CN113467504A - 一种飞行器飞行稳定控制方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种飞行器飞行稳定控制方法、系统、设备及存储介质，通过飞行器的飞行状态结合当前飞行数据判断飞行器是否飞行稳定，若飞行不稳定，则对飞行器的飞行数据进行补偿以使飞行器飞行稳定。同时，通过探测障碍物获取障碍信息，根据障碍信息和飞行器的预设飞行轨迹判断障碍物是否构成威胁，若构成威胁，则根据障碍物相对飞行器的相对位置生成飞行动作指令，以调整飞行器的飞行姿态，从而使飞行器和障碍物不发生位置重合，以实现避障。上述技术方案解决了飞行器易受外在的环境因素影响而导致飞行器出现飞行稳定性较差的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及飞行器控制技术领域，尤其涉及一种飞行器飞行稳定控制方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
在输电线路巡检等领域采用飞行器作业，不仅可以保证作业人员的人身安全，还将节约大量的人力成本，提高生产效率，在室外非结构化作业环境中，飞行器指可以远距离控制飞行的飞行器，随着科技的发达，飞行器可以进行航拍和载重等作业。
目前，飞行器在巡检过程中，容易受到外在的环境因素影响而导致飞行器出现失控和损伤，例如飞行器在巡检过程中，可能会受到鸟类的撞击，使得飞行器不够安全稳定，再者，飞行器对输电线路进行检测，但飞行器的视觉系统容易受到外界复杂动态环境的影响，如视觉系统采集到的图像易受背景、天气和光照等各种环境因素的影响，导致飞行器对障碍物的辨识度较差，使飞行器在自主飞行时的稳定性较差，容易导致飞行器发生碰撞或者跌落，影响对输电线路的检测。
发明内容
本申请提供了一种飞行器飞行稳定控制方法、系统、设备及存储介质，用于解决上述飞行器易受外在的环境因素影响而导致飞行器出现飞行稳定性较差的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种飞行器飞行稳定控制方法，包括以下步骤：
S1、获取飞行器的当前飞行数据，其中，飞行数据包括飞行姿态参数和飞行速度；
S2、根据所述飞行器的飞行状态在预设的稳定飞行数据库中匹配对应的稳定飞行数据阈值，所述飞行状态包括垂直起降状态和平飞状态；
S3、根据所述当前飞行数据与所述稳定飞行数据阈值的比较结果来判断所述飞行器的当前飞行是否稳定，若判断所述飞行器的当前飞行不稳定，则执行步骤S4，若判断所述飞行器的当前飞行稳定，则执行步骤S5；
S4、调整所述飞行器的飞行数据，从而对所述当前飞行数据进行补偿，以使补偿后的飞行数据处于所述稳定飞行数据阈值之内，执行步骤S5；
S5、通过激光雷达端对所述飞行器的前方可探测范围内的障碍物进行探测，获取所述障碍物的障碍信息，所述激光雷达设在所述飞行器上，所述障碍信息包括所述障碍物相对所述飞行器的相对位置、运动速度、驻留时间和相对距离；
S6、对所述飞行器的预设飞行轨迹和所述障碍信息进行分析，从而判断所述障碍物对所述飞行器的飞行是否构成威胁，若判断所述障碍物对所述飞行器的飞行构成威胁，则执行步骤S7；若判断所述障碍物对所述飞行器的飞行不构成威胁，则重新执行步骤S1；
S7、根据所述障碍物相对所述飞行器的相对位置和运动速度生成飞行动作指令，从而使所述飞行器和所述障碍物不发生位置重合，将所述动作指令发送至控制终端，所述飞行动作指令包括飞行器的飞行动作及其对应的动作参数；
S8、通过所述控制终端对所述飞行动作指令进行解析，得到动作执行信息，所述动作执行信息包括所述飞行器的各个运动控制器的动作补偿参数；
S9、通过所述控制终端将所述动作执行信息发送至所述飞行器的各个运动控制器，以使所述飞行器按照所述动作执行信息调整飞行姿态。
可选地，所述飞行姿态参数包括俯仰角、偏航角、滚转角和角速度；
步骤S2具体包括：
S20、基于控制终端获取所述飞行器的飞行状态，所述飞行状态包括垂直起降状态和平飞状态；
S21、根据所述飞行状态在预设的稳定飞行数据库中匹配对应的稳定飞行数据阈值，所述预设的稳定飞行数据库包括所述飞行状态及其对应的所述稳定飞行数据阈值，具体匹配过程为，
当所述飞行器的所述飞行状态为垂直起降状态时，则所述稳定飞行数据阈值包括：所述俯仰角的变化阈值为0°～5°，所述偏航角的变化阈值为0°～5°，所述滚转角的变化阈值为0°～5°，所述角速度的变化阈值为0～4rad/s，所述飞行速度的变化阈值为0～1m/s；
当所述飞行器的所述飞行状态为平飞状态时，则所述稳定飞行数据阈值包括：所述俯仰角的变化阈值为0°～60°，所述偏航角的变化阈值为0°～25°，所述滚转角的变化阈值为0°～25°，所述角速度和所述飞行速度的变化阈值趋于线性变化。
可选地，步骤S6之前包括：
S60、根据任务控制点下发的巡检任务规划所述飞行器的飞行轨迹；
S61、建立所述飞行器的巡检空间范围的三维点云地图，在所述三维点云地图中以所述飞行轨迹的起点为原心，以所述飞行轨迹的起点指向终点的方向为横轴正方向建立三维局部坐标系，将所述飞行器的巡检空间范围内的点云位置统一映射到所述三维局部坐标系中，以得到点云空间坐标系；
S62、基于所述点云空间坐标系确定所述飞行轨迹的点云位置坐标序列；
S63、根据所述飞行器的当前点云位置坐标以及所述障碍物相对所述飞行器的相对位置，得到所述障碍物的点云位置坐标。
可选地，步骤S6中的对所述飞行器的预设飞行轨迹和所述障碍信息进行分析，从而判断所述障碍物对所述飞行器的飞行是否构成威胁的步骤具体包括：
S601、判断所述障碍物的点云位置坐标是否属于所述点云位置坐标序列内，若判断所述障碍物的点云位置坐标属于所述点云位置坐标序列内，则执行步骤S602，若判断所述障碍物的点云位置坐标不属于所述点云位置坐标序列内，则执行步骤S603；
S602、判断所述障碍物的驻留时间是否大于预设的驻留时间阈值，若判断所述障碍物的驻留时间大于所述预设的驻留时间阈值，则判定所述障碍物对所述飞行器的飞行构成威胁，若判断所述障碍物的驻留时间不大于所述飞行时间，则判定所述障碍物对所述飞行器的飞行不构成威胁，并返回步骤S601；
S603、根据所述障碍物的驻留时间是否大于所述预设的驻留时间阈值，若判断所述障碍物的驻留时间大于所述预设的驻留时间阈值，则判定所述障碍物对所述飞行器的飞行不构成威胁，若判断所述障碍物的驻留时间不大于所述飞行时间，则执行步骤S604；
S604、根据所述障碍物相对所述飞行器的相对距离在预设时间内的变化量判断所述障碍物是否靠近所述飞行器运动，若判断所述障碍物靠近所述飞行器运动时，则判定所述障碍物对所述飞行器的飞行构成威胁，若判断所述障碍物远离所述飞行器运动时，则判定所述障碍物对所述飞行器的飞行不构成威胁。
可选地，步骤S7具体包括：
S701、根据所述障碍物的点云位置坐标和运动速度确定所述飞行器和所述障碍物的重合点云位置坐标；
S702、根据所述重合点云位置坐标调整所述飞行器的飞行轨迹，从而使得所述飞行器的飞行轨迹脱离所述重合点云位置坐标，从而生成飞行动作指令，所述飞行动作指令包括飞行器的飞行动作及其对应的动作参数。
可选地，所述飞行动作包括方向调整动作、自转动作和姿态动作；
所述方向调整动作对应的所述动作参数包括所述飞行器在前后方向、上下方向和左右方向上的运动距离以及对应的运动速度；
所述自转动作对应的所述动作参数包括自转角速度；
所述姿态动作对应的所述动作参数包括俯仰角、偏航角、滚转角和角速度。
可选地，步骤S9之后包括：
S10、重复执行步骤S5，从而获取新的障碍物的障碍信息；
S11、对所述飞行器的所述预设飞行轨迹和所述新的障碍物的障碍信息进行分析，从而判断所述新的障碍物对所述飞行器的飞行是否构成威胁，若判断所述新的障碍物对所述飞行器的飞行不构成威胁，则返回至所述预设飞行轨迹上进行飞行，执行步骤S1，若判断所述新的障碍物对所述飞行器的飞行构成威胁，则执行步骤S7。
第二方面，本发明提供了一种飞行器飞行稳定控制系统，包括：
获取模块，用于获取飞行器的当前飞行数据，其中，飞行数据包括飞行姿态参数和飞行速度；
阈值匹配模块，用于根据所述飞行器的飞行状态在预设的稳定飞行数据库中匹配对应的稳定飞行数据阈值，所述飞行状态包括垂直起降状态和平飞状态；
稳定判断模块，用于根据所述当前飞行数据与所述稳定飞行数据阈值的比较结果来判断所述飞行器的当前飞行是否稳定；
飞行调整模块，用于调整所述飞行器的飞行数据，从而对所述当前飞行数据进行补偿，以使补偿后的飞行数据处于所述稳定飞行数据阈值之内；
障碍探测模块，用于通过激光雷达端对所述飞行器的前方可探测范围内的障碍物进行探测，还用于获取所述障碍物的障碍信息，所述激光雷达设在所述飞行器上，所述障碍信息包括所述障碍物相对所述飞行器的相对位置、运动速度、驻留时间和相对距离；
威胁判断模块，用于对所述飞行器的预设飞行轨迹和所述障碍信息进行分析，从而判断所述障碍物对所述飞行器的飞行是否构成威胁；
动作指令生成模块，用于根据所述障碍物相对所述飞行器的相对位置和运动速度生成飞行动作指令，从而使所述飞行器和所述障碍物不发生位置重合，还用于将所述动作指令发送至控制终端，所述飞行动作指令包括飞行器的飞行动作及其对应的动作参数；
动作指令解析模块，用于通过所述控制终端对所述飞行动作指令进行解析，得到动作执行信息，所述动作执行信息包括所述飞行器的各个运动控制器的动作补偿参数；
执行模块，用于通过所述控制终端将所述动作执行信息发送至所述飞行器的各个运动控制器，以使所述飞行器按照所述动作执行信息调整飞行姿态。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，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上述飞行器飞行稳定控制方法的步骤。
第四方面，本发明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实现如上述飞行器飞行稳定控制方法的步骤。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明通过飞行器的飞行状态结合当前飞行数据判断飞行器是否飞行稳定，若飞行不稳定，则对飞行器的飞行数据进行补偿以使飞行器飞行稳定。同时，通过探测障碍物获取障碍信息，根据障碍信息和飞行器的预设飞行轨迹判断障碍物是否构成威胁，若构成威胁，则根据障碍物相对飞行器的相对位置生成飞行动作指令，以调整飞行器的飞行姿态，从而使飞行器和障碍物不发生位置重合，以实现避障。从而使得飞行器在飞行过程中，即使受到鸟类撞击，也可以保证飞行器可以迅速恢复稳定，同时，通过激光雷达探测障碍物，并根据障碍物与飞行器之间的相对位置进行避障，从而避免了视觉系统因外界环境影响，导致对障碍物的辨识度较差的问题，解决了飞行器易受外在的环境因素影响而导致飞行器出现飞行稳定性较差的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种飞行器飞行稳定控制方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的一种飞行器飞行稳定控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本发明提供的一种飞行器飞行稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取飞行器的当前飞行数据，其中，飞行数据包括飞行姿态参数和飞行速度；
可以理解的是，飞行器上设置各种传感器，通过传感器可以获取到飞行器的飞行姿态参数和飞行速度，其中，飞行姿态参数包括俯仰角、偏航角、滚转角。
S2、根据飞行器的飞行状态在预设的稳定飞行数据库中匹配对应的稳定飞行数据阈值，飞行状态包括垂直起降状态和平飞状态；
需要说明的是，由于飞行状态是由飞行器的控制终端进行模式控制的，其控制终端可以为移动遥控器或地面控制平台，同时，预设的稳定飞行数据库为预先建立的，其包括飞行状态及其对应的稳定飞行数据阈值。
S3、根据当前飞行数据与稳定飞行数据阈值的比较结果来判断飞行器的当前飞行是否稳定，若判断飞行器的当前飞行不稳定，则执行步骤S4，若判断飞行器的当前飞行稳定，则执行步骤S5；
在本实施例中，若当前飞行数据在稳定飞行数据阈值内的，则说明飞行器的当前飞行稳定，若当前飞行数据不在稳定飞行数据阈值内的，则说明飞行器的当前飞行不稳定。
S4、调整飞行器的飞行数据，从而对当前飞行数据进行补偿，以使补偿后的飞行数据处于稳定飞行数据阈值之内，执行步骤S5；
需要说明的是，由于飞行器的飞行不稳定是由于当前飞行数据不在稳定飞行数据阈值内，因此，需要对当前飞行数据进行补偿，从而将飞行数据调整至处于稳定飞行数据阈值之内。
S5、通过激光雷达端对飞行器的前方可探测范围内的障碍物进行探测，获取障碍物的障碍信息，激光雷达设在飞行器上，障碍信息包括障碍物相对飞行器的相对位置、运动速度、驻留时间和相对距离；
需要说明的是，前方可探测范围覆盖飞行器的飞行轨迹。
S6、对飞行器的预设飞行轨迹和障碍信息进行分析，从而判断障碍物对飞行器的飞行是否构成威胁，若判断障碍物对飞行器的飞行构成威胁，则执行步骤S7；若判断障碍物对飞行器的飞行不构成威胁，则重新执行步骤S1。
需要说明的是，若判断障碍物对飞行器的飞行不构成威胁，则重新执行步骤S1，以保证飞行器可以稳定飞行。
S7、根据障碍物相对飞行器的相对位置和运动速度生成飞行动作指令，从而使飞行器和障碍物不发生位置重合，将动作指令发送至控制终端，飞行动作指令包括飞行器的飞行动作及其对应的动作参数；
S8、通过控制终端对飞行动作指令进行解析，得到动作执行信息，动作执行信息包括飞行器的各个运动控制器的动作补偿参数；
需要说明的是，飞行器的各个运动控制器包括俯仰角控制器、偏航角控制器、滚转角控制器、角速度控制器、前后运动控制器、上下运动控制器和左右运动控制器。
S9、通过控制终端将动作执行信息发送至飞行器的各个运动控制器，以使飞行器按照动作执行信息调整飞行姿态。
本实施例通过飞行器的飞行状态结合当前飞行数据判断飞行器是否飞行稳定，若飞行不稳定，则对飞行器的飞行数据进行补偿以使飞行器飞行稳定。同时，通过探测障碍物获取障碍信息，根据障碍信息和飞行器的预设飞行轨迹判断障碍物是否构成威胁，若构成威胁，则根据障碍物相对飞行器的相对位置生成飞行动作指令，以调整飞行器的飞行姿态，从而使飞行器和障碍物不发生位置重合，以实现避障。从而使得飞行器在飞行过程中，即使受到鸟类撞击，也可以保证飞行器可以迅速恢复稳定，同时，通过激光雷达探测障碍物，并根据障碍物与飞行器之间的相对位置进行避障，从而避免了视觉系统因外界环境影响，导致对障碍物的辨识度较差的问题，解决了飞行器易受外在的环境因素影响而导致飞行器出现飞行稳定性较差的技术问题。
以下为本发明提供的一种飞行器飞行稳定控制方法的实施例的具体描述。
本发明提供的一种飞行器飞行稳定控制方法，包括以下步骤：
S100、获取飞行器的当前飞行数据，其中，飞行数据包括飞行姿态参数和飞行速度；
可以理解的是，飞行器上设置各种传感器，通过传感器可以获取到飞行器的飞行姿态参数和飞行速度，飞行姿态参数包括俯仰角、偏航角、滚转角和角速度；
S200、根据飞行器的飞行状态在预设的稳定飞行数据库中匹配对应的稳定飞行数据阈值，飞行状态包括垂直起降状态和平飞状态；
具体地，步骤S200具体包括：
S20、基于控制终端获取飞行器的飞行状态，飞行状态包括垂直起降状态和平飞状态；
S21、根据飞行状态在预设的稳定飞行数据库中匹配对应的稳定飞行数据阈值，预设的稳定飞行数据库包括飞行状态及其对应的稳定飞行数据阈值，具体匹配过程为，
当飞行器的飞行状态为垂直起降状态时，则稳定飞行数据阈值包括：俯仰角的变化阈值为0°～5°，偏航角的变化阈值为0°～5°，滚转角的变化阈值为0°～5°，角速度的变化阈值为0～4rad/s，飞行速度的变化阈值为0～1m/s；
当飞行器的飞行状态为平飞状态时，则稳定飞行数据阈值包括：俯仰角的变化阈值为0°～60°，偏航角的变化阈值为0°～25°，滚转角的变化阈值为0°～25°，角速度和飞行速度的变化阈值趋于线性变化。
其中，角速度和飞行速度的变化阈值趋于线性变化可以表现为角加速度不变和飞行加速度不变。
S300、根据当前飞行数据与稳定飞行数据阈值的比较结果来判断飞行器的当前飞行是否稳定，若判断飞行器的当前飞行不稳定，则执行步骤S400，若判断飞行器的当前飞行稳定，则执行步骤S500；
在本实施例中，若当前飞行数据在稳定飞行数据阈值内的，则说明飞行器的当前飞行稳定，若当前飞行数据不在稳定飞行数据阈值内的，则说明飞行器的当前飞行不稳定，也即通过当前飞行数据与步骤S21中的各个值的变化阈值进行比较。
S400、调整飞行器的飞行数据，从而对当前飞行数据进行补偿，以使补偿后的飞行数据处于稳定飞行数据阈值之内，执行步骤S500；
需要说明的是，由于飞行器的飞行不稳定是由于当前飞行数据不在稳定飞行数据阈值内，因此，需要对当前飞行数据进行补偿，从而将飞行数据调整至处于稳定飞行数据阈值之内。
S500、通过激光雷达端对飞行器的前方可探测范围内的障碍物进行探测，获取障碍物的障碍信息，激光雷达设在飞行器上，障碍信息包括障碍物相对飞行器的相对位置、运动速度、驻留时间和相对距离；
S60、根据任务控制点下发的巡检任务规划飞行器的飞行轨迹；
需要说明的是，运维人员可以通过任务控制点根据巡检任务规划飞行器的飞行轨迹。
S61、建立飞行器的巡检空间范围的三维点云地图，在三维点云地图中以飞行轨迹的起点为原心，以飞行轨迹的起点指向终点的方向为横轴正方向建立三维局部坐标系，将飞行器的巡检空间范围内的点云位置统一映射到三维局部坐标系中，以得到点云空间坐标系；
需要说明的是，根据飞行器的巡检任务和飞行轨迹可以确定飞行器的巡检空间范围，其包括输电线路、树木和鸟类等。
S62、基于点云空间坐标系确定飞行轨迹的点云位置坐标序列；
需要说明的是，由于点云空间坐标系和飞行轨迹均确定，通过在点云空间坐标系中匹配飞行轨迹，可以得到飞行轨迹的一系列点云位置坐标序列，其序列是可以根据飞行轨迹由起点到终点进行排序。
S63、根据飞行器的当前点云位置坐标以及障碍物相对飞行器的相对位置，得到障碍物的点云位置坐标。
可以理解的是，在确定飞行器的当前点云位置坐标和障碍物相对飞行器的相对位置后，通过坐标换算可以得到障碍物的点云位置坐标。
S600、对飞行器的预设飞行轨迹和障碍信息进行分析，从而判断障碍物对飞行器的飞行是否构成威胁，若判断障碍物对飞行器的飞行构成威胁，则执行步骤S700；若判断障碍物对飞行器的飞行不构成威胁，则重新执行步骤S100；
具体地，步骤S600中的对飞行器的预设飞行轨迹和障碍信息进行分析，从而判断障碍物对飞行器的飞行是否构成威胁的步骤具体包括：
S601、判断障碍物的点云位置坐标是否属于点云位置坐标序列内，若判断障碍物的点云位置坐标属于点云位置坐标序列内，则执行步骤S602，若判断障碍物的点云位置坐标不属于点云位置坐标序列内，则执行步骤S603；
S602、判断障碍物的驻留时间是否大于预设的驻留时间阈值，若判断障碍物的驻留时间大于预设的驻留时间阈值，则判定障碍物对飞行器的飞行构成威胁，若判断障碍物的驻留时间不大于飞行时间，则判定障碍物对飞行器的飞行不构成威胁，并返回步骤S601；
需要说明的是，若障碍物的点云位置坐标属于点云位置坐标序列内，则说明飞行器与障碍物有可能位置重合导致相撞，因此，需要进一步判断该障碍物是否为动态障碍物，为此，步骤S602通过判断障碍物的驻留时间是否大于预设的驻留时间阈值，其中，预设的驻留时间阈值可以为5秒，当判断障碍物的驻留时间大于5秒时，则判定障碍物为静态障碍物，如树木；而静态障碍物则会一直停留在飞行器的飞行轨迹内，则说明存在威胁；若障碍物的驻留时间小于5秒时，则判定障碍物为动态障碍物，如鸟类，而动态障碍物脱离了飞行轨迹，则不会对飞行器的飞行暂时不构成威胁，但需要返回步骤S601，重新判断该障碍物是否属于点云位置坐标序列内，进而重复确定是否构成威胁。
S603、根据障碍物的驻留时间是否大于预设的驻留时间阈值，若判断障碍物的驻留时间大于预设的驻留时间阈值，则判定障碍物对飞行器的飞行不构成威胁，若判断障碍物的驻留时间不大于飞行时间，则执行步骤S604；
需要说明的是，若障碍物的点云位置坐标不属于点云位置坐标序列内，如果障碍物为静态障碍物，则不会对飞行器的飞行不构成威胁，若障碍物为动态障碍物，则该障碍物的后续运动轨迹可能对飞行器构成威胁，需要进一步确定威胁程度。
S604、根据障碍物相对飞行器的相对距离在预设时间内的变化量判断障碍物是否靠近飞行器运动，若判断障碍物靠近飞行器运动时，则判定障碍物对飞行器的飞行构成威胁，若判断障碍物远离飞行器运动时，则判定障碍物对飞行器的飞行不构成威胁。
需要说明的是，若动态障碍物相对飞行器的相对距离越来越近，则说明障碍物和飞行器的相撞概率越来越高，则对飞行器的飞行构成了威胁，若动态障碍物相对飞行器的相对距离越来越远，则说明障碍物和飞行器的相撞概率越来越低，则判定障碍物对飞行器的飞行不构成威胁。
S700、根据障碍物相对飞行器的相对位置和运动速度生成飞行动作指令，从而使飞行器和障碍物不发生位置重合，将动作指令发送至控制终端，飞行动作指令包括飞行器的飞行动作及其对应的动作参数。
具体地，步骤S700具体包括：
S701、根据障碍物的点云位置坐标和运动速度确定飞行器和障碍物的重合点云位置坐标；
需要说明的是，在具体实现中，由于障碍物的半径或尺寸不同，其点云位置坐标为障碍物的外围轮廓上的点云位置坐标集合。若障碍物为静态障碍物时，则障碍物的点云位置坐标即为重合点云位置坐标，若障碍物为动态障碍物时，则需要根据障碍物的点云位置坐标和飞行器的点云位置坐标序列内的各个点云位置坐标进行坐标计算，获得序列内各个点云位置到障碍物的点云位置的距离，再结合障碍物的运动速度计算障碍物到达序列内各个点云位置的障碍物到达时间，再通过飞行器的飞行速度和障碍物到达时间计算飞行器的运动长度，基于飞行器的当前点云位置坐标和运动长度换算得到飞行器到达点云位置坐标，以飞行器到达点云位置坐标为原点，障碍物的最大尺寸为半径做圆，其圆内的点云位置坐标即为重合点云位置坐标。
S702、根据重合点云位置坐标调整飞行器的飞行轨迹，从而使得飞行器的飞行轨迹脱离重合点云位置坐标，从而生成飞行动作指令，飞行动作指令包括飞行器的飞行动作及其对应的动作参数。
需要说明的是，由于根据重合点云位置坐标已经确定，为了使得飞行器不与障碍物相撞，也即需要使得飞行器的飞行轨迹脱离重合点云位置坐标，为此，可以调整飞行器的飞行轨迹以使得飞行器的点云位置坐标序列剔除重合点云位置坐标，从而实现对障碍物进行避障。
在本实施例中，飞行动作包括方向调整动作、自转动作和姿态动作；
方向调整动作对应的动作参数包括飞行器在前后方向、上下方向和左右方向上的运动距离以及对应的运动速度；
自转动作对应的动作参数包括自转角速度；
姿态动作对应的动作参数包括俯仰角、偏航角、滚转角和角速度。
S800、通过控制终端对飞行动作指令进行解析，得到动作执行信息，动作执行信息包括飞行器的各个运动控制器的动作补偿参数；
需要说明的是，由于飞行动作指令包含飞行器的飞行动作及其对应的动作参数，因此，通过控制终端可以解析出飞行器的飞行动作及其对应的动作参数，而飞行器的原始动作参数和解析出的动作参数进行差值比较，从而可以得出飞行器的各个运动控制器的动作补偿参数。
其中，飞行器的各个运动控制器包括俯仰角控制器、偏航角控制器、滚转角控制器、角速度控制器、前后运动控制器、上下运动控制器和左右运动控制器。
S900、通过控制终端将动作执行信息发送至飞行器的各个运动控制器，以使飞行器按照动作执行信息调整飞行姿态。
S10、重复执行步骤S5，从而获取新的障碍物的障碍信息；
需要说明的是，在调整飞行姿态后，飞行器在飞行过程中，需要持续探测障碍物和障碍物信息，以保证避障飞行。
S11、对飞行器的预设飞行轨迹和新的障碍物的障碍信息进行分析，从而判断新的障碍物对飞行器的飞行是否构成威胁，若判断新的障碍物对飞行器的飞行不构成威胁，则返回至预设飞行轨迹上进行飞行，执行步骤S1，若判断新的障碍物对飞行器的飞行构成威胁，则执行步骤S7。
需要说明的是，在持续探测新的障碍物和障碍物信息后，还需要持续判断新的障碍物对飞行器的飞行是否构成威胁，若新的障碍物对飞行器的飞行不构成威胁，则需要控制飞行器返回至预先设定好的飞行轨迹上进行飞行，以保证巡检的质量，通过循环进行飞行稳定控制，若判断新的障碍物对飞行器的飞行构成威胁，则需要继续策划避障策略。
以下为本发明提供的一种飞行器飞行稳定控制方法的实施例的详细描述，本发明还提供了一种飞行器飞行稳定控制系统，为了方便理解，请参阅图2，本系统包括：
获取模块100，用于获取飞行器的当前飞行数据，其中，飞行数据包括飞行姿态参数和飞行速度；
阈值匹配模块200，用于根据飞行器的飞行状态在预设的稳定飞行数据库中匹配对应的稳定飞行数据阈值，飞行状态包括垂直起降状态和平飞状态；
稳定判断模块300，用于根据当前飞行数据与稳定飞行数据阈值的比较结果来判断飞行器的当前飞行是否稳定；
飞行调整模块400，用于调整飞行器的飞行数据，从而对当前飞行数据进行补偿，以使补偿后的飞行数据处于稳定飞行数据阈值之内；
障碍探测模块500，用于通过激光雷达端对飞行器的前方可探测范围内的障碍物进行探测，还用于获取障碍物的障碍信息，激光雷达设在飞行器上，障碍信息包括障碍物相对飞行器的相对位置、运动速度、驻留时间和相对距离；
威胁判断模块600，用于对飞行器的预设飞行轨迹和障碍信息进行分析，从而判断障碍物对飞行器的飞行是否构成威胁；
动作指令生成模块700，用于根据障碍物相对飞行器的相对位置和运动速度生成飞行动作指令，从而使飞行器和障碍物不发生位置重合，还用于将动作指令发送至控制终端，飞行动作指令包括飞行器的飞行动作及其对应的动作参数；
动作指令解析模块800，用于通过控制终端对飞行动作指令进行解析，得到动作执行信息，动作执行信息包括飞行器的各个运动控制器的动作补偿参数；
执行模块900，用于通过控制终端将动作执行信息发送至飞行器的各个运动控制器，以使飞行器按照动作执行信息调整飞行姿态。
需要说明的是，本发明提供的一种飞行器飞行稳定控制系统的工作过程与上述实施例提供的一种飞行器飞行稳定控制方法的工作流程一致，在此不再赘述。
进一步，飞行姿态参数包括俯仰角、偏航角、滚转角和角速度；
阈值匹配模块具体包括飞行状态获取模块和阈值匹配子模块；
飞行状态获取模块，用于基于控制终端获取飞行器的飞行状态，飞行状态包括垂直起降状态和平飞状态；
阈值匹配子模块，用于根据飞行状态在预设的稳定飞行数据库中匹配对应的稳定飞行数据阈值，预设的稳定飞行数据库包括飞行状态及其对应的稳定飞行数据阈值，具体匹配过程为，
当飞行器的飞行状态为垂直起降状态时，则稳定飞行数据阈值包括：俯仰角的变化阈值为0°～5°，偏航角的变化阈值为0°～5°，滚转角的变化阈值为0°～5°，角速度的变化阈值为0～4rad/s，飞行速度的变化阈值为0～1m/s；
当飞行器的飞行状态为平飞状态时，则稳定飞行数据阈值包括：俯仰角的变化阈值为0°～60°，偏航角的变化阈值为0°～25°，滚转角的变化阈值为0°～25°，角速度和飞行速度的变化阈值趋于线性变化。
进一步地，本系统还包括：
飞行轨迹规划模块，用于根据任务控制点下发的巡检任务规划飞行器的飞行轨迹；
坐标系构建模块，用于建立飞行器的巡检空间范围的三维点云地图，还用于在三维点云地图中以飞行轨迹的起点为原心，以飞行轨迹的起点指向终点的方向为横轴正方向建立三维局部坐标系，还用于将飞行器的巡检空间范围内的点云位置统一映射到三维局部坐标系中，以得到点云空间坐标系；
坐标序列模块，用于基于点云空间坐标系确定飞行轨迹的点云位置坐标序列；
障碍物坐标模块，用于根据飞行器的当前点云位置坐标以及障碍物相对飞行器的相对位置，得到障碍物的点云位置坐标。
进一步地，威胁判断模块包括：
障碍物坐标归属判断模块，用于判断障碍物的点云位置坐标是否属于点云位置坐标序列内；
第一障碍物驻留判断模块，用于判断障碍物的驻留时间是否大于预设的驻留时间阈值，还用于若判断障碍物的驻留时间大于预设的驻留时间阈值，则判定障碍物对飞行器的飞行构成威胁，还用于若判断障碍物的驻留时间不大于飞行时间，则判定障碍物对飞行器的飞行不构成威胁；
第二障碍物驻留判断模块，用于根据障碍物的驻留时间是否大于预设的驻留时间阈值，还用于若判断障碍物的驻留时间大于预设的驻留时间阈值，则判定障碍物对飞行器的飞行不构成威胁，还用于若判断障碍物的驻留时间不大于飞行时间；
距离变化判断模块，用于根据障碍物相对飞行器的相对距离在预设时间内的变化量判断障碍物是否靠近飞行器运动，还用于若判断障碍物靠近飞行器运动时，则判定障碍物对飞行器的飞行构成威胁，还用于若判断障碍物远离飞行器运动时，则判定障碍物对飞行器的飞行不构成威胁。
进一步地，动作指令生成模块具体包括：
重合坐标确定模块，用于根据障碍物的点云位置坐标和运动速度确定飞行器和障碍物的重合点云位置坐标；
避障模块，用于根据重合点云位置坐标调整飞行器的飞行轨迹，从而使得飞行器的飞行轨迹脱离重合点云位置坐标，从而生成飞行动作指令，飞行动作指令包括飞行器的飞行动作及其对应的动作参数。
进一步地，飞行动作包括方向调整动作、自转动作和姿态动作；
方向调整动作对应的动作参数包括飞行器在前后方向、上下方向和左右方向上的运动距离以及对应的运动速度；
自转动作对应的动作参数包括自转角速度；
姿态动作对应的动作参数包括俯仰角、偏航角、滚转角和角速度。
进一步地，本系统还包括：飞行控制模块，用于对飞行器的预设飞行轨迹和新的障碍物的障碍信息进行分析，从而判断新的障碍物对飞行器的飞行是否构成威胁，还用于若判断新的障碍物对飞行器的飞行不构成威胁，则返回至预设飞行轨迹上进行飞行，并通知获取模块进行工作，若判断新的障碍物对飞行器的飞行构成威胁，则通知动作指令生成模块进行工作。
本实施例通过飞行器的飞行状态结合当前飞行数据判断飞行器是否飞行稳定，若飞行不稳定，则对飞行器的飞行数据进行补偿以使飞行器飞行稳定。同时，通过探测障碍物获取障碍信息，根据障碍信息和飞行器的预设飞行轨迹判断障碍物是否构成威胁，若构成威胁，则根据障碍物相对飞行器的相对位置生成飞行动作指令，以调整飞行器的飞行姿态，从而使飞行器和障碍物不发生位置重合，以实现避障。从而使得飞行器在飞行过程中，即使受到鸟类撞击，也可以保证飞行器可以迅速恢复稳定，同时，通过激光雷达探测障碍物，并根据障碍物与飞行器之间的相对位置进行避障，从而避免了视觉系统因外界环境影响，导致对障碍物的辨识度较差的问题，解决了飞行器易受外在的环境因素影响而导致飞行器出现飞行稳定性较差的技术问题。
本发明还提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现如上述飞行器飞行稳定控制方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述飞行器飞行稳定控制方法的步骤。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：RandomAccess Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种飞行器飞行稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取飞行器的当前飞行数据，其中，飞行数据包括飞行姿态参数和飞行速度；
S2、根据所述飞行器的飞行状态在预设的稳定飞行数据库中匹配对应的稳定飞行数据阈值，所述飞行状态包括垂直起降状态和平飞状态；
S3、根据所述当前飞行数据与所述稳定飞行数据阈值的比较结果来判断所述飞行器的当前飞行是否稳定，若判断所述飞行器的当前飞行不稳定，则执行步骤S4，若判断所述飞行器的当前飞行稳定，则执行步骤S5；
S4、调整所述飞行器的飞行数据，从而对所述当前飞行数据进行补偿，以使补偿后的飞行数据处于所述稳定飞行数据阈值之内，执行步骤S5；
S5、通过激光雷达端对所述飞行器的前方可探测范围内的障碍物进行探测，获取所述障碍物的障碍信息，所述激光雷达设在所述飞行器上，所述障碍信息包括所述障碍物相对所述飞行器的相对位置、运动速度、驻留时间和相对距离；
S6、对所述飞行器的预设飞行轨迹和所述障碍信息进行分析，从而判断所述障碍物对所述飞行器的飞行是否构成威胁，若判断所述障碍物对所述飞行器的飞行构成威胁，则执行步骤S7；若判断所述障碍物对所述飞行器的飞行不构成威胁，则重新执行步骤S1；
S7、根据所述障碍物相对所述飞行器的相对位置和运动速度生成飞行动作指令，从而使所述飞行器和所述障碍物不发生位置重合，将所述动作指令发送至控制终端，所述飞行动作指令包括飞行器的飞行动作及其对应的动作参数；
S8、通过所述控制终端对所述飞行动作指令进行解析，得到动作执行信息，所述动作执行信息包括所述飞行器的各个运动控制器的动作补偿参数；
S9、通过所述控制终端将所述动作执行信息发送至所述飞行器的各个运动控制器，以使所述飞行器按照所述动作执行信息调整飞行姿态。
2.根据权利要求1所述的飞行器飞行稳定控制方法，其特征在于，所述飞行姿态参数包括俯仰角、偏航角、滚转角和角速度；
步骤S2具体包括：
S20、基于控制终端获取所述飞行器的飞行状态，所述飞行状态包括垂直起降状态和平飞状态；
S21、根据所述飞行状态在预设的稳定飞行数据库中匹配对应的稳定飞行数据阈值，所述预设的稳定飞行数据库包括所述飞行状态及其对应的所述稳定飞行数据阈值，具体匹配过程为，
当所述飞行器的所述飞行状态为垂直起降状态时，则所述稳定飞行数据阈值包括：所述俯仰角的变化阈值为0°～5°，所述偏航角的变化阈值为0°～5°，所述滚转角的变化阈值为0°～5°，所述角速度的变化阈值为0～4rad/s，所述飞行速度的变化阈值为0～1m/s；
当所述飞行器的所述飞行状态为平飞状态时，则所述稳定飞行数据阈值包括：所述俯仰角的变化阈值为0°～60°，所述偏航角的变化阈值为0°～25°，所述滚转角的变化阈值为0°～25°，所述角速度和所述飞行速度的变化阈值趋于线性变化。
3.根据权利要求1所述的飞行器飞行稳定控制方法，其特征在于，步骤S6之前包括：
S60、根据任务控制点下发的巡检任务规划所述飞行器的飞行轨迹；
S61、建立所述飞行器的巡检空间范围的三维点云地图，在所述三维点云地图中以所述飞行轨迹的起点为原心，以所述飞行轨迹的起点指向终点的方向为横轴正方向建立三维局部坐标系，将所述飞行器的巡检空间范围内的点云位置统一映射到所述三维局部坐标系中，以得到点云空间坐标系；
S62、基于所述点云空间坐标系确定所述飞行轨迹的点云位置坐标序列；
S63、根据所述飞行器的当前点云位置坐标以及所述障碍物相对所述飞行器的相对位置，得到所述障碍物的点云位置坐标。
4.根据权利要求3所述的飞行器飞行稳定控制方法，其特征在于，步骤S6中的对所述飞行器的预设飞行轨迹和所述障碍信息进行分析，从而判断所述障碍物对所述飞行器的飞行是否构成威胁的步骤具体包括：
S601、判断所述障碍物的点云位置坐标是否属于所述点云位置坐标序列内，若判断所述障碍物的点云位置坐标属于所述点云位置坐标序列内，则执行步骤S602，若判断所述障碍物的点云位置坐标不属于所述点云位置坐标序列内，则执行步骤S603；
S602、判断所述障碍物的驻留时间是否大于预设的驻留时间阈值，若判断所述障碍物的驻留时间大于所述预设的驻留时间阈值，则判定所述障碍物对所述飞行器的飞行构成威胁，若判断所述障碍物的驻留时间不大于所述飞行时间，则判定所述障碍物对所述飞行器的飞行不构成威胁，并返回步骤S601；
S603、根据所述障碍物的驻留时间是否大于所述预设的驻留时间阈值，若判断所述障碍物的驻留时间大于所述预设的驻留时间阈值，则判定所述障碍物对所述飞行器的飞行不构成威胁，若判断所述障碍物的驻留时间不大于所述飞行时间，则执行步骤S604；
S604、根据所述障碍物相对所述飞行器的相对距离在预设时间内的变化量判断所述障碍物是否靠近所述飞行器运动，若判断所述障碍物靠近所述飞行器运动时，则判定所述障碍物对所述飞行器的飞行构成威胁，若判断所述障碍物远离所述飞行器运动时，则判定所述障碍物对所述飞行器的飞行不构成威胁。
5.根据权利要求4所述的飞行器飞行稳定控制方法，其特征在于，步骤S7具体包括：
S701、根据所述障碍物的点云位置坐标和运动速度确定所述飞行器和所述障碍物的重合点云位置坐标；
S702、根据所述重合点云位置坐标调整所述飞行器的飞行轨迹，从而使得所述飞行器的飞行轨迹脱离所述重合点云位置坐标，从而生成飞行动作指令，所述飞行动作指令包括飞行器的飞行动作及其对应的动作参数。
6.根据权利要求5所述的飞行器飞行稳定控制方法，其特征在于，所述飞行动作包括方向调整动作、自转动作和姿态动作；
所述方向调整动作对应的所述动作参数包括所述飞行器在前后方向、上下方向和左右方向上的运动距离以及对应的运动速度；
所述自转动作对应的所述动作参数包括自转角速度；
所述姿态动作对应的所述动作参数包括俯仰角、偏航角、滚转角和角速度。
7.根据权利要求1所述的飞行器飞行稳定控制方法，其特征在于，步骤S9之后包括：
S10、重复执行步骤S5，从而获取新的障碍物的障碍信息；
S11、对所述飞行器的所述预设飞行轨迹和所述新的障碍物的障碍信息进行分析，从而判断所述新的障碍物对所述飞行器的飞行是否构成威胁，若判断所述新的障碍物对所述飞行器的飞行不构成威胁，则返回至所述预设飞行轨迹上进行飞行，执行步骤S1，若判断所述新的障碍物对所述飞行器的飞行构成威胁，则执行步骤S7。
8.一种飞行器飞行稳定控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取飞行器的当前飞行数据，其中，飞行数据包括飞行姿态参数和飞行速度；
阈值匹配模块，用于根据所述飞行器的飞行状态在预设的稳定飞行数据库中匹配对应的稳定飞行数据阈值，所述飞行状态包括垂直起降状态和平飞状态；
稳定判断模块，用于根据所述当前飞行数据与所述稳定飞行数据阈值的比较结果来判断所述飞行器的当前飞行是否稳定；
飞行调整模块，用于调整所述飞行器的飞行数据，从而对所述当前飞行数据进行补偿，以使补偿后的飞行数据处于所述稳定飞行数据阈值之内；
障碍探测模块，用于通过激光雷达端对所述飞行器的前方可探测范围内的障碍物进行探测，还用于获取所述障碍物的障碍信息，所述激光雷达设在所述飞行器上，所述障碍信息包括所述障碍物相对所述飞行器的相对位置、运动速度、驻留时间和相对距离；
威胁判断模块，用于对所述飞行器的预设飞行轨迹和所述障碍信息进行分析，从而判断所述障碍物对所述飞行器的飞行是否构成威胁；
动作指令生成模块，用于根据所述障碍物相对所述飞行器的相对位置和运动速度生成飞行动作指令，从而使所述飞行器和所述障碍物不发生位置重合，还用于将所述动作指令发送至控制终端，所述飞行动作指令包括飞行器的飞行动作及其对应的动作参数；
动作指令解析模块，用于通过所述控制终端对所述飞行动作指令进行解析，得到动作执行信息，所述动作执行信息包括所述飞行器的各个运动控制器的动作补偿参数；
执行模块，用于通过所述控制终端将所述动作执行信息发送至所述飞行器的各个运动控制器，以使所述飞行器按照所述动作执行信息调整飞行姿态。
9.一种电子设备，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任一项所述飞行器飞行稳定控制方法的步骤。
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任一项所述飞行器飞行稳定控制方法的步骤。
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