CN114379778B - 一种利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离的系统，系统包括设置于无人机测量端的激光测距传感器，激光测距传感器用于向电力塔塔顶目标发射点发射测距激光束；并接收反射的激光束信号，解析获得测距信号；测距信号包括激光测距传感器的空间姿态信息；设置于无人机机身上的姿态传感器，用于对无人机的测量姿态信息进行测量；处理器，用于接收激光测距传感器的空间位置信息以及姿态传感器的信号，用于分析电力杆塔塔顶偏移距离。以此方式，相对于在地面用经纬仪等传统测绘设备和仪器进行测量，使得无人机和激光测距传感器能够对电力杆塔的顶部进行测量，从而使得能够在多个无遮蔽的条件下对电力杆塔的顶部进行精确的测量。

Description

一种利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离的系统和方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离的系统和方法。

背景技术

随着社会科技的快速发展，电子技术发展的非常迅速，无人机也是电子科技的产物，无人机顾名思义就是无人飞行器，主要就是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作，无人机的出现，可进行危险情况下的探索，无人机被广泛应用在各行各业，对于电力巡检，电力杆塔倾覆监测是一项重要的事项。一种常用的评价指标是：在一定时间跨度内，杆塔塔顶的偏移距离和沉降距离。一种常见的方法是：在地面用经纬仪等传统测绘设备和方法，观测塔顶某一点的空间坐标。这种方法人力消耗大，对于塔底树木密布、遮挡视线的情形，难以操作；对于人力难以到达的位置，甚至无法完成有效的测量。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种利用无人机搭载激光测距传感器的方式来进行电力杆杆塔顶的测量，以此方式，相对于在地面用经纬仪等传统测绘设备和仪器进行测量，使得无人机和激光测距传感器能够对电力杆塔的顶部进行测量，从而使得能够在多个无遮蔽的条件下对电力杆塔的顶部进行精确的测量。

本发明提出了一种利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离的系统，其特征在于：

所述系统包括：

设置于无人机测量端的激光测距传感器，所述激光测距传感器用于向所述电力塔塔顶目标发射点发射测距激光束；并接收反射的激光束信号，解析获得所述测距信号；所述测距信号包括所述激光测距传感器的空间姿态信息；

设置于无人机机身上的姿态传感器，用于对无人机的测量姿态信息进行测量；

处理器，用于接收所述激光测距传感器的空间位置信息以及所述姿态传感器的信号，用于分析所述电力杆塔塔顶偏移距离。

进一步地，所述激光测距传感器的测距激光光束的发射方向进行角度的调整以使得获取对相同目标发射点或者是不同目标发射点取得多次测量结果。

进一步地，所述激光测距传感器的空间姿态信息为所述激光测距传感器在所述激光发射方向上的长度。

进一步地，所述无人机的测量姿态信息包括无人机的经度、维度和海拔高度。

本发明还公开了一种利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

设置在无人机上的姿态传感器，获取无人机的姿态信息：经度Lng_UAV，纬度Lat_UAV，海拔H_UAV；

获取激光测距传感器所作用到杆塔顶部目标点的海拔为：

H_point＝H_UAV-h-(D+l)·sinα；h为所述姿态传感器的无人机空间定位点和所述激光测距传感器的激光测距转轴之间的距离；D为所述激光测距传感器与电力杆杆塔顶目标发射点之间的距离；l为所述激光测距传感器的激光束的发射方向上的空间姿态长度；

获取所述目标发射点的经度、纬度信息为：

θ为所述激光测距传感器的激光束的发射方向与正北方向的角度，R_earth为地球半径；

以两个时间差内所获得的所述目标发射点的经度、维度、海拔信息以获取电力杆塔塔顶偏移距离：

第一时间，测得的目标点的空间坐标为：

(Lng1_point,Lat1_point,H1_point)

第二时间，测得的目标点的空间坐标为：

(Lng2_point,Lat2_point,H2_point)

计算：

其中ΔDew_point为东西方向的偏移距离、ΔDsn_point为南北方向的偏移距离、ΔH_point为海拔沉降距离。

进一步本发明还公开了一种终端设备，其特征在于，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行上述方法的步骤。

进一步本发明还公开了一种计算机可读介质，其特征在于，其存储有可由终端设备执行的计算机程序，当所述程序在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行上述方法的步骤。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，相对于在地面用经纬仪等传统测绘设备和仪器进行测量，使得无人机和激光测距传感器能够对电力杆塔的顶部进行测量，从而使得能够在多个无遮蔽的条件下对电力杆塔的顶部进行精确的测量。

附图说明

图1为按照本发明实现的利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离测量装置的整体测量示意图。

图2为按照本发明实现的利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离测量装置的激光器的投射角度的示意图。

图3为按照本发明实现的利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离测量装置进行塔尖测量的示意图。

图4为按照本发明实现的利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离测量装置进行塔尖测量的无人机的机头朝向的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1中所示，为按照本发明所提出的利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离的系统，其中上述系统包括：

设置于无人机底部的激光测距传感器，其中上述激光测距传感器的测距激光线可以进行角度的调整，以某一角度发射测距激光束，从而获取杆塔塔顶的测量结果，在一些实施方式中激光测距传感器的测距激光光束的发射方向进行角度的调整以使得获取对相同目标发射点或者是不同目标发射点取得多次测量结果。

其中，如图2中所示，整个激光测距的长度为l，以某一点为无人机的空间定位点，在这点的相关位置可以设置姿态传感器来进行无人机的姿态的测量，其中无人机空间定位点和激光测距转轴之间的距离为h；其中，激光测距传感器的激光发射方向与水平线之间的角度为α，如图3中所述，激光测距传感器与杆塔测量点之间的距离记为D，其中，在无人机的测量的姿态上，其中激光朝向的方向与正北方向的角度记为θ，如图4中所示，其中采用上述方法的测量原理如下：

另设无人机自身定位数据(即图中“无人机空间定位点”的空间坐标)为：

(Lng_UAV,Lat_UAV,H_UAV)

Lng_UAV——无人机的经度

Lat_UAV——无人机的纬度

H_UAV——无人机的海拔

设地球半径为：

R_earth

则激光测距传感器所作用到杆塔顶部目标点的海拔为：

H_point＝H_UAV-h-(D+l)·sinα；

目标点的经度为：

目标点的纬度为：

按照上面的方法，可以计算得到目标点的空间坐标，其中包含了目标点的经度、纬度、海拔。

那么，就可以在不同的时间分别测量目标点的空间坐标，进而得到目标点在该时间内的空间偏移距离和沉降距离。

设在某一时间，测得的目标点的空间坐标为：

(Lng1_point,Lat1_point,H1_point)

设在另一时间，测得的目标点的空间坐标为：

(Lng2_point,Lat2_point,H2_point)

那么在该时间跨度内，东西方向的偏移距离、南北方向的偏移距离ΔDew_point、ΔDsn_point、目标点的沉降距离ΔH_point可以按下式计算：

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离的方法，所述方法基于利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离的系统，包括：

设置于无人机测量端的激光测距传感器，所述激光测距传感器用于向电力杆塔塔顶目标发射点发射测距激光束；并接收反射的激光束信号，解析获得测距信号；所述测距信号包括所述激光测距传感器的空间姿态信息；

设置于无人机机身上的姿态传感器，用于对无人机的测量姿态信息进行测量；

处理器，用于接收所述激光测距传感器的空间位置信息以及所述姿态传感器的信号，用于分析所述电力杆塔塔顶偏移距离；

其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取无人机的姿态信息：经度Lng_UAV，纬度Lat_UAV，海拔H_UAV；

获取激光测距传感器所作用到所述电力杆塔塔顶目标发射点的海拔为：

H_point＝H_UAV-h-(D+l)·sinα；

h为所述姿态传感器的无人机空间定位点和所述激光测距传感器的激光测距转轴之间的距离；D为所述激光测距传感器与所述电力杆塔塔顶目标发射点之间的距离；l为所述激光测距传感器的激光束的发射方向上的空间姿态长度；

获取所述电力杆塔塔顶目标发射点的经度、纬度信息为：

θ为所述激光测距传感器的激光束的发射方向与正北方向的角度，R_earth为地球半径；

以两个时间差内所获得的所述电力杆塔塔顶目标发射点的经度、维度、海拔信息以获取电力杆塔塔顶偏移距离：

第一时间，测得的所述电力杆塔塔顶目标发射点的空间坐标为：

(Lng1_point,Lat1_point,H1_point)

第二时间，测得的所述电力杆塔塔顶目标发射点的空间坐标为：

(Lng2_point,Lat2_point,H2_point)

计算偏移距离：

其中ΔDew_point为东西方向的偏移距离、ΔDsn_point为南北方向的偏移距离、ΔH_point为海拔沉降距离。

2.根据权利要求1所述的利用无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离的方法，其特征在于，所述激光测距传感器的测距激光光束的发射方向进行角度的调整以使得获取对相同目标发射点或者是不同目标发射点取得多次测量结果。

3.一种终端设备，其特征在于，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行权利要求1-2任一项中所述方法的步骤。

4.一种计算机可读介质，其特征在于，其存储有可由终端设备执行的计算机程序，当所述程序在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行权利要求1-2任一项中所述方法的步骤。

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