执行方法包括以下两种策略：

第一、云台跟随机头转动，云台方向始终与机头方向保持一致，该策略下将调整机头航向为ψ′，调整云台俯仰角为θ′，调整完成后触发拍照；

第二、云台不跟随机头转动，机头方向始终不变，该策略下保持机头方向ψ₀不变，调整云台相对机头的航向角为dψ＝ψ′-ψ₀，调整云台俯仰角为θ′，调整完成后触发拍照。

本发明的有益效果是：本发明针对直流单回耐张塔自主巡检方法，只需人工操控巡检一次，后续无人机便能全自主进行巡检作业，因此有效解决了人工巡检压力大的问题，同时，无人机按照设定航线全自主飞行，无需人工干预，避免了人工失误造成的撞线撞塔问题，极大提高了巡检的安全性。不同时刻对同一杆塔的巡检采用同样的巡检任务，避免了人工操控的主观性对巡检结果的影响，提高了巡检结果的一致性。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为直流单回耐张塔的示意图；

图3为实施例中直流单回耐张塔的巡检航线示意图；

图4为无人机机头和云台的航向角示意图；

图5为云台俯仰角示意图。

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，一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法，包括以下步骤：

S1.确定直流单回耐张塔的关键巡检点；

如图2所示，在本申请的实施例中，对于直流单回耐张塔而言，面向大号侧时，除两侧地线外，左边为极I线，右边为极II线。无人机拍摄时飞机不会在线内悬停；而是在塔的两侧。故步骤S1中，直流单回耐张塔的关键巡检点包括左侧地线挂点、极I横担外侧挂点、极I外侧绝缘子串、极I导线侧挂点、极I横担内侧挂点、极I内侧绝缘子串、小号侧通道、大号侧通道、塔基、塔牌、塔头、右侧地线挂点、极II横担外侧挂点、极II外侧绝缘子串、极II导线侧挂点、极II横担内侧挂点、极II内侧绝缘子串。

S2.选取巡检过程中的拍照关键点和航迹关键点，设定巡检航线；具体地，所述步骤S2包括：根据巡检需要，从所述的关键巡检点中灵活的选择一个或多个甚至全部作为目标，并针对这些选择的关键巡检点设定无人机拍照位置从而获得拍照关键点；

在各个拍照点关键点之间选取航迹关键点，调整无人机航迹的转折移动顺序，设定巡检航线并确保无人机航线安全。

如图3所示，在一些的实施例中，针对直流单回耐张塔拍照关键点的巡检航线设定为：W1->W2->W3->W4->P5->P6->W7->P8->W9->P10->W11->W12->W13->W14->P15->P16->W17->P18->W19->P20；其中，W标示的是航迹关键点，用于调整整个航迹的转折移动顺序，P标示的为拍照关键点，用于指示无人机悬停并触发拍照。

S3.按照设定的巡检航线进行人工巡检，并在巡检过程中，采集航迹关键点坐标、拍照关键点坐标、拍照关键点机头角度和云台角度；所述航迹关键点坐标，包括无人机飞行轨迹拐角点的经度、纬度和高度；所述拍照关键点坐标，包括触发拍照时无人机悬停处的经度、纬度和高度；如图4～5所示，所述拍照关键点机头角度，是指触发拍照时无人机机头相对正北方向的航向角ψ；所述云台角度，包括触发拍照时云台的俯仰角θ及其相对无人机机头的航向角dψ。

S4.根据人工巡检过程中采集到的数据，生成无人机的自主飞行任务和自主拍照任务；

具体地，所述步骤S4包括：

无人机地面站根据人工巡检过程采集到的数据，生成与人工巡检一致的自主飞行任务；所述自主飞行任务包括航迹关键点坐标、拍照关键点坐标以及移动顺序；

无人机地面站根据人工巡检过程中采集到的数据，生成与人工巡检一致的自主拍照任务，所述自主拍照任务包括拍照关键点机头角度和云台角度。

其中，所述自主拍照任务中，拍照关键点的云台角度包括相对正北方向的航向角ψ′和俯仰角θ′，其中：

ψ′＝ψ+dψ；

θ′＝θ。

在本申请的实施例中，所述自主拍照任务的执行方法包括以下两种策略：

第一、云台跟随机头转动，云台方向始终与机头方向保持一致，该策略下将调整机头航向为ψ′，调整云台俯仰角为θ′，调整完成后触发拍照；

第二、云台不跟随机头转动，机头方向始终不变，该策略下保持机头方向ψ₀不变，调整云台相对机头的航向角为dψ＝ψ′-ψ₀，调整云台俯仰角为θ′，调整完成后触发拍照。

S5.上传生成的巡检任务给无人机，控制无人机按照任务全自主飞行，到达拍照关键点时自动调整机头航向和云台角度，调整到位后触发相机拍照，拍照后接着执行后续任务，直至任务完成并返回起飞点。

综上，本发明针对直流单回耐张塔自主巡检方法，只需人工操控巡检一次，后续无人机便能全自主进行巡检作业，因此有效解决了人工巡检压力大的问题，同时，无人机按照设定航线全自主飞行，无需人工干预，避免了人工失误造成的撞线撞塔问题，极大提高了巡检的安全性。不同时刻对同一杆塔的巡检采用同样的巡检任务，避免了人工操控的主观性对巡检结果的影响，提高了巡检结果的一致性。

最后需要说明的是，以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.确定直流单回耐张塔的关键巡检点；

S2.选取巡检过程中的拍照关键点和航迹关键点，设定巡检航线；

S3.按照设定的巡检航线进行人工巡检，并在巡检过程中，采集航迹关键点坐标、拍照关键点坐标、拍照关键点机头角度和云台角度；

S4.根据人工巡检过程中采集到的数据，生成无人机的自主飞行任务和自主拍照任务；

S5.上传生成的巡检任务给无人机，控制无人机按照任务全自主飞行，到达拍照关键点时自动调整机头航向和云台角度，调整到位后触发相机拍照，拍照后接着执行后续任务，直至任务完成并返回起飞点。

2.根据权利要求1所述的一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法，其特征在于：所述直流单回耐张塔的关键巡检点包括左侧地线挂点、极I横担外侧挂点、极I外侧绝缘子串、极I导线侧挂点、极I横担内侧挂点、极I内侧绝缘子串、小号侧通道、大号侧通道、塔基、塔牌、塔头、右侧地线挂点、极II横担外侧挂点、极II外侧绝缘子串、极II导线侧挂点、极II横担内侧挂点和极II内侧绝缘子串。

3.根据权利要求1所述的一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法，其特征在于：所述步骤S2包括：

根据巡检需要，从所述的关键巡检点中灵活的选择一个或多个甚至全部作为目标，并针对这些选择的关键巡检点设定无人机拍照位置从而获得拍照关键点；

在各个拍照点关键点之间选取航迹关键点，调整无人机航迹的转折移动顺序，设定巡检航线并确保无人机航线安全。

4.根据权利要求1所述的一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法，其特征在于：所述航迹关键点坐标，包括无人机飞行轨迹拐角点的经度、纬度和高度；所述拍照关键点坐标，包括触发拍照时无人机悬停处的经度、纬度和高度；所述拍照关键点机头角度，是指触发拍照时无人机机头相对正北方向的航向角ψ；所述云台角度，包括触发拍照时云台的俯仰角θ及其相对无人机机头的航向角dψ。

5.根据权利要求1所述的一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法，其特征在于：所述步骤S4包括：

无人机地面站根据人工巡检过程采集到的数据，生成与人工巡检一致的自主飞行任务；所述自主飞行任务包括航迹关键点坐标、拍照关键点坐标以及移动顺序；

无人机地面站根据人工巡检过程中采集到的数据，生成与人工巡检一致的自主拍照任务，所述自主拍照任务包括拍照关键点机头角度和云台角度。

6.根据权利要求1所述的一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法，其特征在于：所述自主拍照任务中，拍照关键点的云台角度包括相对正北方向的航向角ψ′和俯仰角θ′，其中：

ψ′＝ψ+dψ；

θ′＝θ。

7.根据权利要求6所述的一种针对直流单回耐张塔的无人机自主巡检方法，其特征在于：所述自主拍照任务的执行方法包括以下两种策略：

第一、云台跟随机头转动，云台方向始终与机头方向保持一致，该策略下将调整机头航向为ψ′，调整云台俯仰角为θ′，调整完成后触发拍照；

第二、云台不跟随机头转动，机头方向始终不变，该策略下保持机头方向ψ₀不变，调整云台相对机头的航向角为dψ＝ψ′-ψ₀，调整云台俯仰角为θ′，调整完成后触发拍照。