CN115494878B - 基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，包括：在输电线路的一侧设置适航区域，并且将所述适航区域和输电线路标记在世界坐标系中；控制无人机连续获取输电线路的图像，并且根据所述图像通过三角定位的方式，将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中；当检测到障碍物时，选取在水平坐标上与所述输电线路之间的距离最近的轮廓点作为导航点；将无人机导航至所述导航点，并恢复无人机沿所述输电线路的水平方向飞行；当世界坐标系中标记的输电线路的三维区域标记出现缺失时，控制无人机沿所述水平方向的相反方向飞行，直到所述缺失被补全。该方案对输电线路监控过程的完整性强。
Description
技术领域
本申请涉及无人机巡线技术领域，尤其涉及基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法。
背景技术
高压输电线路，为了保证电力能源的利用率，防止电力损耗，需要在导电性能差的空气中进行长距离输送，考虑到安全因素，高压输电缆设置的高度较高。而发电站因为受到环境因素及环保上的需求，通常建设的距离城市的主要区域较远，如此便意味着输电线路通常距离很大，110KV的输电线路通常长达上百公里，部分特高压输电线路目前已经能够实现300km以上的电力输送，对距离地面数十米长达几十上百公里的输电线路进行安全盘查，显然会耗费及其惊人的人力。
随着视频技术和图像处理技术的发展，各种探测手段的小型化和轻便化，以及无人机技术的普及，通过无人机代替人力进行线路巡查能够大大提升巡线的效率。现有的无人机巡线方案，通常依照巡线路径行走，通过光学设备或视频拍摄设备，拍摄输电线路，形成巡线图，工程人员通过经过了图像处理巡线图查看线路的情况，找到隐患点和故障点。然而输电线路距离较长周围的环境多样，现有的无人巡线方案通常基于理想的巡线环境获取数据当面临障碍物阻碍的时候，无法有效规划巡线路线，使得无人机距离输电线路过近、过远或障碍物遮挡了无人机，造成部分区域的线路的数据没有被有效采集，其中，避障导致无人机距离输电线路过远，会造成图像分辨率受损；避障导致无人机距离输电线路过近，无人机的电子设备，会受到高压线附近的强磁场环境影响，而失灵；避障导致输电线路被障碍物遮挡，显然也无法被无人机拍摄。上述三种情况均会造成巡线图的缺失。
发明内容
本申请实施例的目的在于提出一种检测到障碍物之后，规避障碍物的同时，保证输电线路的数据被有效采集。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，采用了如下所述的技术方案：
基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，包括下述步骤：
在输电线路的一侧设置适航区域，并且将所述适航区域和输电线路标记在世界坐标系中，所述输电线路在世界坐标系中被标记为水平面中一组首尾连接的线段；所述适航区域在世界坐标系中被标记为一个三维的飞行区域；
控制无人机在三维的飞行区域内飞行，并沿所述输电线路的水平方向向所述输电线路的终点移动，在飞行的过程中对飞行路线上的障碍物进行检测；
当检测到障碍物时，获取障碍物的图像，并且在障碍物的图像中障碍物的外轮廓上标记轮廓点，之后通过三角定位将所有所述轮廓点的标记在世界坐标系中；
剔除适航区域外的所述轮廓点；
根据剩余轮廓点选择导航点，使得无人机在导航至导航点的过程中能够近距离获取输电线路的图像，所述选择导航点包括提取剩余轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标，根据轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标计算轮廓点到输电线路之间的距离，在多个轮廓点到输电线路之间的距离中选择最短的距离，选取所述最短的距离对应的轮廓点作为导航点；
将无人机导航至所述导航点，并且在所述导航过程中连续获取输电线路的图像，控制无人机沿所述输电线路的水平方向向输电线路的终点移动；
控制无人机在适航区域内向输电线路终点移动时，连续获取输电线路的图像，并且根据所述输电线路的图像通过三角定位将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中；当世界坐标系中标记的输电线路的三维区域标记出现缺失时，控制无人机沿所述水平方向的相反方向移动到出现缺失的位置，盘旋以获取输电线路的图像，直到所述缺失被补全。
进一步的，所述输电线路在世界坐标系中的标记方法，具体包括：
对输电线路中若干铁塔的位置，预先在所述世界坐标系的一个水平面中进行标点；
在所述水平面中连接相邻的铁塔的标点，以形成基准标线；
将若干基准标线的坐标范围拼接为输电线路在世界坐标系中的坐标范围。
进一步的，所述适航区域的标记方法，具体包括：
在水平面内向输电线路的一侧平移所述基准标线，以分别形成极近标线和极远标线；其中所述极近标线与基准标线之间的距离为无人机与输电线路之间允许的最近水平距离，所述极远标线与基准标线之间的距离为无人机与输电线路之间允许的最远水平距离；
建立水平飞行区域，包括延长或缩短所述极近标线，使得相邻的极近标线相互之间端接；延长或缩短所述极远标线，使得相邻的极远标线相互之间端接；将极近标线上的端点与位置对应的极远标线上的所述端点端接，以分别形成两条封口线；端接的所述极近标线、端接的所述极远标线和封口线围成水平飞行区域；所述水平飞行区域是带状的；
根据预设的高度区间与所述水平飞行区域，形成三维的适航区域；所述适航区域是带状的；其中在世界坐标系中，所述适航区域在世界坐标系中水平面中的坐标范围为水平飞行区域在世界坐标系中水平面中的坐标范围，所述适航区域的高度坐标范围为所述高度区间。
进一步的，所述将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中的方法，具体包括：
在所述输电线路的图像中识别铁塔；通过三角定位获得铁塔在世界坐标系中的位置；
建立输电线路的分段；包括：
获取相邻两个铁塔在世界坐标系中的坐标；
当相邻的两个铁塔在世界坐标系中的距离符合设定铁塔间距时，建立两个铁塔之间的所述分段；
验证所述分段中三维图像是否完整，当所述分段中三维图像完整时，将所述分段中完整的三维区域在世界坐标系中标记。
进一步的，所述输电线路的三维区域标记出现缺失的检测方法具体包括：
连续将所述分段的完整三维区域标记在世界坐标系中；
根据每个分段两端的铁塔在世界坐标系中的坐标；判断两个分段是否有端点的铁塔是重合的；
当两个分段的端点对应的所述铁塔的坐标出现重合时，将两个所述分段中的三维区域拼接；
当输电线路中存在至少两个三维区域，并且两个三维区域两端的所述铁塔的坐标不存在重合时，确定所述输电线路的三维区域标记出现缺失，且产生缺失的位置，为两个三维区域端部所述铁塔的坐标之间没有标记三维区域的分段。
进一步的，在世界坐标系的水平面中对分段建立障碍物检测区域，包括提取分段的铁塔对应的基准标线和极近标线；对基准标线的端点和极近标线的端点连线；在世界坐标系的水平面中通过所述极近标线、基准标线和连线围成障碍物检测区域；所述障碍物检测区域为四边形；
提取障碍物的所述轮廓点在世界坐标系中水平面中的坐标，当所述轮廓点在世界坐标系中水平面中的坐标落入到所述障碍物检测区域中时：
逐帧将所述基准标线两端的铁塔之间输电线路的图像基于三角定位的方式标记在世界坐标系当中以标记两个所述铁塔之间的三维区域。
进一步的，所述轮廓点的标记方法具体包括：
控制无人机沿所述输电线路水平方向上飞行的过程当中，检测无人机飞行方向上的障碍物；
当检测到无人机行进路径上存在障碍物时，对所述障碍物取像；
在所述障碍物的图像的轮廓线上取若干轮廓点，所有轮廓点所在的平面与输电线路垂直。
进一步的，所述所有所述轮廓点的标记在世界坐标系中的方法，具体包括：
根据无人机运动过程中产生的两帧图像中轮廓点的位置变化和无人机在世界坐标系中的坐标变化，以三角定位的方式确定每个轮廓点在世界坐标系中的坐标。
为了解决上述技术问题，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，采用了如下所述的技术方案：
基于障碍物规避的无人机巡线路径调整装置，包括：
适航区域划定模块，用于在输电线路的一侧设置适航区域，并且将所述适航区域和输电线路标记在世界坐标系中，所述输电线路在世界坐标系中被标记为水平面中一组首尾连接的线段；所述适航区域在世界坐标系中被标记为一个三维的飞行区域；
输电线路标记模块，用于控制无人机在三维的飞行区域内沿所述输电线路的水平方向飞行，并向所述输电线路的终点移动，在飞行的过程中对飞行路线上的障碍物进行检测；
障碍物标记模块，用于当检测到障碍物时，获取障碍物的图像，并且在障碍物的图像中障碍物的外轮廓上标记轮廓点，之后通过三角定位将所有所述轮廓点的标记在世界坐标系中；
导航点选定模块，用于剔除适航区域外的所述轮廓点；根据剩余轮廓点选择导航点，使得无人机在导航至导航点的过程中能够近距离获取输电线路的图像，所述选择导航点包括提取剩余轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标，根据轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标计算轮廓点到输电线路之间的距离，在多个轮廓点到输电线路之间的距离中选择最短的距离，选取所述最短的距离对应的轮廓点作为导航点；
路线调整模块，用于将无人机导航至所述导航点，并且在所述导航过程中连续获取输电线路的图像，控制无人机沿所述输电线路的水平方向向输电线路的终点移动；
验证调整模块，用于控制无人机在适航区域内向输电线路终点移动时，连续获取输电线路的图像，并且根据所述输电线路的图像通过三角定位将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中；当世界坐标系中标记的输电线路的三维区域标记出现缺失时，控制无人机沿所述水平方向的相反方向移动到出现缺失的位置，盘旋以获取输电线路的图像，直到所述缺失被补全。
为了解决上述技术问题，本申请实施例还提供一种计算机设备，采用了如下所述的技术方案：
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法的步骤。
与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：在世界坐标系中划定适航区域，要求无人机在适航区域内水平飞行，以通过无人机上安装的摄像装置对输电线路取像，如此保证无人机在正常水平飞行的过程中能够基于摄像装置的景深和画幅，采集到完整的输电线路的图像。
因为无人机在运行的过程当中优先以水平飞行的方式行走，并且高压输电线路排列规则，转弯半径极大，因此容易通过三角定位的方式，采集立体图像，并标记在世界坐标系中。
在检测到障碍物时，无人机理论上能够通过不同的避障策略，从障碍物的多个方位上绕开障碍物，在障碍物的外轮廓上标点以尽可能枚举出无人机绕开障碍物所需经过的点，并且通过三角定位的方式获取这些点在世界坐标系中的坐标，选取适航区域内距离输电线路最近的点作为导航点，要求无人机在通过导航点的前提下执行对障碍物的避障，以在障碍物的环境当中，尽量抵近输电线路的位置上，实现对输电线路的拍摄，防止拍摄视角被障碍物阻挡。
在无人机运行到导航点之后，一个无人机脱离障碍物阻挡的阶段就已经结束，之后恢复到沿输电线路的水平方向上飞行的状态，在适航区域中对输电线路进行拍摄，但是在将无人机导航至导航点的过程中，无人机有可能针对障碍物采用了预设的避障飞行策略，此时摄像画面不稳定，存在丢失对输电线路监控的可能性。
为验证无人机对输电线路监控的完整性，在无人机对输电线路进行拍摄的过程中，提取图像当中的一个视频帧，通过三角定位的方式将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中，如果输电线路的三维区域不是完整的区域，期间出现了断裂，则证明无人机对输电线路监控的过程中出现了遗漏，没有完整监控到整段的输电线路，此时向相反的方向飞行，即便在飞行过程中，无人机依然需要对前述障碍物执行脱离阻挡的步骤，然后因为飞行方向改变的原因，无人机对输电线路的拍摄角度产生了较大变化，便于将之前遗漏的输电线路区域拍摄到位。该方案通过三维区域在世界坐标系中的完整性验证清洁机器人在适航区域内的避障过程中是否产生了监控上的缺失，并对无人机进行路径调整，该案对输电线路监控过程的完整性强。
附图说明
为了更清楚地说明本申请中的方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1是根据本申请的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法的一个实施例的流程图；
图2是无人机在适航区域中采集障碍物轮廓上的轮廓点的示意图
图3是根据本申请的计算机设备的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参考图1，示出了根据本申请的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法的一个实施例的流程图。包括下述步骤：
基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S100：在输电线路的一侧设置适航区域，并且将所述适航区域和输电线路标记在世界坐标系中，所述输电线路在世界坐标系中被标记为水平面中一组首尾连接的线段；所述适航区域在世界坐标系中被标记为一个三维的飞行区域；
在世界坐标系中划定适航区域，要求无人机在适航区域内水平飞行，以通过无人机上安装的摄像装置对输电线路取像，如此保证无人机在正常水平飞行的过程中能够基于摄像装置的景深和画幅，采集到完整的输电线路的图像。
步骤S200：控制无人机在三维的飞行区域内飞行，并沿所述输电线路的水平方向向所述输电线路的终点移动，在飞行的过程中对飞行路线上的障碍物进行检测；
因为无人机在运行的过程当中优先以水平飞行的方式行走，并且高压输电线路排列规则，转弯半径极大，因此容易通过三角定位的方式，采集立体图像，并标记在世界坐标系中。
步骤S300：当检测到障碍物时，获取障碍物的图像，并且在障碍物的图像中障碍物的外轮廓上标记轮廓点，之后通过三角定位将所有所述轮廓点的标记在世界坐标系中；
在若干轮廓点当中选取一个点，作为无人机绕开障碍物的一个导航点，通过将障碍物导航至导航点来绕开障碍物。
步骤S400：剔除适航区域外的所述轮廓点；
无人机应当始终在适航区域内飞行，以保证对输电线路的完整拍摄。
步骤S500：根据剩余轮廓点选择导航点，使得无人机在导航至导航点的过程中能够近距离获取输电线路的图像，所述选择导航点包括提取剩余轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标，根据轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标计算轮廓点到输电线路之间的距离，在多个轮廓点到输电线路之间的距离中选择最短的距离，选取所述最短的距离对应的轮廓点作为导航点；
在检测到障碍物时，无人机理论上能够通过不同的避障策略，从障碍物的多个方位上绕开障碍物，在障碍物的外轮廓上标点以尽可能枚举出无人机绕开障碍物所需经过的障碍物轮廓上的点，并且通过三角定位的方式获取这些点在世界坐标系中的坐标，选取适航区域内距离输电线路最近的点作为导航点，要求无人机在通过导航点的前提下执行对障碍物的避障，以在存在障碍物的环境当中，尽量抵近输电线路的位置上，实现对输电线路的拍摄，防止拍摄视角被障碍物阻挡。
参考图2无人机在适航区域中采集障碍物轮廓上的轮廓点的示意图，其中，区域m为相对于输电线路的适航区域，A和B是无人机在飞行过程中拍摄的障碍物的剪影，也就是无人机在飞行过程中拍摄的障碍物的轮廓及轮廓包围的区域，其中A区域在适航区域的内侧，B区域在适航区域的外侧。首先将区域B区域级对应轮廓的部分删除，在A区域对应的轮廓当中选择水平面中与输电线路最接近的a点，作为导航点。该方案能够计算最少量的轮廓点。
步骤S600：将无人机导航至所述导航点，并且在所述导航过程中连续获取输电线路的图像，控制无人机沿所述输电线路的水平方向向输电线路的终点移动；
在无人机运行到导航点之后，一个无人机脱离障碍物阻挡的阶段就已经结束，之后恢复到沿输电线路的水平方向上飞行的状态，在适航区域中对输电线路进行拍摄，但是在将无人机导航至导航点的过程中，无人机有可能针对障碍物采用了预设的避障飞行策略，此时摄像画面不稳定，存在丢失对输电线路监控的可能性。
当无人机导航至导航点以绕开障碍物的过程当中，无人机处于与输电线路最近的避障路线上，在这条避障路线上行走的过程中，障碍物遮挡输电线路的概率较低，此时无人机拥有更大概率完整的拍摄到输电线路，而不受障碍物的影响。
步骤S700：控制无人机在适航区域内向输电线路终点移动时，连续获取输电线路的图像，并且根据所述输电线路的图像通过三角定位将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中；当世界坐标系中标记的输电线路的三维区域标记出现缺失时，控制无人机沿所述水平方向的相反方向移动到出现缺失的位置，盘旋以获取输电线路的图像，直到所述缺失被补全。
为验证无人机对输电线路监控的完整性，在无人机对输电线路进行拍摄的过程中，提取图像当中的一个视频帧，通过三角定位的方式将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中，如果输电线路的三维区域不是完整的区域，期间出现了断裂，则证明无人机对输电线路监控的过程中出现了遗漏，没有完整监控到整段的输电线路，此时向相反的方向飞行，即便在飞行过程中，无人机依然需要对前述障碍物执行脱离阻挡的步骤，然后因为飞行方向改变的原因，无人机对输电线路的拍摄角度产生了较大变化，便于将之前遗漏的输电线路区域拍摄到位。该方案通过三维区域在世界坐标系中的完整性验证清洁机器人在适航区域内的避障过程中是否产生了监控上的缺失，并对无人机进行路径调整，该案对输电线路监控过程的完整性强。
本发明中的世界坐标系是一个三维的坐标系，包括水平面上的X轴和Y轴以及竖直方向上的Z轴，其中，本发明中的水平面中的坐标为坐标系中一个点X轴上的坐标和Y轴上的坐标。根据轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标计算轮廓点到输电线路之间的距离，具体为轮廓点（x，y）与输电线路（y=kx+b）在同一水平面中之间的距离；而轮廓点在世界坐标系中水平面中的坐标落入到所述障碍物检测区域中的判断方法，是将轮廓点投影在障碍物检测区域所在平面，判断轮廓点（x，y）是否在障碍物检测区域y=f（x）中。
进一步的，所述输电线路在世界坐标系中的标记方法，具体包括：
对输电线路中若干铁塔的位置，预先在所述世界坐标系的一个水平面中进行标点；
在所述水平面中连接相邻的铁塔的标点，以形成基准标线；
将若干基准标线的坐标范围拼接为输电线路在世界坐标系中的坐标范围。
将输电线路标记在世界坐标系中的目的在于根据远距离输电的场景当中，输电线路是狭长的带状区域，将输电线路以标线的形式在世界坐标系中进行标记，在根据输电线路设置适航区域并控制无人机沿输电线路的水平方向飞行的过程中根据基准标线拼接的输电线路的坐标范围实施，能够贴近输电线路的实际延伸情况，提升输电线路信息采集的精度和覆盖率。
在绘制基准标线的过程以及对水塔的标点的过程，只取世界坐标系中水平面中的坐标（x，y）对于z轴的取值，可以不予设置，也可以给定一个特定的z轴值，需要指明的是，z轴数值的设定不影响判断障碍物上的轮廓点到输电线路之间距离的计算。
进一步的，所述适航区域的标记方法，具体包括：
在水平面内向输电线路的一侧平移所述基准标线，以分别形成极近标线和极远标线；其中所述极近标线与基准标线之间的距离为无人机与输电线路之间允许的最近水平距离，所述极远标线与基准标线之间的距离为无人机与输电线路之间允许的最远水平距离；
建立水平飞行区域，包括延长或缩短所述极近标线，使得相邻的极近标线相互之间端接；延长或缩短所述极远标线，使得相邻的极远标线相互之间端接；将极近标线上的端点与位置对应的极远标线上的所述端点端接，以分别形成两条封口线；端接的所述极近标线、端接的所述极远标线和封口线围成水平飞行区域；所述水平飞行区域是带状的；
根据预设的高度区间与所述水平飞行区域，形成三维的适航区域；所述适航区域是带状的；其中在世界坐标系中，所述适航区域在世界坐标系中水平面中的坐标范围为水平飞行区域在世界坐标系中水平面中的坐标范围，所述适航区域的高度坐标范围为所述高度区间。
具体的，通过极近标线、极远标线和高度区间框定的适航区域，能够适应无人机搭载的特定摄像设备，使的上述摄像设备能够适应输电线路的具体方位，在沿输电线路水平方向飞行的过程中保证完整拍摄到输电线路，该方案提升输电线路信息采集的精度和覆盖率。其中极近标线的设置，是考虑到无人机在高压电附近电磁环境中的工作安全设置的，极近标线设置在输电线路制造的强电磁环境以外的区域中，而极远标线的设置是考虑到无人机的摄像装置的分辨率及稳定性，考虑到拍摄到足够清晰的输电线路的图像设置的，极近标线设置在能够使得无人机拍摄到足够清晰的图像的范围以内；高度区间是考虑到摄像机的拍摄画幅的高度，在所述高度区间内摄像机即使处于极近标线距离输电线路的距离上，也能够拍摄到完整的输电线路的图像。设置适航区域的目的在于要求无人机始终飞行在能够完整清晰的拍摄输电线路的范围内。显然，作为最优解，控制无人机在
进一步的，所述将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中的方法，具体包括：
在所述输电线路的图像中识别铁塔；通过三角定位获得铁塔在世界坐标系中的位置；
建立输电线路的分段；包括：
获取相邻两个铁塔在世界坐标系中的坐标；
当相邻的两个铁塔在世界坐标系中的距离符合设定铁塔间距时，建立两个铁塔之间的所述分段；
验证所述分段中三维图像是否完整，当所述分段中三维图像完整时，将所述分段中完整的三维区域在世界坐标系中标记。
因为输电线路是狭长状的区域，并且输电线路的延伸和转折均通过铁塔的位置决定，同时铁特是输电线路当中特征最为明显最容易从图像当中的一个视频帧当中提取出来的元素，并且以三角定位的方式确定铁塔在世界坐标系中的坐标。以铁塔为标记和分割点，将两座铁塔之间的输电线路，进行分段，根据分段分别制作三维区域，并在世界坐标系中标记，能够精准标记分段内输电线路。在此基础之上，对分段中的三维区域的完整性进行验证，之后再标记在世界坐标系当中，该方案每个分段中三维区域的建立复杂度低，能够提升整体标记三维区域的效率。针对分段的三维区域进行验证，能够提供分段中三维区域完整性的准确记载提升三维区域建设的准确性。
通过三角定位的方式获取的铁塔在世界坐标系中的坐标与通过预设在世界坐标系的水平面中针对铁塔的标点相互之间是独立的，相邻的所述标点之间的距离，用来验证通过三角定位获取的铁塔的三维坐标范围，相互之间的是否邻接。
进一步的，所述输电线路的三维区域标记出现缺失的检测方法具体包括：
连续将所述分段的完整三维区域标记在世界坐标系中；
根据每个分段两端的铁塔在世界坐标系中的坐标；判断两个分段是否有端点的铁塔是重合的；
当两个分段的端点对应的所述铁塔的坐标出现重合时，将两个所述分段中的三维区域拼接；
当输电线路中存在至少两个三维区域，并且两个三维区域两端的所述铁塔的坐标不存在重合时，确定所述输电线路的三维区域标记出现缺失，且产生缺失的位置，为两个三维区域端部所述铁塔的坐标之间没有标记三维区域的分段。
具体的，通过分段两端的铁塔的坐标标记一个分段和分段中的三维区域，便于找到一个分段与其他分段之间的邻接点，也就是分段当中的三维区域与其他三维区域之间的邻接点，在此基础之上，将邻接的分段中的三维区域拼接成整体的三维区域，可以降低三维区域的个数，大量减少三维区域两端需要记录的铁塔的坐标个数，发现三维区域因为缺乏邻接点无法邻接在一起时，只需要根据每个三维区域两端铁塔的在世界坐标系中的坐标，即可锁定出现拍摄遗漏的区域，该方案提升了路径调整方案的反应速度和灵敏度。
进一步的，在世界坐标系的水平面中对分段建立障碍物检测区域，包括提取分段的铁塔对应的基准标线和极近标线；对基准标线的端点和极近标线的端点连线；在世界坐标系的水平面中通过所述极近标线、基准标线和连线围成障碍物检测区域；所述障碍物检测区域为四边形；
提取障碍物的所述轮廓点在世界坐标系中水平面中的坐标，当所述轮廓点在世界坐标系中水平面中的坐标落入到所述障碍物检测区域中时：
逐帧将所述基准标线两端的铁塔之间输电线路的图像基于三角定位的方式标记在世界坐标系当中以标记两个所述铁塔之间的三维区域。
进一步的，所述轮廓点的标记方法具体包括：
控制无人机沿所述输电线路水平方向上飞行的过程当中，检测无人机飞行方向上的障碍物；
当检测到无人机行进路径上存在障碍物时，对所述障碍物取像；
在所述障碍物的图像的轮廓线上取若干轮廓点，所有轮廓点所在的平面与输电线路垂直。
具体的，根据步骤100所述，无人机在检测到障碍物时，拍摄的照片与输电线路是垂直的，此时障碍物的象上的轮廓与输电线路是垂直的，障碍物在平面上距离输电线路最近的点，一定出现在上述轮廓中。
进一步的，所述所有所述轮廓点的标记在世界坐标系中的方法，具体包括：
根据无人机运动过程中产生的两帧图像中轮廓点的位置变化和无人机在世界坐标系中的坐标变化，以三角定位的方式确定每个轮廓点在世界坐标系中的坐标。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，前述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）等非易失性存储介质，或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
作为对上述图1所示方法的实现，本申请提供了一种基于障碍物规避的无人机巡线路径调整装置的一个实施例，该装置具体可以应用于各种电子设备中。采用了如下所述的技术方案：
基于障碍物规避的无人机巡线路径调整装置，包括：
适航区域划定模块，用于在输电线路的一侧设置适航区域，并且将所述适航区域和输电线路标记在世界坐标系中，所述输电线路在世界坐标系中被标记为水平面中一组首尾连接的线段；所述适航区域在世界坐标系中被标记为一个三维的飞行区域；
输电线路标记模块，用于控制无人机在三维的飞行区域内沿所述输电线路的水平方向飞行，并向所述输电线路的终点移动，在飞行的过程中对飞行路线上的障碍物进行检测；
障碍物标记模块，用于当检测到障碍物时，获取障碍物的图像，并且在障碍物的图像中障碍物的外轮廓上标记轮廓点，之后通过三角定位将所有所述轮廓点的标记在世界坐标系中；
导航点选定模块，用于剔除适航区域外的所述轮廓点；根据剩余轮廓点选择导航点，使得无人机在导航至导航点的过程中能够近距离获取输电线路的图像，所述选择导航点包括提取剩余轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标，根据轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标计算轮廓点到输电线路之间的距离，在多个轮廓点到输电线路之间的距离中选择最短的距离，选取所述最短的距离对应的轮廓点作为导航点；
路线调整模块，用于将无人机导航至所述导航点，并且在所述导航过程中连续获取输电线路的图像，控制无人机沿所述输电线路的水平方向向输电线路的终点移动；
验证调整模块，用于控制无人机在适航区域内向输电线路终点移动时，连续获取输电线路的图像，并且根据所述输电线路的图像通过三角定位将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中；当世界坐标系中标记的输电线路的三维区域标记出现缺失时，控制无人机沿所述水平方向的相反方向移动到出现缺失的位置，盘旋以获取输电线路的图像，直到所述缺失被补全。
该案对输电线路监控过程的完整性强。
为解决上述技术问题，本申请实施例还提供计算机设备。具体请参阅图3，图3为本实施例计算机设备基本结构框图。
所述计算机设备6包括通过系统总线相互通信连接存储器61、处理器62、网络接口63。需要指出的是，图中仅示出了具有组件61-63的计算机设备6，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。其中，本技术领域技术人员可以理解，这里的计算机设备是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程门阵列(Field－Programmable GateArray，FPGA)、数字处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、嵌入式设备等。
所述计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机设备可以与用户通过键盘、鼠标、遥控器、触摸板或声控设备等方式进行人机交互。
所述存储器61至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如，SD或DX存储器等）、随机访问存储器（RAM）、静态随机访问存储器（SRAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、可编程只读存储器（PROM）、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，所述存储器61可以是所述计算机设备6的内部存储单元，例如该计算机设备6的硬盘或内存。在另一些实施例中，所述存储器61也可以是所述计算机设备6的外部存储设备，例如该计算机设备6上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（FlashCard）等。当然，所述存储器61还可以既包括所述计算机设备6的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，所述存储器61通常用于存储安装于所述计算机设备6的操作系统和各类应用软件，例如基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法的程序代码等。此外，所述存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
所述处理器62在一些实施例中可以是中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器62通常用于控制所述计算机设备6的总体操作。本实施例中，所述处理器62用于运行所述存储器61中存储的程序代码或者处理数据，例如运行所述基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法的程序代码。
所述网络接口63可包括无线网络接口或有线网络接口，该网络接口63通常用于在所述计算机设备6与其他电子设备之间建立通信连接。
本申请还提供了另一种实施方式，即提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有基于障碍物规避的无人机巡线路径调整程序，所述基于障碍物规避的无人机巡线路径调整程序可被至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如上述的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法的步骤。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述的方法。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式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效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。
Claims (10)
1.基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，其特征在于，包括下述步骤：
在输电线路的一侧设置适航区域，并且将所述适航区域和输电线路标记在世界坐标系中，所述输电线路在世界坐标系中被标记为水平面中一组首尾连接的线段；所述适航区域在世界坐标系中被标记为一个三维的飞行区域；
控制无人机在三维的飞行区域内沿输电线路的水平方向飞行，并向所述输电线路的终点移动，在飞行的过程中对飞行路线上的障碍物进行检测；
当检测到障碍物时，获取障碍物的图像，并且在障碍物的图像中障碍物的外轮廓上标记轮廓点，之后通过三角定位将所有所述轮廓点的标记在世界坐标系中；
剔除适航区域外的所述轮廓点；
根据剩余轮廓点选择导航点，使得无人机在导航至导航点的过程中能够近距离获取输电线路的图像，所述选择导航点包括提取剩余轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标，根据轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标计算轮廓点到输电线路之间的距离，在多个轮廓点到输电线路之间的距离中选择最短的距离，选取所述最短的距离对应的轮廓点作为导航点；
将无人机导航至所述导航点，并且在所述导航过程中连续获取输电线路的图像，控制无人机沿所述输电线路的水平方向向输电线路的终点移动；
控制无人机在适航区域内向输电线路终点移动时，连续获取输电线路的图像，并且根据所述输电线路的图像通过三角定位将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中；当世界坐标系中标记的输电线路的三维区域标记出现缺失时，控制无人机沿所述水平方向的相反方向移动到出现缺失的位置，盘旋以获取输电线路的图像，直到所述缺失被补全。
2.根据权利要求1所述的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，其特征在于，所述输电线路在世界坐标系中的标记方法，具体包括：
对输电线路中若干铁塔的位置，预先在所述世界坐标系的一个水平面中进行标点；
在所述水平面中连接相邻的铁塔的标点，以形成基准标线；
将若干基准标线的坐标范围拼接为输电线路在世界坐标系中的坐标范围。
3.根据权利要求2所述的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，其特征在于，所述适航区域的标记方法，具体包括：
在水平面内向输电线路的一侧平移所述基准标线，以分别形成极近标线和极远标线；其中所述极近标线与基准标线之间的距离为无人机与输电线路之间允许的最近水平距离，所述极远标线与基准标线之间的距离为无人机与输电线路之间允许的最远水平距离；
建立水平飞行区域，包括延长或缩短所述极近标线，使得相邻的极近标线相互之间端接；延长或缩短所述极远标线，使得相邻的极远标线相互之间端接；将极近标线上的端点与位置对应的极远标线上的端点端接，以分别形成两条封口线；端接的所述极近标线、端接的所述极远标线和封口线围成水平飞行区域；
根据预设的高度区间与所述水平飞行区域，形成三维的适航区域；其中在世界坐标系中，所述适航区域在世界坐标系中水平面中的坐标范围为水平飞行区域在世界坐标系中水平面中的坐标范围，所述适航区域的高度坐标范围为所述高度区间。
4.根据权利要求3所述的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，其特征在于，所述将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中的方法，具体包括：
在所述输电线路的图像中识别铁塔；通过三角定位获得铁塔在世界坐标系中的位置；
建立输电线路的分段；包括：获取相邻两个铁塔在世界坐标系中的坐标； 当相邻的两个铁塔在世界坐标系中的距离符合设定铁塔间距时，建立两个铁塔之间的所述分段；
验证所述分段中三维图像是否完整，当所述分段中三维图像完整时，将所述分段中完整的三维区域在世界坐标系中标记。
5.根据权利要求4所述的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，其特征在于，所述输电线路的三维区域标记出现缺失的检测方法具体包括：
连续将所述分段的完整三维区域标记在世界坐标系中；
根据每个分段两端的铁塔在世界坐标系中的坐标；判断两个分段是否有端点的铁塔是重合的；
当两个分段的端点对应的所述铁塔的坐标出现重合时，将两个所述分段中的三维区域拼接；
当输电线路中存在至少两个三维区域，并且两个三维区域两端的所述铁塔的坐标不存在重合时，确定所述输电线路的三维区域标记出现缺失，且产生缺失的位置，为两个三维区域端部所述铁塔的坐标之间没有标记三维区域的分段。
6.根据权利要求5所述的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，其特征在于，在世界坐标系的水平面中对分段建立障碍物检测区域，包括提取分段的铁塔对应的基准标线和极近标线；对基准标线的端点和极近标线的端点连线；在世界坐标系的水平面中通过所述极近标线、基准标线和连线围成障碍物检测区域；所述障碍物检测区域为四边形；
提取障碍物的所述轮廓点在世界坐标系中水平面中的坐标，当所述轮廓点在世界坐标系中水平面中的坐标落入到所述障碍物检测区域中时：
逐帧将所述基准标线两端的铁塔之间输电线路的图像基于三角定位的方式标记在世界坐标系当中以标记两个所述铁塔之间的三维区域。
7.根据权利要求6所述的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，其特征在于，所述轮廓点的标记方法具体包括：
控制无人机沿所述输电线路水平方向上飞行的过程当中，检测无人机飞行方向上的障碍物；
当检测到无人机行进路径上存在障碍物时，对所述障碍物取像；
在所述障碍物的图像的轮廓线上取若干轮廓点，所有轮廓点所在的平面与输电线路垂直。
8.根据权利要求7所述的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法，其特征在于，所述所有所述轮廓点的标记在世界坐标系中的方法，具体包括：
根据无人机运动过程中产生的两帧图像中轮廓点的位置变化和无人机在世界坐标系中的坐标变化，以三角定位的方式确定每个轮廓点在世界坐标系中的坐标。
9.基于障碍物规避的无人机巡线路径调整装置，其特征在于，包括：
适航区域划定模块，用于在输电线路的一侧设置适航区域，并且将所述适航区域和输电线路标记在世界坐标系中，所述输电线路在世界坐标系中被标记为水平面中一组首尾连接的线段；所述适航区域在世界坐标系中被标记为一个三维的飞行区域；
输电线路标记模块，用于控制无人机在三维的飞行区域内沿所述输电线路的水平方向飞行，并向所述输电线路的终点移动，在飞行的过程中对飞行路线上的障碍物进行检测；
障碍物标记模块，用于当检测到障碍物时，获取障碍物的图像，并且在障碍物的图像中障碍物的外轮廓上标记轮廓点，之后通过三角定位将所有所述轮廓点的标记在世界坐标系中；
导航点选定模块，用于剔除适航区域外的所述轮廓点；根据剩余轮廓点选择导航点，使得无人机在导航至导航点的过程中能够近距离获取输电线路的图像，所述选择导航点包括提取剩余轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标，根据轮廓点在世界坐标系中的水平面中的坐标计算轮廓点到输电线路之间的距离，在多个轮廓点到输电线路之间的距离中选择最短的距离，选取所述最短的距离对应的轮廓点作为导航点；
路线调整模块，用于将无人机导航至所述导航点，并且在所述导航过程中连续获取输电线路的图像，控制无人机沿所述输电线路的水平方向向输电线路的终点移动；
验证调整模块，用于控制无人机在适航区域内向输电线路终点移动时，连续获取输电线路的图像，并且根据所述输电线路的图像通过三角定位将输电线路的三维区域标记在世界坐标系中；当世界坐标系中标记的输电线路的三维区域标记出现缺失时，控制无人机沿所述水平方向的相反方向移动到出现缺失的位置，盘旋以获取输电线路的图像，直到所述缺失被补全。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法的步骤。
Priority Applications (1)
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| CN202211305922.4A CN115494878B (zh) | 2022-10-24 | 基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法和装置 |
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|---|---|---|---|
| CN202211305922.4A CN115494878B (zh) | 2022-10-24 | 基于障碍物规避的无人机巡线路径调整方法和装置 |
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