CN115309190A - 一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法、系统 - Google Patents
一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法、系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法、系统，属于无人机智能管理技术领域。其特征在于，工作步骤为：1)首先通过线路杆塔的三维激光点云数据，基于3D和DSM建模，利用关键点选取算法生成无人机的航点；2)应用仿线飞行航线自动规划算法自主规划出仿线飞行的航线；3)同时在飞行过程中运用最短线距算法，保证无人机离线距离，避障算法保障无人机的飞行安全；4)利用自动聚焦算法，确保镜头拍摄角度，最后无人机安全起飞与返航算法属于无人机飞行调优算法，飞机以任务中距离最近的航点为第一航点开始执行任务。本发明使飞行的无人机随着线路起伏调整相对高度，保证无人机图像与线路距离稳定。
Description
技术领域
一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法、系统，属于无人机智能管理技术领域。
背景技术
输电线路设备是电力系统的重要组成部分，其安全状态是十分重要的，输电设备的运行质量对于电力系统的高效,稳定,安全运行有着重要的意义。
架空输电线路分布面广，所经过的区域环境存在较大的差异，自身结构中组件较多，形成故障的因素较多,其安全稳定运行对保证电网结构的完整性起着决定性作用。因此，电力线路故障预防历来是电力系统的一项重要工作。
中国专利CN202111027434.7公开了一种输电线路无人机巡视图片智能分类、命名的方法，智能分类方法通过构建运维线路基本信息库对无人机巡视图片进行分类，所述运维线路基本信息库储有杆号、杆塔基准点经纬度和杆塔归属线路，当对导入的无人机巡视图片进行分类时，以杆塔基准点经纬度、巡视图片中的拍摄点经纬度坐标信息来计算拍摄点与杆塔之间的距离，并按计算结果的距离远近阈值范围来对巡视图片按杆塔归属线路及杆号进行归类；所述智能命名方法先对无人机巡视作业进行规定，再结合巡视图片归类结果对巡视图片中的输电设备部件图片进行后续智能识别命名；本发明能对无人机巡视图片进行自动分类和命名，节省时间和人工开销。
无人机巡视成为电力线路故障预防的主流手段。当前无人机巡检已实现了本体巡检、通道巡检、点云扫描、可见光图像拍摄、红外测温的自主飞行。随着无人机的应用，各种问题也随之而来，尤其是地表建筑制约无人机的应用，首先是无人机航线经过山地、盆地等特殊地形的输电线路，无人机自主飞行显得尤为呆滞，无人机的起飞高度是起飞点的相对高度，飞行高度过高低洼处的图像不清晰，发现隐患不及时，工作质量下降，飞行高度过低无人机风险过高，易撞击障碍物导致坠机。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种保证无人机图像与线路距离稳定输电线路无人机智能仿线飞行的方法、系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法，其特征在于，工作步骤为：
1)首先通过线路杆塔的三维激光点云数据，进行基于数据的的3D建模，同时结合DSM建模，利用关键点选取算法生成无人机的航点；
2)系统根据线路与杆塔台账信息，结合生成的航点数据，应用仿线飞行航线自动规划算法自主规划出仿线飞行的航线；
3)同时在飞行过程中运用最短线距算法，保证无人机离线距离，避障算法保障无人机的飞行安全；
4)利用自动聚焦算法，确保镜头拍摄角度，最后无人机安全起飞与返航算法属于无人机飞行调优算法，飞机以任务中距离最近的航点为第一航点开始执行任务。
本发明首先通过线路杆塔的三维激光点云数据，进行基于数据的的3D建模，同时结合DSM建模，利用关键点选取算法生成航点。系统根据线路与杆塔台账信息，结合生成的航点数据，应用仿线飞行航线自动规划算法自主规划出仿线飞行的航线。同时在飞行过程中运用最短线距算法，保证无人机离线距离，避障算法保障无人机的飞行安全。利用自动聚焦算法，确保镜头拍摄角度，最后无人机安全起飞与返航算法属于无人机飞行调优算法，飞机起飞后不是飞往第一航点，而是以任务中距离最近的航点为第一航点开始执行任务，保证无人机飞行期间航线都在通道附近。
优选的一种上述输电线路无人机智能仿线飞行的方法，所述的三维激光点云数据的整个点云数据建模过程包括数据预处理和模型重建，数据预处理为模型重建提供可靠精确的点云数据，降低模型重建的复杂度，提高模型重构的精确度和速度。
优选的一种上述输电线路无人机智能仿线飞行的方法，所述的关键点选取算法是一种基于法向量分布特征的关键点初始匹配与迭代最近点的精确配准的两步点云配准算法。
优选的一种上述输电线路无人机智能仿线飞行的方法，其特征在于：所述的杆塔台账信息包括导线接补、地线接补、转角角度、弓子线和重锤片杆塔防雷信息。
优选的一种上述输电线路无人机智能仿线飞行的方法，所述的自动规划算法在接收到一个给定的行驶目的地之后，结合地图信息，生成一条全局的路径，作为为后续具体路径规划的参考。
优选的一种上述输电线路无人机智能仿线飞行的方法，所述的避障算法将无人机的工作环境分解为系列具有二值信息的栅格单元，每个矩形栅格中有个积累值，表示在此处存在障碍物的可信度，高的累计值表示存在障碍物的可信度高。
优选的一种上述输电线路无人机智能仿线飞行的方法，所述的自动聚焦算法包括相机的对焦电机向下移动80步，判断遍历是否完成，若遍历未完成则计算图像的清晰度，并判断所述清晰度与设定阈值的大小，若所述清晰度小于等于所述设定阈值的1/2，则所述对焦电机向上移动12步，若所述清晰度小于等于所述设定阈值的2/3且大于所述设定阈值的1/2，则所述对焦电机向上移动8步，若所述清晰度大于所述设定阈值的2/3，则所述对焦电机向上移动4步；并重新判断遍历是否完成，遍历完成以后即完成粗对焦，然后进行细对焦。
一种上述的输电线路无人机智能仿线飞行的方法的系统，其特征在于：包括通过无线信号连接的三维激光点和控制器，所述的控制器包括关键点选取算法模块、自动规划算法模块、最短线距算法模块和避障算法模块。
与现有技术相比，本发明的一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法、系统所具有的有益效果是：本发明针对现有无人机飞行无法及时调整相对高度，拍摄不清晰，起飞与降落不安全，无法直接通过直接设置海拔高度起飞的问题，本发明要解决的技术问题是飞行的无人机随着线路起伏调整相对高度，保证无人机图像与线路距离稳定。本发明优点是减少飞手作业的压力，减少中断作业的次数，提高作业效率和巡视质量。本发明关键技术点在于，基于三维点云数据的建模算法，点云数据关键点选取算法，精准化的无人机航线数据合成算法。高效与安全基准的无人机飞行模式深度调优算法。
具体实施方式
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施。
实施例1
系统包括通过无线信号连接的三维激光点和控制器，控制器包括关键点选取算法模块、自动规划算法模块、最短线距算法模块和避障算法模块。工作步骤为：
1)首先通过线路杆塔的三维激光点云数据，进行基于数据的的3D建模，同时结合DSM建模，利用关键点选取算法生成无人机的航点；三维激光点云数据的整个点云数据建模过程包括数据预处理和模型重建，数据预处理为模型重建提供可靠精确的点云数据，降低模型重建的复杂度，提高模型重构的精确度和速度；
2)系统根据线路与杆塔台账信息，结合生成的航点数据，应用仿线飞行航线自动规划算法自主规划出仿线飞行的航线；杆塔台账信息包括导线接补、地线接补、转角角度、弓子线和重锤片杆塔防雷信息；自动规划算法在接收到一个给定的行驶目的地之后，结合地图信息，生成一条全局的路径，作为为后续具体路径规划的参考；
3)同时在飞行过程中运用最短线距算法，保证无人机离线距离，避障算法保障无人机的飞行安全；避障算法将无人机的工作环境分解为系列具有二值信息的栅格单元，每个矩形栅格中有个积累值，表示在此处存在障碍物的可信度，高的累计值表示存在障碍物的可信度高；
4)利用自动聚焦算法，确保镜头拍摄角度，自动聚焦算法包括相机的对焦电机向下移动80步，判断遍历是否完成，若遍历未完成则计算图像的清晰度，并判断所述清晰度与设定阈值的大小，若所述清晰度小于等于所述设定阈值的1/2，则所述对焦电机向上移动12步，若所述清晰度小于等于所述设定阈值的2/3且大于所述设定阈值的1/2，则所述对焦电机向上移动8步，若所述清晰度大于所述设定阈值的2/3，则所述对焦电机向上移动4步；并重新判断遍历是否完成，遍历完成以后即完成粗对焦，然后进行细对焦；最后无人机安全起飞与返航算法属于无人机飞行调优算法，飞机以任务中距离最近的航点为第一航点开始执行任务。
实施例2
系统包括通过无线信号连接的三维激光点和控制器，控制器包括关键点选取算法模块、自动规划算法模块、最短线距算法模块和避障算法模块。工作步骤为：
1)首先通过线路杆塔的三维激光点云数据，进行基于数据的的3D建模，同时结合DSM建模，利用关键点选取算法生成无人机的航点；三维激光点云数据的整个点云数据建模过程包括数据预处理和模型重建，数据预处理为模型重建提供可靠精确的点云数据，降低模型重建的复杂度，提高模型重构的精确度和速度；关键点选取算法是一种基于法向量分布特征的关键点初始匹配与迭代最近点的精确配准的两步点云配准算法；
2)系统根据线路与杆塔台账信息，结合生成的航点数据，应用仿线飞行航线自动规划算法自主规划出仿线飞行的航线；杆塔台账信息包括导线接补、地线接补、转角角度、弓子线和重锤片杆塔防雷信息；
3)同时在飞行过程中运用最短线距算法，保证无人机离线距离，避障算法保障无人机的飞行安全；避障算法将无人机的工作环境分解为系列具有二值信息的栅格单元，每个矩形栅格中有个积累值，表示在此处存在障碍物的可信度，高的累计值表示存在障碍物的可信度高；
4)利用自动聚焦算法，确保镜头拍摄角度，自动聚焦算法包括相机的对焦电机向下移动80步，判断遍历是否完成，若遍历未完成则计算图像的清晰度，并判断所述清晰度与设定阈值的大小，若所述清晰度小于等于所述设定阈值的1/2，则所述对焦电机向上移动12步，若所述清晰度小于等于所述设定阈值的2/3且大于所述设定阈值的1/2，则所述对焦电机向上移动8步，若所述清晰度大于所述设定阈值的2/3，则所述对焦电机向上移动4步；并重新判断遍历是否完成，遍历完成以后即完成粗对焦，然后进行细对焦；最后无人机安全起飞与返航算法属于无人机飞行调优算法，飞机以任务中距离最近的航点为第一航点开始执行任务。
实施例3
系统包括通过无线信号连接的三维激光点和控制器，控制器包括关键点选取算法模块、自动规划算法模块、最短线距算法模块和避障算法模块。工作步骤为：
1)首先通过线路杆塔的三维激光点云数据，进行基于数据的的3D建模，同时结合DSM建模，利用关键点选取算法生成无人机的航点；三维激光点云数据的整个点云数据建模过程包括数据预处理和模型重建，数据预处理为模型重建提供可靠精确的点云数据，降低模型重建的复杂度，提高模型重构的精确度和速度；关键点选取算法是一种基于法向量分布特征的关键点初始匹配与迭代最近点的精确配准的两步点云配准算法；
2)系统根据线路与杆塔台账信息，结合生成的航点数据，应用仿线飞行航线自动规划算法自主规划出仿线飞行的航线；杆塔台账信息包括导线接补、地线接补、转角角度、弓子线和重锤片杆塔防雷信息；自动规划算法在接收到一个给定的行驶目的地之后，结合地图信息，生成一条全局的路径，作为为后续具体路径规划的参考。
3)同时在飞行过程中运用最短线距算法，保证无人机离线距离，避障算法保障无人机的飞行安全；避障算法将无人机、目标点和障碍物的再顶点进行组合连接，连接的直线视为弧，要求机器人和障碍物各顶点之间、目标点和障碍物各顶点之间以及障碍物顶点与顶点之间的连线均不能穿越障碍物，即直线是可视的，无人机延这些可视线行进直至离开该障碍；
4)利用自动聚焦算法，确保镜头拍摄角度，自动聚焦算法包括相机的对焦电机向下移动80步，判断遍历是否完成，若遍历未完成则计算图像的清晰度，并判断所述清晰度与设定阈值的大小，若所述清晰度小于等于所述设定阈值的1/2，则对焦电机向上移动12步，若清晰度小于等于所述设定阈值的2/3且大于所述设定阈值的1/2，则所述对焦电机向上移动8步，若所述清晰度大于所述设定阈值的2/3，则所述对焦电机向上移动4步；并重新判断遍历是否完成，遍历完成以后即完成粗对焦，然后进行细对焦；最后无人机安全起飞与返航算法属于无人机飞行调优算法，飞机以任务中距离最近的航点为第一航点开始执行任务。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法，其特征在于，工作步骤为：
1)首先通过线路杆塔的三维激光点云数据，进行基于数据的的3D建模，同时结合DSM建模，利用关键点选取算法生成无人机的航点；
2)系统根据线路与杆塔台账信息，结合生成的航点数据，应用仿线飞行航线自动规划算法自主规划出仿线飞行的航线；
3)同时在飞行过程中运用最短线距算法，保证无人机离线距离，避障算法保障无人机的飞行安全；
4)利用自动聚焦算法，确保镜头拍摄角度，最后无人机安全起飞与返航算法属于无人机飞行调优算法，飞机以任务中距离最近的航点为第一航点开始执行任务。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法，其特征在于：所述的三维激光点云数据的整个点云数据建模过程包括数据预处理和模型重建，数据预处理为模型重建提供可靠精确的点云数据，降低模型重建的复杂度，提高模型重构的精确度和速度。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法，其特征在于：所述的关键点选取算法是一种基于法向量分布特征的关键点初始匹配与迭代最近点的精确配准的两步点云配准算法。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法，其特征在于：所述的杆塔台账信息包括导线接补、地线接补、转角角度、弓子线和重锤片杆塔防雷信息。
5.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法，其特征在于：所述的自动规划算法在接收到一个给定的行驶目的地之后，结合地图信息，生成一条全局的路径，作为为后续具体路径规划的参考。
6.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法，其特征在于：所述的避障算法将无人机的工作环境分解为系列具有二值信息的栅格单元，每个矩形栅格中有个积累值，表示在此处存在障碍物的可信度，高的累计值表示存在障碍物的可信度高。
7.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机智能仿线飞行的方法，其特征在于：所述的自动聚焦算法包括相机的对焦电机向下移动80步，判断遍历是否完成，若遍历未完成则计算图像的清晰度，并判断所述清晰度与设定阈值的大小，若所述清晰度小于等于所述设定阈值的1/2，则所述对焦电机向上移动12步，若所述清晰度小于等于所述设定阈值的2/3且大于所述设定阈值的1/2，则所述对焦电机向上移动8步，若所述清晰度大于所述设定阈值的2/3，则所述对焦电机向上移动4步；并重新判断遍历是否完成，遍历完成以后即完成粗对焦，然后进行细对焦。
8.一种基于权利要求1～7任一项所述的输电线路无人机智能仿线飞行方法的系统，其特征在于：包括通过无线信号连接的三维激光点和控制器，所述的控制器包括关键点选取算法模块、自动规划算法模块、最短线距算法模块和避障算法模块。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116185079A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-05-30 | 西安迈远科技有限公司 | 一种基于自适应巡航的无人机施工巡检航线规划方法 |
| CN117968705A (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 电缆线路的巡检方法、装置、可读存储介质和处理器 |
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| CN116185079A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-05-30 | 西安迈远科技有限公司 | 一种基于自适应巡航的无人机施工巡检航线规划方法 |
| CN116185079B (zh) * | 2023-04-28 | 2023-08-04 | 西安迈远科技有限公司 | 一种基于自适应巡航的无人机施工巡检航线规划方法 |
| CN117968705A (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 电缆线路的巡检方法、装置、可读存储介质和处理器 |
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