CN110058605A - 无人机电力巡线控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机电力巡线控制方法，无人机搭载单线激光雷达，所述无人机电力巡线控制方法包括如下步骤：调整无人机机头方向，使其与杆塔之间的导线保持垂直；根据单线激光雷达返回的角度和距离信息确定导线的实时方位信息；根据导线的实时方位信息，判断导线是否在预设的角度和离线距离的波动范围内；若否，则根据预设的航飞参数对无人机进行纠偏，使无人机跟随导线飞行。本发明所述的一种无人机电力巡线控制方法具有巡线效率高、成本低和可靠性高的优点。

Description

无人机电力巡线控制方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机电力巡线控制方法。

背景技术

目前，采用无人机进行电力巡检已经成为了一种常态。

一般的无人机电力巡线方案，是通过操控人员实时通过遥控器控制无人机跟随导线运动，其存在如下缺点：由于距离导线过近，无人机GPS信号有可能被导线自磁场干扰；由于操控人员实时通过图传判断空间信息，无法判断无人机周围障碍物从而出现飞行意外；由于无法准确判断无人机周围相对空间关系，无法确保统一速率控制无人机，导致运行效率过低。

无人机电力巡线还可以是通过挂载多线激光雷达判断无人机与导线的相对位置，控制无人机跟随导线运动；其存在如下缺点：多线激光雷达非常庞大，不易挂载在无人机上；多线激光雷达非常昂贵；多线激光雷达构建的三维SLAM地图虽然精确，但是在无人机上的配载电脑无法实时处理和回传如此庞大的数据流；由于庞大和笨重，因此巡线效率不高。

因此，有必要提供一种能够实现巡线效率高、成本低和可靠性高地进行无人机电力巡线的方法。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种无人机电力巡线控制方法，其具有巡线效率高、成本低和可靠性高的优点。

一种无人机电力巡线控制方法，其特征在于：无人机搭载单线激光雷达，所述无人机电力巡线控制方法包括如下步骤：

调整无人机机头方向，使其与杆塔之间的导线保持垂直；

根据单线激光雷达返回的角度和距离信息确定导线的实时方位信息；

根据导线的实时方位信息，判断导线是否在预设的角度和离线距离的波动范围内；

若否，则根据预设的航飞参数对无人机进行纠偏，使无人机跟随导线飞行。

相较于现有技术，本发明的一种无人机电力巡线控制方法根据单线激光雷达返回的角度和距离信息确定导线的实时方位信息，在飞行过程中，保持导线在预设的角度和离线距离的波动范围内，始终保持无人机与导线之间的相对空间关系不变，由于单线激光雷达的重量和体积小，无人机能够以预设的航飞参数跟随导线飞行，巡线效率高；此外通过单线激光雷达获取距离和角度信息，较之微波雷达分辨率更高，并不受导线自身磁场干扰，可靠性高。

在一个实施例中，所述调整无人机机头方向，使其与杆塔之间的导线保持垂直的步骤，是由人工启动无人机，控制无人机飞至导线的平行位置，使无人机机头与杆塔之间的导线保持垂直。

该步骤也可以是无人机根据预设的飞行航线和GPS定位，通过任务模式(GPS)，自动飞行至导线的平行位置。

在一个实施例中，所述导线的平行位置为导线的左侧或右侧，所述单线激光雷达与所述导线在同一水平面。这时，单线激光雷达正对所述导线。

在一个实施例中，所述根据单线激光雷达返回的角度和距离信息确定导线的实时方位信息的步骤，具体包括如下步骤：

获取规定时间内单线激光雷达返回的若干组角度和距离信息；

通过卡尔曼滤波算法剔除若干组角度和距离信息中的异常值；

从剔除了异常值的角度和距离数据中，拟合出一组角度和距离信息作为导线的实时方位信息。

在一个实施例中，所述从剔除了异常值的角度和距离数据中，拟合出一组角度和距离信息作为导线方位信息的步骤，包括：

计算剔除了异常值的角度数据的平均值，并将该平均值作为导线的实时角度信息；

从剔除了异常值的距离数据中筛选出最小值，并将该最小值作为导线的实时离线距离。

单线激光雷达以固定的频率或转速进行旋转360°扫描，获取无人机周围环境与无人机的相对位置信息，首先通过卡尔曼滤波算法剔除异常值，消除测量噪声，提高精确性；然后从剔除了异常值的角度和距离信息中筛选出一组角度和距离信息，因为单线激光雷达获取的是360°范围内的距离和角度信息，而无人机距离导线最近，筛选出一组距离最小，角度接近90°的角度和距离信息即为导线的实时方位信息。

在一个实施例中，所述预设的角度为90°，角度的范围为85°～95°，上下波动5°。

在一个实施例中，所述预设的离线距离为5m，离线距离的范围为4～6m，上下波动1m。

在一个实施例中，所述航飞参数包括水平速度、竖直速度和前后速度。

本发明还保护一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的无人机电力巡线控制方法的步骤。

本发明还保护一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的无人机电力巡线控制方法的步骤。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明的无人机挂载单线激光雷达的硬件结构框图；

图2为本发明的无人机电力巡线控制方法的流程图；

图3为本发明的步骤S200的流程图；

图4为本发明的步骤S230的流程图；

图5为本发明的预设的角度、离线距离、航飞参数的设置界面图。

具体实施方式

现在参看后文中的附图，更完整地描述本发明，在图中，显示了本发明的实施例。然而，本发明可体现为多种不同的形式，并且不应理解为限于本文中所提出的特定实施例。确切地说，这些实施例用于将本发明的范围传达给本领域的技术人员。

除非另外限定，否则，本文中所使用的术语(包括技术性和科学性术语)应理解为具有与本发明所属的领域中的技术人员通常所理解的意义相同的意义。而且，要理解的是，本文中所使用的术语应理解为具有与本说明书和相关领域中的意义一致的意义，并且不应通过理想的或者过度正式的意义对其进行解释，除非本文中明确这样规定。

根据本发明实施例，还提供了一种无人机电力巡线控制方法的应用环境，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。特别地，该计算机系统指无人机的飞控系统，图1是无人机挂载单线激光雷达的硬件结构框图。如图1所示，无人机通过云台10挂载单线激光雷达20，所述单线激光雷达20通过云台接口30连接到无人机。该云台接口30包括与所述云台10电连接的电接头，和与所述云台10机械连接的机械接头。特别地，该云台接头30采用大疆无人机的Dji Payload接头。基于该结构，所述单线激光雷达20挂载在无人机的下方，并且单线激光雷达20扫描的角度和距离信息能通过所述云台接口30传输至所述无人机，无人机根据角度和距离信息实现本发明的无人机电力巡线控制方法。

为了克服现有技术的缺陷，请参见图2，其为本发明的无人机电力巡线控制方法的流程图，一种无人机电力巡线控制方法，包括如下步骤：

S100：调整无人机机头方向，使其与杆塔之间的导线保持垂直；

S200：根据单线激光雷达返回的角度和距离信息确定导线方位信息；

S300：根据导线方位信息，判断导线是否在预设的角度和离线距离的波动范围内；

S400：若否，则根据预设的航飞参数对无人机进行纠偏。

在一个实施例中，所述调整无人机机头方向，使其与杆塔之间的导线保持垂直的步骤，是由人工启动无人机，控制无人机飞至导线的平行位置，使无人机机头与杆塔之间的导线保持垂直。在一个可选的实施例中，该步骤也可以是无人机根据预设的飞行航线和GPS定位，通过任务模式(GPS)，自动飞行至至导线的平行位置，并调整机头方向与导线保持垂直。

在一个实施例中，所述导线的平行位置为导线的左侧或右侧，所述单线激光雷达与所述导线在同一水平面。这时，单线激光雷达正对所述导线，单线激光雷达与导线之间的角度约为90°。

在一个实施例中，请参阅图3，所述根据单线激光雷达返回的角度和距离信息确定导线方位信息的步骤，具体包括如下步骤：

S210：获取规定时间内单线激光雷达返回的若干组角度和距离信息；

S220：通过卡尔曼滤波算法剔除若干组角度和距离信息中的异常值；

S230：从剔除了异常值的角度和距离数据中，拟合出一组角度和距离信息作为导线的实时方位信息。

在一个实施例中，请参阅图4，所述从剔除了异常值的角度和距离数据中，拟合出一组角度和距离信息作为导线方位信息的步骤，包括：

S231：计算剔除了异常值的角度数据的平均值，并将该平均值作为导线的实时角度信息；

S232：从剔除了异常值的距离数据中筛选出最小值，并将该最小值作为导线的实时离线距离。

单线激光雷达以固定的频率或转速进行旋转360°扫描，获取无人机周围环境与无人机的相对位置信息。单线激光雷达的旋转转速能达600r/min，则所述规定时间至少包括单线激光雷达旋转一周的时间，也可设定为1s。也即，单线激光雷达返回的若干组角度和距离信息包括了无人机与巡线任务中的导线的角度和距离信息，以及无人机与其四周的其他物体的角度和距离信息。本发明的步骤S220首先通过卡尔曼滤波算法剔除异常值，这里的异常值为受到光、雾等环境因素而导致某些角度和距离信息出现明显突变的测量值，其包括了测量噪声。通过卡尔曼滤波算法消除测量噪声，提高精确性。步骤S230从剔除了异常值的角度和距离信息中筛选出一组角度和距离信息，因为单线激光雷达获取的是360°范围内的距离和角度信息，而无人机距离导线最近，单线激光雷达与导线之间的角度约为90°，因此筛选出一组距离最小，角度接近90°的角度和距离信息即为导线的实时方位信息。

在一个实施例中，所述预设的角度为90°，角度的范围为85°～95°。如上所述，当所述导线的平行位置为导线的左侧或右侧，所述单线激光雷达与所述导线的离地高度保持平齐时，单线激光雷达正对所述导线，单线激光雷达与导线之间的角度约为90°，则在无人机跟随导线飞行过程中，确保单线激光雷达返回的角度信息为预设的角度90°，或在角度的范围为85°～95°上下波动，即能确保无人机与导线保持在同一水平高度。

在一个实施例中，所述预设的离线距离为5m，离线距离的范围4～6m，上下波动1m。离线距离默认为5m，在确保无人机与导线保持在同一水平高度后，再保持无人机与导线之间的距离不变，则无人机与导线之间的相对空间关系也就保持不变。

在一个实施例中，所述航飞参数包括水平速度、竖直速度和前后速度。所述水平速度为无人机横向移动的速度，也是无人机跟随导线飞行的速度，所述水平速度默认为1.8m/s。所述竖直速度为无人机上下移动的飞行速度，用于在无人机飞行过程中，导线不在预设的角度的波动范围内时，调整无人机的竖直高低，使得无人机与导线保持在同一水平高度，所述竖直速度默认为0.2m/s。所述前后速度为无人机前后移动的速度，用于在无人机飞行过程中，导线不在预设的离线距离的波动范围内时，使无人机靠近或者远离导线，保持无人机与导线之间的距离不变。由此可得，无人机与导线之间的相对空间关系能够保持不变，无人机能以统一的水平速度跟随导线飞行，完成自动电力巡线任务。

特别地，请参阅5，所述预设的角度、离线距离、航飞参数可通过一与无人机建立通信连接的终端设备进行设置，该终端设备可以为手机、平板和无人机遥控站，该终端设备安装有一飞控app，其包括水平速度、竖直速度、前后速度、离线距离等设定控件。

相较于现有技术，本发明的一种无人机电力巡线控制方法根据单线激光雷达返回的角度和距离信息确定导线的实时方位信息，在飞行过程中，保持导线在预设的角度和离线距离的波动范围内，始终保持无人机与导线之间的相对空间关系不变，由于单线激光雷达的重量和体积小，无人机能够以统一的预设的航飞参数跟随导线飞行，巡线效率高；此外通过单线激光雷达获取距离和角度信息，较之微波雷达分辨率更高，并不受导线自身磁场干扰，可靠性高。

本发明还提供一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的无人机电力巡线控制方法的步骤。

本发明可采用在一个或多个其中包含有程序代码的储存介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机可读储存介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的储存介质的例子包括但不限于：相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

本发明还提供一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的无人机电力巡线控制方法的步骤。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机电力巡线控制方法，其特征在于：无人机搭载单线激光雷达，所述无人机电力巡线控制方法包括如下步骤：

调整无人机机头方向，使其与杆塔之间的导线保持垂直；

根据单线激光雷达返回的角度和距离信息确定导线的实时方位信息；

根据导线的实时方位信息，判断导线是否在预设的角度和离线距离的波动范围内；

若否，则根据预设的航飞参数对无人机进行纠偏，使无人机跟随导线飞行。

2.根据权利要求1所述的无人机电力巡线控制方法，其特征在于：所述调整无人机机头方向，使其与杆塔之间的导线保持垂直的步骤，是由人工启动无人机，控制无人机飞至导线的平行位置，并使无人机机头与杆塔之间的导线保持垂直。

3.根据权利要求2所述的无人机电力巡线控制方法，其特征在于：所述导线的平行位置为导线的左侧或右侧，所述单线激光雷达与所述导线在同一水平面。

4.根据权利要求3所述的无人机电力巡线控制方法，其特征在于：所述根据单线激光雷达返回的角度和距离信息确定导线的实时方位信息的步骤，具体包括如下步骤：

获取规定时间内单线激光雷达返回的若干组角度和距离信息；

通过卡尔曼滤波算法剔除若干组角度和距离信息中的异常值；

从剔除了异常值的角度和距离数据中，拟合出一组角度和距离信息作为导线的实时方位信息。

5.根据权利要求4所述的无人机电力巡线控制方法，其特征在于：所述从剔除了异常值的角度和距离数据中，拟合出一组角度和距离信息作为导线方位信息的步骤，包括：

计算剔除了异常值的角度数据的平均值，并将该平均值作为导线的实时角度信息；

从剔除了异常值的距离数据中筛选出最小值，并将该最小值作为导线的实时离线距离。

6.根据权利要求3所述的无人机电力巡线控制方法，其特征在于：所述预设的角度为90°，角度的范围为85°～95°。

7.根据权利要求3所述的无人机电力巡线控制方法，其特征在于：所述预设的离线距离为5m，离线距离的范围为4～6m。

8.根据权利要求1所述的无人机电力巡线控制方法，其特征在于：所述航飞参数包括水平速度、竖直速度和前后速度。

9.一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任意一项所述的无人机电力巡线控制方法的步骤。

10.一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任意一项所述的无人机电力巡线控制方法的步骤。