CN112558632A - 无人机巡检路径转换方法、系统、设备和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及无人机飞行技术领域，特别涉及一种无人机巡检风机叶片时的路径转换方法、系统、设备和存储介质。本公开提供了一种无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，不仅通过设置绕飞方式来实现无人机顺畅的路径转换，而且还设置无人机的绕飞半径来保证无人机和叶片的安全状态，改变了传统的无人机折线或直线飞行的转换方式；通过无人机的绕飞不仅缩短了无人机的飞行距离、提高了无人机巡检叶片的效率，还降低了无人机状态的调整幅度，避免了无人机进行急速启停，降低了对无人机电池电量的消耗速度；而且保证无人机在巡检过程中能够覆盖叶片的所有表面，避免出现遗漏区域。

Description

无人机巡检路径转换方法、系统、设备和存储介质
技术领域
本公开涉及无人机巡检风机技术领域，特别涉及一种无人机巡检风机叶片时的路径转换方法、系统、设备和存储介质。
背景技术
风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机的主要部件是伸展数米长的叶片。叶片的转动带动风力发电机内部的电机转动，最终将风能转换为电能输出。叶片的正常运转是风力发电机保持电能平稳有效输出的关键。因此叶片的“健康”对于风力发电机来说至关重要。
为了保证叶片始终处于最佳的状态，叶片巡检成为了风力发电机配套运营的常态。例如，通过无人机对叶片进行巡视拍照，然后将这些照片最终进行拼接合成，以展现一个完整的叶片。最终可以利用拼接出的具有完整叶片的图像来观察叶片是否存缺陷，以便及时采取必要的维修措施。
发明内容
本公开的一方面提供了一种无人机巡检风机叶片时的路径转换方法。所述无人机巡检风机叶片的路径转换方法包括如下步骤：
获取风机叶片的点云数据；
在所述点云数据的叶尖位置选择一点作为绕飞点；
获取所述绕飞点与所述无人机之间的间距，以得到飞行间距；
在所述飞行间距符合预设间距要求时，使无人机按照预定绕飞半径围绕所述绕飞点飞行，直至到达预定位置。
在一实施例中，
所述的获取风机叶片的点云数据的步骤包括：
在所述无人机上设置激光雷达；
所述激光雷达沿所述无人机的飞行轨迹对所述风机叶片进行扫描，以获取风机叶片的点云数据。
在一实施例中，在获取所述点云数据中，所述激光雷达的俯仰角保持不变
在一实施例中，所述激光雷达的投射方向与所述叶片的长度方向的夹角在－25°～20°。
在一实施例中，所述绕飞半径为7-9m。
在一实施例中，所述使无人机按照预定绕飞半径围绕绕飞点飞行的步骤包括：
实时获取并调整所述无人机与绕飞点的飞行间距，以使所述无人机的绕飞半径符合所述预定绕飞半径；
在所述无人机围绕所述绕飞点飞行过程中，当所述飞行间距无法获取时，使所述无人机按照预设轨迹进行飞行。
在一实施例中，所述无人机按照自身携带的定位系统来实现按照预定轨迹进行飞行。
本公开的另一方面是提供了一种无人机巡检风机叶片时的路径转换系统。所述无人机巡检风机叶片时的路径转换系统用于实现如前所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法的步骤。所述无人机巡检风机叶片时的路径转换系统包括：
数据获取模块，用于获取所述风机叶片的点云数据；以及
还用于获取所述绕飞点与所述无人机之间的间距，以得到飞行间距；
数据处理模块，用于在所述点云数据的叶尖位置选择一点作为绕飞点；以及
还用于在所述飞行间距符合预设间距要求时，使无人机按照预定绕飞半径围绕所述绕飞点飞行，直至到达预定位置。
本公开的再一方面还提供了一种无人机巡检风机叶片时的路径转换设备。所述无人机巡检风机叶片时的路径转换设备包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如本公开前一方面所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法的步骤。
本公开的最后一方面则是提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法的步骤。
本公开提供了一种无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，不仅通过设置绕飞方式来实现无人机顺畅的路径转换，而且还设置无人机的绕飞半径来保证无人机和叶片的安全状态，改变了传统的无人机折线或直线飞行的转换方式；通过无人机的绕飞不仅缩短了无人机的飞行距离、提高了无人机巡检叶片的效率，还降低了无人机状态的调整幅度，避免了无人机进行急速启停，降低了对无人机电池电量的消耗速度；而且保证无人机在巡检过程中能够覆盖叶片的所有表面，避免出现遗漏区域。在面对叶尖面积较小、雷达难以获得反射回的信息，而无法感知无人机与叶片之间的飞行间距时，本公开还通过设置预定的飞行轨迹来进一步保证无人机的安全飞行和路径的顺利转换。
附图说明
附图示例性地示出了实施例并且构成说明书的一部分，与说明书的文字描述一起用于讲解实施例的示例性实施方式。所示出的实施例仅出于示例的目的，并不限制权利要求的范围。在所有附图中，相同的附图标记指代类似但不一定相同的要素。
图1是本公开一实施例所展示的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法的步骤流程图；
图2是本公开一实施例提供的无人机按照预定绕飞半径围绕绕飞点飞行的步骤流程图；
图3是本公开一实施例提供的无人机巡检风机叶片时的路径转换系统模块连接示意图；
图4是本公开一实施例提供的无人机巡检风机叶片时的路径转换设备的结构示意图；
图5是本公开一实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
通过上述说明可知，叶片是风力发电机的重要组成部分，在风机运行过程中，需要对叶片进行维护，以保证风机的正常运转。
现阶段越来越多的风机采用无人机巡检的方式来完成对风机叶片的维护工作。
在无人机对风机叶片的巡检过程中，由于无人机采集风机叶片信息时的覆盖面较小，而风机叶片体积较大，且有多个几何面，因此需要无人机沿着一定的路径规则地进行飞行，连续地对叶片进行信息采集，才能更好地得到整个风机叶片信息。
为了保证无人机对叶片巡检的连续性，无人机需要进行路径转换，即从当前的采集叶片信息的巡检路径转换至采集该叶片其他表面的巡检路径。
无人机在路径转换过程中，要考虑诸多的问题：与叶片之间的安全距离，能否及时避开叶片，能否顺利转换至下一个巡检路径等。由于无人机在巡检过程中是全自动飞行状态，并不能像有人遥控的无人机那样能够依靠操作人员的观察来使无人机始终处于安全飞行的状态。如何让无人机实现路径转换，如何能使其安全的进行路径转换，成为现阶段无人机巡检风机叶片时面临的重要问题。
为了实现无人机巡检叶片时处在保证无人机与叶片之间相对安全的前提下，顺利地完成路径转换，本公开提供了一种无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，不仅通过设置绕飞方式来实现无人机顺畅的路径转换，而且还设置无人机的绕飞半径来保证无人机和叶片的安全状态；通过无人机的绕飞，不仅缩短了无人机的飞行距离、提高了无人机巡检叶片的效率，而且保证无人机在巡检过程中能够覆盖叶片的所有表面，避免出现遗漏区域。在面对叶尖面积较小、雷达难以获得叶片反射的信息，而无法感知无人机与叶片之间的飞行间距时，本公开还通过设置预定的飞行轨迹来进一步保证无人机的安全飞行和路径的顺利转换。
以下结合附图和具体实施例对本公开提出的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法、系统、设备及存储介质作进一步详细说明。根据权利要求书和下面说明，本公开的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本公开实施例的目的。
应当理解的内容是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另有定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构不再详细说明。
关于无人机巡检风机叶片时的路径转换方法的示例说明
请参阅图1，其展示了本公开一实施例中的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法的步骤流程图。
在这个实施例的步骤S001中，获取风机叶片的点云数据。
通过获取叶片的点云数据，能够使无人机对叶片具有一定的感知能力，而且也能方便在通过点云数据来更好地规划无人机的飞行路径。有利于给无人机的路径转换带来便利。
本公开中的点云数据的获取方式可以利用设置在无人机上的激光雷达。通过无人机的飞行，带动激光雷达沿路径对叶片进行实时扫描以获取叶片的点云数据。
由于无人机在沿巡检路径巡检时，通常是处于相对(叶片)稳定的状态，同时为了保持获取点云数据的准确性，并方便后续对点云数据进行处理，在进行扫描时可以保持激光雷达的俯仰角保持不变。另外还可以将激光雷达的投射方向与所述叶片的长度方向的夹角保持在－25°～20°之间，以进一步提高获取点云数据的便利性和准确性。例如夹角设置在15°时，叶片表面能够更好的将雷达投射的信息进行返回，而雷达也能够更准确地接收由叶片返回而来的数据，从而提高点云数据获取的便利性和准确性。
在这个实施例的步骤S002中，在所述点云数据的叶尖位置选择一点作为绕飞点。
通过选择绕飞点，既能够确定无人机是采用绕飞的方式来实现路径转换，同时还能够确定无人机的绕飞中心。并且该步骤是在获取叶片的点云数据的基础上进行，充分利用了前期获取的点云数据，并且能够快速确定绕飞点，提高了无人机路径转换的效率。
在步骤S003中，获取所述绕飞点与所述无人机之间的间距，以得到飞行间距。
在步骤S004中，在所述飞行间距符合预设间距要求时，使无人机按照预定绕飞半径围绕所述绕飞点飞行，直至到达预定位置，以完成路径转换。
当无人机通过设置绕飞方式和绕飞半径，能够保证无人机与叶片之间的相对距离，以保证无人机的飞行安全。从而进一步保证无人机顺利完成路径转换。
在一实施例中，为了进一步提高无人机在路径转换时的便利性和安全性，绕飞半径可以控制在7-9m大小。当绕飞半径处于7～9m的大小时，无人机与叶片之间有足够的活动距离(安全距离)，同时无人机上携带的巡检设备还能够获得清晰和准确的数据信息，从而保证了路径转换的合理性和准确性。
如图2所示，图2是关于无人机按照预定绕飞半径围绕绕飞点飞行的步骤流程图。
通过该步骤，能够避免无人机在飞行到叶尖位置时，由于叶尖的反射面积小而无法准确获知飞行间距的问题。具体来说，该步骤包括如下内容：
在步骤S011中，实时获取并调整所述无人机与绕飞点的飞行间距，以使所述无人机的绕飞半径符合所述预定绕飞半径；
在步骤S012中，在所述无人机围绕所述绕飞点飞行过程中，当所述飞行间距无法获取时，使所述无人机按照预设轨迹进行飞行。
可见，在无人机容易获知飞行间距的情况下可以通过实时获取和调整飞行间距参数来控制无人机的飞行区域；当无人机难以获取飞行间距时，还可以通过预先设定的飞行轨迹来保证无人机的安全飞行。而按照飞行轨迹飞行可以利用无人机自身携带的定位系统来实现。随着无人机的位置调整，无人机总是会再次获取相对绕飞点之间的飞行间距，因此尽管按照定位系统来实现轨迹飞行总是会带来一些误差，但按照轨迹飞行的时间和距离占到整个绕飞路径非常小的比例，并不会给整个转换路径带来明显影响。
关于无人机巡检风机叶片时的路径转换系统的示例说明
本公开的一实施例中还提供了一种无人机巡检风机叶片时的路径转换系统。在图3中，展示了本公开一实施例提供的无人机巡检风机叶片时的路径转换系统模块连接示意图。该系统能够实现本公开中说明的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法。为了实现本公开说明的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，该系统包括：
数据获取模块301，用于获取所述风机叶片的点云数据；以及
还用于获取所述绕飞点与所述无人机之间的间距，以得到飞行间距；
数据处理模块302，用于在所述点云数据的叶尖位置选择一点作为绕飞点；以及
还用于在所述飞行间距符合预设间距要求时，使无人机按照预定绕飞半径围绕所述绕飞点飞行，直至到达预定位置。
关于无人机巡检风机叶片时的路径转换设备的示例说明
本公开的一实施例中还提供了一种无人机巡检风机叶片时的路径转换设备。所述无人机巡检风机叶片时的路径转换设备包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现本公开中说明的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法的步骤。
本公开的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。
图4是本公开一实施例提供的无人机巡检风机叶片时的路径转换设备的结构示意图。下面参照图4来详细描述根据本实施例中的实施方式实施的电子设备600。图4显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本公开任何实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图4所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组建可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同平台组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。
其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本实施例中上述路径转换方法部分中描述的根据本实施例中的实施步骤。例如，处理单元610可以执行如图1和图2中所示的步骤。
存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取单元(RAM)6201和/或高速缓存存储单元6202，可以进一步包括只读存储单元(ROM)6203。
存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线630可以表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图像加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可以与一个或者多个使得用户与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备能与一个或多个其他计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其他模块通信。应当明白，尽管图4中未示出，可以结合电子设备600使用其他硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。
关于可读存储介质的示例说明
本公开的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现上述公开中路径转换方法的步骤。尽管本实施例未详尽地列举其他具体的实施方式，但在一些可能的实施方式中，本公开说明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行本公开中路径转换方法部分中描述的根据本公开各种实施例中实施方式的步骤。
图5是本公开一实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图。如图5所示，其中描述了根据本公开的实施方式中用于实现上述方法的程序产品800，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。当然，依据本实施例产生的程序产品不限于此，在本公开中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如C语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
综上所述，本公开提供了一种无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，不仅通过设置绕飞方式来实现无人机顺畅的路径转换，而且还设置无人机的绕飞半径来保证无人机和叶片的安全状态，改变了传统的无人机折线或直线飞行的转换方式；通过无人机的绕飞不仅缩短了无人机的飞行距离、提高了无人机巡检叶片的效率，还降低了无人机状态的调整幅度，避免了无人机进行急速启停，降低了对无人机电池电量的消耗速度；而且保证无人机在巡检过程中能够覆盖叶片的所有表面，避免出现遗漏区域。在面对叶尖面积较小、雷达难以获得反射回的信息，而无法感知无人机与叶片之间的飞行间距时，本公开还通过设置预定的飞行轨迹来进一步保证无人机的安全飞行和路径的顺利转换。
上述描述仅是对本公开较佳实施例的描述，并非对本公开范围的任何限定，本公开领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取风机叶片的点云数据；
在所述点云数据的叶尖位置选择一点作为绕飞点；
获取所述绕飞点与所述无人机之间的间距，以得到飞行间距；
在所述飞行间距符合预设间距要求时，使无人机按照预定绕飞半径围绕所述绕飞点飞行，直至到达预定位置。
2.如权利要求1所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，其特征在于，所述的获取风机叶片的点云数据的步骤包括：
在所述无人机上设置激光雷达；
所述激光雷达沿所述无人机的飞行轨迹对所述风机叶片进行扫描，以获取风机叶片的点云数据。
3.如权利要求2所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，其特征在于，在获取所述点云数据中，所述激光雷达的俯仰角保持不变。
4.如权利要求2所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，其特征在于，所述激光雷达的投射方向与所述叶片的长度方向的夹角在－25°～20°。
5.如权利要求1所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，其特征在于，所述绕飞半径为7-9m。
6.如权利要求1所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，其特征在于，所述使无人机按照预定绕飞半径围绕绕飞点飞行的步骤包括：
实时获取并调整所述无人机与绕飞点的飞行间距，以使所述无人机的绕飞半径符合所述预定绕飞半径；
在所述无人机围绕所述绕飞点飞行过程中，当所述飞行间距无法获取时，使所述无人机按照预设轨迹进行飞行。
7.如权利要求6所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法，其特征在于，所述无人机按照自身携带的定位系统来实现按照预定轨迹进行飞行。
8.一种无人机巡检风机叶片时的路径转换系统，用于实现权利要求1至7中任一项所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法的步骤，其特征在于，所述系统包括：
数据获取模块，用于获取所述风机叶片的点云数据；以及
还用于获取所述绕飞点与所述无人机之间的间距，以得到飞行间距；
数据处理模块，用于在所述点云数据的叶尖位置选择一点作为绕飞点；以及
还用于在所述飞行间距符合预设间距要求时，使无人机按照预定绕飞半径围绕所述绕飞点飞行，直至到达预定位置。
9.一种无人机巡检风机叶片时的路径转换设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的无人机巡检风机叶片时的路径转换方法的步骤。
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