CN111857174A - 一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法，该检校方法包括以下步骤：步骤一、检校场地的选取：步骤二、检校航线的规划；步骤三、检校数据的飞行；步骤四、检校参数的计算和核算。本发明旨在解决无人机电力巡检自动飞行准确性的问题，以避免在自动飞行过程中出现无人机撞线的意外情况。通过寻找有效的激光雷达数据检校方法，将激光雷达数据特性与自动飞行控制相结合，从而实现无人机通过已有激光雷达数据自动生成飞行路径，并自动执行巡检计划。
Description
技术领域
本发明涉及的是无人机电力巡检技术，尤其涉及的是一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法。
背景技术
无人机电力线路巡检是一种高效、智能、全新的电力线路巡检模式，高度集中了无人机、计算机、无线通信、高级传感、定位导航、测绘遥感、地理信息等诸多前沿成果，代表着智能电网电力线路巡检的发展方向。然而，现阶段的无人机巡检技术也仍然存在着一些突出问题。例如，安全控制问题，现有巡检用无人机，无论是大型机、中型机还是小型机，普遍缺少具有实用价值的避障系统，在安全起降、航线精准控制和安全策略等方面有待加强。
我方将研究一种基于无人机所携带的激光扫面设备获取输电线路的点云数据信息，并将激光点云数据用于无人机全自动巡检路径规划与导航，以实现无人机自动巡检技术。这对无人机的飞行导航数据有着较高的精度要求，因此数据检校成为了实现这一技术的基础，只有适合于输变电电力杆塔的正确检校方法，才能保证激光雷达设备采集数据的准确性，才能保证无人机沿着正确的航线飞行并顺利完成自动巡检工作。
发明内容
本发明旨在解决无人机电力巡检自动飞行准确性的问题，以避免在自动飞行过程中出现无人机撞线的意外情况。通过寻找有效的激光雷达数据检校方法，将激光雷达数据特性与自动飞行控制相结合，从而实现无人机通过已有激光雷达数据自动生成飞行路径，并自动执行巡检计划。
本发明按以下技术方案实现：
一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法，其特征在于，该检校方法包括以下步骤：
步骤一、检校场地的选取：
通过软件地图选取合适的检校场地，检验场必须具有适合检校的检核条件；进行控制点布设；
步骤二、检校航线的规划；
合理的规划多条航线，确认每个航线的飞行顺序和飞行高度，以及飞行参数；
步骤三、检校数据的飞行；
在控制点的位置提前15分钟架设基站，待基站稳定以后开始激光数据的获取；
步骤四、检校参数的计算和核算。
进一步，在步骤一中，检校场地的选取要满足如下要求：
1）视野开阔，信号无遮挡，人流量少；
2）检校场地内有建筑物，杆塔等特征物体；
3）交通便利，无大面积水域；
4）测区附近存在适合无人机起飞和降落的场地。
进一步，在步骤一中，控制点布设要求如下：
1）控制点均匀分布在飞行区域内；
2）控制点测量采用RTK测量方式进行测量；
3）控制点选取位置位置开阔有特征，方便基站架设和后续激光数据检核；
4）控制点布设至少要满足3个控制点。
进一步，在步骤二中，检校航线的规划要满足如下要求：
1）航线之间数据重叠度大于百分之三十；
2）至少规划6条航线，等井字型分布，高度航线交叉；
3）航线规划覆盖道路、建筑物等特征物体；
4）尽量在飞行区域的中间规划有道路，方便后续激光数据检核。
进一步，在步骤三中，检校数据的飞行方式如下：
1）飞行前对设备和环境进行检查；
2）架设RTK进行基站数据的获取；
3）飞行中，按照规划已经规划好的航线和参数进行数据获取，并且记录好相关信息；
4）飞行完成以后，解算对应航线的点云数据，计算检校参数。
进一步，在步骤四中，检校参数计算如下：
1）Roll误差：选取两个同样航高，但是方向相反的两个航带数据计算，
一般选取测区中间的道路数据作为计算依据；
计算公式：Roll=d/sw；
其中d代表两个航带数据的高度的差值；sw代表数据的航带宽度；
2）Pitch误差：选取两个同样航高，但是方向相反的两个航带数据计算：一般选取测区中间的尖顶房屋作为计算依据；
计算公式：Pitch =d/2/h；
其中d代表两个航带数据上的屋顶的距离差，因为屋顶的距离不一致，需要多次测量取平均值；h代表飞行的航高；
3）Heading误差：选取两个航高一致，且相互平行的数据计算。重叠区域选择屋顶的位置作为计算依据；计算公式：Heading =d/2/s；其中d代表两个航带数据上的屋顶的距离差，因为屋顶的距离不一致，需要多次测量取平均值；s两平行航迹之间的垂直间距。
进一步，在步骤四中，利用Terrasolid软件计算检校参数，应用到激光点云数据后，再和控制点数据进行比较。
本发明有益效果：
本发明旨在解决无人机电力巡检自动飞行准确性的问题，以避免在自动飞行过程中出现无人机撞线的意外情况。通过寻找有效的激光雷达数据检校方法，将激光雷达数据特性与自动飞行控制相结合，从而实现无人机通过已有激光雷达数据自动生成飞行路径，并自动执行巡检计划。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
在附图中：
图1是本发明基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法方法流程示意图；
图2 是航线规划示意图；
图3 是检校参数Roll值计算示意图；
图4是检校参数Pitch和Heading值计算示意图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
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，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法，该检校方法包括以下步骤：
步骤一、检校场地的选取：
通过软件地图选取合适的检校场地，检验场必须具有适合检校的检核条件；进行控制点布设；
步骤二、检校航线的规划；
合理的规划多条航线，确认每个航线的飞行顺序和飞行高度，以及飞行参数；
步骤三、检校数据的飞行；
在控制点的位置提前15分钟架设基站，待基站稳定以后开始激光数据的获取；
步骤四、检校参数的计算和核算。
具体的，在步骤一中，检校场地的选取要满足如下要求：
1）视野开阔，信号无遮挡，人流量少；
2）检校场地内有建筑物，杆塔等特征物体；
3）交通便利，无大面积水域；
4）测区附近存在适合无人机起飞和降落的场地。
具体的，在步骤一中，控制点布设要求如下：
1）控制点均匀分布在飞行区域内；
2）控制点测量采用RTK测量方式进行测量；
3）控制点选取位置位置开阔有特征，方便基站架设和后续激光数据检核；
4）控制点布设至少要满足3个控制点。
如图2所示，在步骤二中，检校航线的规划要满足如下要求：
1）航线之间数据重叠度大于百分之三十；
2）至少规划6条航线，等井字型分布，高度航线交叉；
3）航线规划覆盖道路、建筑物等特征物体；
4）尽量在飞行区域的中间规划有道路，方便后续激光数据检核。
在步骤三中，检校数据的飞行方式如下：
1）飞行前对设备和环境进行检查；
2）架设RTK进行基站数据的获取；
3）飞行中，按照规划已经规划好的航线和参数进行数据获取，并且记录好相关信息；
4）飞行完成以后，解算对应航线的点云数据，计算检校参数。
如图3、图4所示，在步骤四中，检校参数计算如下：
1）Roll误差：选取两个同样航高，但是方向相反的两个航带数据计算，
一般选取测区中间的道路数据作为计算依据；
计算公式：Roll=d/sw；
其中d代表两个航带数据的高度的差值；sw代表数据的航带宽度；
2）Pitch误差：选取两个同样航高，但是方向相反的两个航带数据计算：一般选取测区中间的尖顶房屋作为计算依据；
计算公式：Pitch =d/2/h；
其中d代表两个航带数据上的屋顶的距离差，因为屋顶的距离不一致，需要多次测量取平均值；h代表飞行的航高；
3）Heading误差：选取两个航高一致，且相互平行的数据计算。重叠区域选择屋顶的位置作为计算依据；计算公式：Heading =d/2/s；其中d代表两个航带数据上的屋顶的距离差，因为屋顶的距离不一致，需要多次测量取平均值；s两平行航迹之间的垂直间距。
在步骤四中，利用Terrasolid软件计算检校参数，应用到激光点云数据后，再和控制点数据进行比较。
综上，本发明旨在解决无人机电力巡检自动飞行准确性的问题，以避免在自动飞行过程中出现无人机撞线的意外情况。通过寻找有效的激光雷达数据检校方法，将激光雷达数据特性与自动飞行控制相结合，从而实现无人机通过已有激光雷达数据自动生成飞行路径，并自动执行巡检计划。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本发明的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本申请所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (7)
1.一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法，其特征在于，该检校方法包括以下步骤：
步骤一、检校场地的选取：
通过软件地图选取合适的检校场地，检验场必须具有适合检校的检核条件；进行控制点布设；
步骤二、检校航线的规划；
合理的规划多条航线，确认每个航线的飞行顺序和飞行高度，以及飞行参数；
步骤三、检校数据的飞行；
在控制点的位置提前15分钟架设基站，待基站稳定以后开始激光数据的获取；
步骤四、检校参数的计算和核算。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法，其特征在于：
在步骤一中，检校场地的选取要满足如下要求：
1）视野开阔，信号无遮挡，人流量少；
2）检校场地内有建筑物，杆塔等特征物体；
3）交通便利，无大面积水域；
4）测区附近存在适合无人机起飞和降落的场地。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法，其特征在于：
在步骤一中，控制点布设要求如下：
1）控制点均匀分布在飞行区域内；
2）控制点测量采用RTK测量方式进行测量；
3）控制点选取位置位置开阔有特征，方便基站架设和后续激光数据检核；
4）控制点布设至少要满足3个控制点。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法，其特征在于：
在步骤二中，检校航线的规划要满足如下要求：
1）航线之间数据重叠度大于百分之三十；
2）至少规划6条航线，等井字型分布，高度航线交叉；
3）航线规划覆盖道路、建筑物等特征物体；
4）尽量在飞行区域的中间规划有道路，方便后续激光数据检核。
5.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法，其特征在于：
在步骤三中，检校数据的飞行方式如下：
1）飞行前对设备和环境进行检查；
2）架设RTK进行基站数据的获取；
3）飞行中，按照规划已经规划好的航线和参数进行数据获取，并且记录好相关信息；
4）飞行完成以后，解算对应航线的点云数据，计算检校参数。
6.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法，其特征在于：
在步骤四中，检校参数计算如下：
1）Roll误差：选取两个同样航高，但是方向相反的两个航带数据计算，
一般选取测区中间的道路数据作为计算依据；
计算公式：Roll=d/sw；
其中d代表两个航带数据的高度的差值；sw代表数据的航带宽度；
2）Pitch误差：选取两个同样航高，但是方向相反的两个航带数据计算：一般选取测区中间的尖顶房屋作为计算依据；
计算公式：Pitch =d/2/h；
其中d代表两个航带数据上的屋顶的距离差，因为屋顶的距离不一致，需要多次测量取平均值；h代表飞行的航高；
3）Heading误差：选取两个航高一致，且相互平行的数据计算。重叠区域选择屋顶的位置作为计算依据；计算公式：Heading =d/2/s；其中d代表两个航带数据上的屋顶的距离差，因为屋顶的距离不一致，需要多次测量取平均值；s两平行航迹之间的垂直间距。
7.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达数据的无人机电力数据检校方法，其特征在于：
在步骤四中，利用Terrasolid软件计算检校参数，应用到激光点云数据后，再和控制点数据进行比较。
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