CN115655203B - 一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风电技术领域，具体涉及一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法及系统。其标定方法包括，对风机叶轮在任意角度进行锁定，利用无人机标定出轮毂中心点GPS坐标以及三个前缘点GPS坐标；在所述无人机标定所述轮毂中心点GPS坐标的同时记录轮毂中心处无人机GPS坐标以及轮毂中心处无人机方位角；根据所述轮毂中心处无人机GPS坐标、所述轮毂中心点GPS坐标以及三个所述前缘点GPS坐标对所述轮毂中心处无人机方位角进行校正，得到风机方位角；基于所述风机方位角和所述轮毂中心点GPS坐标，根据任一所述前缘点GPS坐标，计算出风机叶轮旋转角。采用本发明可以得到准确的风机姿态数据，满足风机叶片巡检路径规划高精度的需求。

Description

一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法及系统

技术领域

本发明涉及风电技术领域，具体涉及一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法及系统。

背景技术

在基于无人机的风机叶片巡检路径规划中，风机的姿态参数例如风机方位角和风机叶轮旋转角是两个很重要的参数，风机方位角和风机叶轮旋转角可以描述当前风机的姿态，也是建立风机模型坐标系的基础。而在现有的无人机叶片巡检的路径规划相关方法中，大多只介绍了路径规划的流程，鲜有阐述风机姿态参数标定方案。另外，现有的风机姿态参数标定方法得到的姿态参数精度较低，无法满足风机叶片巡检路径规划高精度的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法及系统，可以得到准确的风机姿态数据，满足风机叶片巡检路径规划高精度的需求。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法，包括以下步骤，

S1，对风机叶轮在任意角度进行锁定，利用无人机标定出轮毂中心点GPS坐标以及三支叶片中每支叶片上的前缘点GPS坐标；在所述无人机标定所述轮毂中心点GPS坐标的同时记录轮毂中心处无人机GPS坐标以及轮毂中心处无人机方位角；其中，前缘点为叶片前缘上的任一点，且三支叶片上的前缘点到轮毂中心点的距离一致；

S2，根据所述轮毂中心处无人机GPS坐标、所述轮毂中心点GPS坐标以及三个所述前缘点GPS坐标对所述轮毂中心处无人机方位角进行校正，得到风机方位角；

S3，基于所述风机方位角和所述轮毂中心点GPS坐标，根据任一所述前缘点GPS坐标，计算出风机叶轮旋转角。

在上述一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法的基础上，本发明还提供一种基于无人机定位的风机姿态的标定系统。

一种基于无人机定位的风机姿态的标定系统，包括以下模块，

风机标定点确定模块，其用于对风机叶轮在任意角度进行锁定，利用无人机标定出轮毂中心点GPS坐标以及三支叶片中每支叶片上的前缘点GPS坐标；在所述无人机标定所述轮毂中心点GPS坐标的同时记录轮毂中心处无人机GPS坐标以及轮毂中心处无人机方位角；其中，前缘点为叶片前缘上的任一点，且三支叶片上的前缘点到轮毂中心点的距离一致；

风机方位角确定模块，其用于根据所述轮毂中心处无人机GPS坐标、所述轮毂中心点GPS坐标以及三个所述前缘点GPS坐标对所述轮毂中心处无人机方位角进行校正，得到风机方位角；

风机叶轮旋转角确定模块，其用于基于所述风机方位角和所述轮毂中心点GPS坐标，根据任一所述前缘点GPS坐标，计算出风机叶轮旋转角。

本发明的有益效果是：在本发明一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法及系统中，首先通过无人机确定风机的标定点，其中标定点包括轮毂中心点和三个前缘点，然后利用标定点对无人机在标定轮毂中心点是的轮毂中心处无人机方位角进行校正，即可得到准确的风机方位角，根据风机方位角即可确定风机模型坐标系，基于风机模型坐标系可以计算出风机叶轮旋转角；采用本发明可以得到准确的风机姿态数据，满足风机叶片巡检路径规划高精度的需求。

附图说明

图1为本发明一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法的流程图；

图2为无人机标定风机时的标定点位置示意图；

图3为风机模型坐标系的示意图；

图4为模板风机与待巡检风机对应叶片的风机叶轮旋转角的示意图；

图5为本发明一种基于无人机定位的风机姿态的标定系统的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法，包括以下步骤，

S1，对风机叶轮在任意角度进行锁定，利用无人机标定出轮毂中心点GPS坐标以及三支叶片中每支叶片上的前缘点GPS坐标；在所述无人机标定所述轮毂中心点GPS坐标的同时记录轮毂中心处无人机GPS坐标以及轮毂中心处无人机方位角；其中，前缘点为叶片前缘上的任一点，且三支叶片上的前缘点到轮毂中心点的距离一致；

S2，根据所述轮毂中心处无人机GPS坐标、所述轮毂中心点GPS坐标以及三个所述前缘点GPS坐标对所述轮毂中心处无人机方位角进行校正，得到风机方位角；

S3，基于所述风机方位角和所述轮毂中心点GPS坐标，根据任一所述前缘点GPS坐标，计算出风机叶轮旋转角。

下面对各步骤进行具体说明。

图2为无人机标定风机时的标定点位置示意图，在本具体实施例中：所述S1具体为，对风机叶轮在任意角度进行锁定，控制搭载有激光测距仪的无人机飞到风机轮毂前方位置O1，并调整无人机朝向正对风机，使激光测距仪发出的激光点打在轮毂中心点O处并记录激光点的GPS坐标，得到轮毂中心点GPS坐标，同时记录处于当前位置O1的轮毂中心处无人机GPS坐标和轮毂中心处无人机方位角；令风机中的三支叶片分别为叶片A、叶片B和叶片C；控制无人机分别飞到叶片A的前缘位置、叶片B的前缘位置以及叶片C的前缘位置，并使激光测距仪发出的激光点分别打到叶片A前缘上的任一点处、风机叶片B前缘上的任一点处以及风机叶片C前缘上的任一点处并记录激光点的GPS坐标（但要保证激光点打到叶片A前缘上的任一点、风机叶片B前缘上的任一点以及风机叶片C前缘上的任一点分别到轮毂中心点O之间的距离一致），得到叶片A的前缘点GPS坐标、叶片B的前缘点GPS坐标以及叶片C的前缘点GPS坐标。

具体的，在控制无人机飞行的过程中，在移动端飞控软件中输入风机的塔筒高度H，然后启动无人机。无人机自动飞到塔筒高度H处轮毂前方位置，调整无人机朝向正对风机，激光点打在轮毂中心处，记下当前点的轮毂中心处无人机方位角（方位角：无人机当前朝向与正北方向之间的夹角，俯视顺时针为正，逆时针为负）、无人机位置的GPS坐标（即轮毂中心处无人机GPS坐标）和激光点的GPS坐标（即轮毂中心点GPS坐标）。

同理，无人机在叶轮面前方正对风机，风机三支叶片分别记为叶片A、叶片B、叶片C。无人机分别飞到三支叶片的前缘位置，无人机面对风机叶片，激光点打在前缘的任一点上，记下激光点的GPS坐标（即前缘点GPS坐标），分别记为。特别的，为了方便无人机的标定，前缘点可以选择叶尖点。

在本具体实施例中：所述S2具体为，

S21，基于大地坐标与笛卡尔坐标之间的转换关系，以轮毂中心点为笛卡尔坐标系的原点，分别将所述轮毂中心点GPS坐标、所述轮毂中心处无人机GPS坐标以及三个所述前缘点GPS坐标对应转换为轮毂中心点笛卡尔坐标、轮毂中心处无人机笛卡尔坐标以及三个前缘点笛卡尔坐标；

S22，根据所述轮毂中心点笛卡尔坐标、所述轮毂中心处无人机笛卡尔坐标以及三个所述前缘点笛卡尔坐标，计算出三个前缘点所确定平面的法向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角，并利用三个前缘点所确定平面的法向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角对所述轮毂中心处无人机方位角进行校正，得到所述风机方位角。

在基于无人机的风机叶片巡检路径规划中，路径规划是基于风机模型坐标系进行的。而风机模型坐标系是以轮毂中心点为原点且以A、B、C三支叶片中前缘点所确定平面的法向量的水平分量的方位角为Y轴方向建立的；其中，轮毂到机舱方向为Y轴正方向。因此，在建立风机模型坐标系之前，首先需要确定三个前缘点所确定平面的法向量的水平分量的方位角（也就是风机方位角）。

已知轮毂中心处无人机方位角、轮毂中心处无人机GPS坐标、轮毂中心点GPS坐标、叶片A的前缘点GPS坐标、叶片B的前缘点GPS坐标和叶片C的前缘点GPS坐标，若要计算三个前缘点所确定平面的法向量的水平分量方位角，则需要先把GPS坐标换算到笛卡尔坐标系（具体的为笛卡尔直角坐标系）中，才能进行向量的计算。把GPS坐标换算到笛卡尔坐标系是基于大地坐标与笛卡尔坐标之间的转换关系进行转换的。

本实施例是以轮毂中心点为笛卡尔坐标系的原点进行坐标转换的。令为轮毂中心点，为任意待转换点，且轮毂中心点GPS坐标为，任意待转换点GPS坐标为，则在所述S21中，大地坐标与笛卡尔坐标之间的转换关系为，

 ；

其中，，；

具体的，为任意待转换点与轮毂中心点之间的水平距离，为任意待转换点与轮毂中心点之间的垂直距离，为所述轮毂中心处无人机方位角，为由轮毂中心点到任意待转换点构成的向量基于所述轮毂中心处无人机方位角的水平相对角度，，为地球半径，为任意待转换点笛卡尔坐标的轴值，为任意待转换点笛卡尔坐标的轴值，为任意待转换点笛卡尔坐标的轴值。

参见上述的大地坐标与笛卡尔坐标之间的转换关系，即可将轮毂中心点GPS坐标、叶片A的前缘点GPS坐标、叶片B的前缘点GPS坐标和叶片C的前缘点GPS坐标转换至笛卡尔坐标系中，进而得到轮毂中心点笛卡尔坐标 、轮毂中心处无人机笛卡尔坐标、叶片A的前缘点笛卡尔坐标、叶片B的前缘点笛卡尔坐标和叶片C的前缘点笛卡尔坐标。

在坐标转换完成之后即可进行向量计算，计算出风机方位角。风机方位角具体的计算过程为：根据三个所述前缘点笛卡尔坐标计算出其中一个前缘点分别到另外两个前缘点的向量；根据右手定则计算出其中一个前缘点分别到另外两个前缘点的向量的外积向量；其中，所述外积向量为三个前缘点所确定平面的法向量；根据所述轮毂中心点笛卡尔坐标和所述轮毂中心处无人机笛卡尔坐标确定出所述轮毂中心处无人机方位角的向量，并根据所述外积向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量计算出所述外积向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角；将所述外积向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角叠加至所述轮毂中心处无人机方位角中，得到所述风机方位角；其中，风机方位角即为三个前缘点所确定平面的法向量的水平分量的方位角。

例如：叶片C的前缘点到叶片B的前缘点的向量为，则；叶片C的前缘点到叶片A的前缘点的向量为，则；根据右手定则求向量与向量的外积向量，得到垂直于三个前缘点所确定平面向内的向量，已知为轮毂中心处无人机方位角的向量表达式，可求得向量和向量在水平面上投影的分量之间的夹角；则A、B、C三支叶片的前缘点所确定平面的法向量的水平分量的方位角，即对轮毂中心处无人机方位角进行校正得到风机方位角（也就是A、B、C三支叶片的前缘点所确定平面的法向量的水平分量的方位角）。A、B、C三支叶片的前缘点所确定平面的法向量的水平分量的方位角即为风机模型坐标系的Y轴方向，风机叶轮面朝外的方位角为风机模型坐标系Y轴负方向为。

在本具体实施例中：所述S3具体为，根据所述风机方位角和所述轮毂中心点GPS坐标对应的轮毂中心点笛卡尔坐标确定出风机模型坐标系；其中，风机模型坐标系如图3所示，轮毂中心点为所述风机模型坐标系的坐标原点，所述风机方位角为所述风机模型坐标系Y轴方向的方位角，三个前缘点所确定平面与水平面的相交线为所述风机模型坐标系的X轴，大地高度方向为所述风机模型坐标系的Z轴；根据任一所述前缘点GPS坐标对应的前缘点笛卡尔坐标和所述轮毂中心点GPS坐标对应的轮毂中心点笛卡尔坐标，计算出轮毂中心点到该任一前缘点的向量；获取所述风机模型坐标系中Z轴正方向的Z轴单位向量，并计算出轮毂中心点到该任一前缘点的向量在所述风机模型坐标系中XOZ平面上的投影与所述Z轴单位向量之间的相对角度；其中，该轮毂中心点到任一前缘点的向量在所述风机模型坐标系中XOZ平面上的投影与所述Z轴单位向量之间的相对角度即为所述风机叶轮旋转角。

所述风机叶轮旋转角为任意一支叶片（一般是风机倒Y字型朝上的那支叶片）与Z轴正方向之间的夹角；例如，如求叶片A的风机叶轮旋转角。因为轮毂中心点为坐标系原点，则轮毂中心点到叶片A的前缘点的向量为；取风机模型坐标系的Z轴正方向的单位向量（Z轴单位向量），求向量在风机模型坐标系中XOZ平面上的投影与向量之间的相对角度，角度即为叶片A的风机叶轮旋转角。

风机姿态标定的应用：风机姿态标定的目的是根据风机方位角确定风机模型坐标系，并基于风机模型坐标系和风机叶轮旋转角规划无人机的风机叶片巡检路径；因此，在所述S3之后，还包括如下步骤，

将经过上述S1-S3标定之后的风机作为模板风机，并在模板风机上录制路径规划模板，得到模板参数；（需要说明的是：将经过上述S1-S3标定之后的风机作为模板风机时，所述S3中得到的所述风机叶轮旋转角即为模板风机叶轮旋转角）；

采用上述S1-S3的方法对待巡检风机进行同样的标定；（需要说明的是：将路径规划模板应用在待巡检风机上时，模板风机的叶片位置可能与待巡检风机叶片位置不符，此时只需要对该待巡检风机进行同样的标定，即可得到待巡检风机方位角和待巡检风机叶轮旋转角以确定待巡检风机的姿态）；

计算模板风机与待巡检风机对应叶片的风机叶轮旋转角之和；

将所述模板参数带入待巡检风机模型坐标系中，得到待巡检风机的初始路径规划航路点GPS坐标；

基于待巡检风机模型坐标系，将所述初始路径规划航路点GPS坐标转换成初始路径规划航路点笛卡尔坐标，并将所述初始路径规划航路点笛卡尔坐标绕所述待巡检风机模型坐标系的Y轴旋转角度，得到待巡检风机的最终路径规划航路点笛卡尔坐标；

基于大地坐标系，将所述最终路径规划航路点笛卡尔坐标转换成最终路径规划航路点GPS坐标。

图4为模板风机与待巡检风机对应叶片的风机叶轮旋转角的示意图；将所述初始路径规划航路点笛卡尔坐标绕所述待巡检风机模型坐标系的Y轴旋转角度，得到待巡检风机的最终路径规划航路点笛卡尔坐标的公式为，

；

其中，；

具体的，为模板风机一叶片的风机叶轮旋转角，为待巡检风机对应叶片的风机叶轮旋转角，角度对应的弧度值，为所述初始路径规划航路点笛卡尔坐标，为所述最终路径规划航路点笛卡尔坐标。

在上述一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法的基础上，本发明还提供一种基于无人机定位的风机姿态的标定系统。

如图5所示，一种基于无人机定位的风机姿态的标定系统，包括以下模块，

风机标定点确定模块，其用于对风机叶轮在任意角度进行锁定，利用无人机标定出轮毂中心点GPS坐标以及三支叶片中每支叶片上的前缘点GPS坐标；在所述无人机标定所述轮毂中心点GPS坐标的同时记录轮毂中心处无人机GPS坐标以及轮毂中心处无人机方位角；其中，前缘点为叶片前缘上的任一点，且三支叶片上的前缘点到轮毂中心点的距离一致；

风机方位角确定模块，其用于根据所述轮毂中心处无人机GPS坐标、所述轮毂中心点GPS坐标以及三个所述前缘点GPS坐标对所述轮毂中心处无人机方位角进行校正，得到风机方位角；

风机叶轮旋转角确定模块，其用于基于所述风机方位角和所述轮毂中心点GPS坐标，根据任一所述前缘点GPS坐标，计算出风机叶轮旋转角。

在本发明一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法及系统中，首先通过无人机确定风机的标定点，其中标定点包括轮毂中心点和三个前缘点，然后利用标定点对无人机在标定轮毂中心点是的轮毂中心处无人机方位角进行校正，即可得到准确的风机方位角，根据风机方位角即可确定风机模型坐标系，基于风机模型坐标系可以计算出风机叶轮旋转角；采用本发明可以得到准确的风机姿态数据，满足风机叶片巡检路径规划高精度的需求。风机位姿的标定是所有路径规划方法的理论基础，可以在后续进行多种方法的延展。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于无人机定位的风机姿态的标定方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1，对风机叶轮在任意角度进行锁定，利用无人机标定出轮毂中心点GPS坐标以及三支叶片中每支叶片上的前缘点GPS坐标；在所述无人机标定所述轮毂中心点GPS坐标的同时记录轮毂中心处无人机GPS坐标以及轮毂中心处无人机方位角；其中，前缘点为叶片前缘上的任一点，且三支叶片上的前缘点到轮毂中心点的距离一致；

S2，根据所述轮毂中心处无人机GPS坐标、所述轮毂中心点GPS坐标以及三个所述前缘点GPS坐标对所述轮毂中心处无人机方位角进行校正，得到风机方位角；

S3，基于所述风机方位角和所述轮毂中心点GPS坐标，根据任一所述前缘点GPS坐标，计算出风机叶轮旋转角；

所述S2具体为，

S21，基于大地坐标与笛卡尔坐标之间的转换关系，以轮毂中心点为笛卡尔坐标系的原点，分别将所述轮毂中心点GPS坐标、所述轮毂中心处无人机GPS坐标以及三个所述前缘点GPS坐标对应转换为轮毂中心点笛卡尔坐标、轮毂中心处无人机笛卡尔坐标以及三个前缘点笛卡尔坐标；

S22，根据所述轮毂中心点笛卡尔坐标、所述轮毂中心处无人机笛卡尔坐标以及三个所述前缘点笛卡尔坐标，计算出三个前缘点所确定平面的法向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角，并利用三个前缘点所确定平面的法向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角对所述轮毂中心处无人机方位角进行校正，得到所述风机方位角；

所述S22具体为，

根据三个所述前缘点笛卡尔坐标计算出其中一个前缘点分别到另外两个前缘点的向量；

根据右手定则计算出其中一个前缘点分别到另外两个前缘点的向量的外积向量；其中，所述外积向量为三个前缘点所确定平面的法向量；

根据所述轮毂中心点笛卡尔坐标和所述轮毂中心处无人机笛卡尔坐标确定出所述轮毂中心处无人机方位角的向量，并根据所述外积向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量计算出所述外积向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角；

将所述外积向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角叠加至所述轮毂中心处无人机方位角中，得到所述风机方位角；

所述S3具体为，

根据所述风机方位角和所述轮毂中心点GPS坐标对应的轮毂中心点笛卡尔坐标确定出风机模型坐标系；其中，轮毂中心点为所述风机模型坐标系的坐标原点，所述风机方位角为所述风机模型坐标系Y轴方向的方位角，三个前缘点所确定平面与水平面的相交线为所述风机模型坐标系的X轴，大地高度方向为所述风机模型坐标系的Z轴；

根据任一所述前缘点GPS坐标对应的前缘点笛卡尔坐标和所述轮毂中心点GPS坐标对应的轮毂中心点笛卡尔坐标，计算出轮毂中心点到该任一前缘点的向量；

获取所述风机模型坐标系中Z轴正方向的Z轴单位向量，并计算出轮毂中心点到该任一前缘点的向量在所述风机模型坐标系中XOZ平面上的投影与所述Z轴单位向量之间的相对角度；其中，轮毂中心点到该任一前缘点的向量在所述风机模型坐标系中XOZ平面上的投影与所述Z轴单位向量之间的相对角度即为所述风机叶轮旋转角。

2.根据权利要求1所述的基于无人机定位的风机姿态的标定方法，其特征在于：所述S1具体为，

对风机叶轮在任意角度进行锁定，控制搭载有激光测距仪的无人机飞到风机轮毂前方位置，并调整无人机朝向正对风机，使激光测距仪发出的激光点打在轮毂中心点处并记录激光点的GPS坐标，得到轮毂中心点GPS坐标，同时记录处于当前位置的轮毂中心处无人机GPS坐标和轮毂中心处无人机方位角；

令风机中的三支叶片分别为叶片A、叶片B和叶片C；控制无人机分别飞到叶片A的前缘位置、叶片B的前缘位置以及叶片C的前缘位置，并使激光测距仪发出的激光点分别打到叶片A前缘上的任一点处、风机叶片B前缘上的任一点处以及风机叶片C前缘上的任一点处并记录激光点的GPS坐标，得到叶片A的前缘点GPS坐标、叶片B的前缘点GPS坐标以及叶片C的前缘点GPS坐标。

3.根据权利要求1所述的基于无人机定位的风机姿态的标定方法，其特征在于：令为轮毂中心点，为任意待转换点，且轮毂中心点GPS坐标为，任意待转换点GPS坐标为，则在所述S21中，大地坐标与笛卡尔坐标之间的转换关系为，；其中，，；具体的，为任意待转换点与轮毂中心点之间的水平距离，为任意待转换点与轮毂中心点之间的垂直距离，为所述轮毂中心处无人机方位角，为由轮毂中心点到任意待转换点构成的向量基于所述轮毂中心处无人机方位角的水平相对角度，为地球半径，为任意待转换点笛卡尔坐标的轴值，为任意待转换点笛卡尔坐标的轴值，为任意待转换点笛卡尔坐标的轴值。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于无人机定位的风机姿态的标定方法，其特征在于：在所述S3之后，还包括如下步骤，

将经过上述S1-S3标定之后的风机作为模板风机，并在模板风机上录制路径规划模板，得到模板参数；

采用上述S1-S3的方法对待巡检风机进行同样的标定；

计算模板风机与待巡检风机对应叶片的风机叶轮旋转角之和；

将所述模板参数带入待巡检风机模型坐标系中，得到待巡检风机的初始路径规划航路点GPS坐标；

基于待巡检风机模型坐标系，将所述初始路径规划航路点GPS坐标转换成初始路径规划航路点笛卡尔坐标，并将所述初始路径规划航路点笛卡尔坐标绕所述待巡检风机模型坐标系的Y轴旋转角度，得到待巡检风机的最终路径规划航路点笛卡尔坐标；

基于大地坐标系，将所述最终路径规划航路点笛卡尔坐标转换成最终路径规划航路点GPS坐标。

5.根据权利要求4所述的基于无人机定位的风机姿态的标定方法，其特征在于：将所述初始路径规划航路点笛卡尔坐标绕所述待巡检风机模型坐标系的Y轴旋转角度，得到待巡检风机的最终路径规划航路点笛卡尔坐标的公式为，；其中，，；

具体的，为模板风机一叶片的风机叶轮旋转角，为待巡检风机对应叶片的风机叶轮旋转角，为角度对应的弧度值，为所述初始路径规划航路点笛卡尔坐标，为所述最终路径规划航路点笛卡尔坐标。

6.一种基于无人机定位的风机姿态的标定系统，其特征在于：包括以下模块，

风机标定点确定模块，其用于对风机叶轮在任意角度进行锁定，利用无人机标定出轮毂中心点GPS坐标以及三支叶片中每支叶片上的前缘点GPS坐标；在所述无人机标定所述轮毂中心点GPS坐标的同时记录轮毂中心处无人机GPS坐标以及轮毂中心处无人机方位角；其中，前缘点为叶片前缘上的任一点，且三支叶片上的前缘点到轮毂中心点的距离一致；

风机方位角确定模块，其用于根据所述轮毂中心处无人机GPS坐标、所述轮毂中心点GPS坐标以及三个所述前缘点GPS坐标对所述轮毂中心处无人机方位角进行校正，得到风机方位角；

风机叶轮旋转角确定模块，其用于基于所述风机方位角和所述轮毂中心点GPS坐标，根据任一所述前缘点GPS坐标，计算出风机叶轮旋转角；

所述风机方位角确定模块具体用于，

基于大地坐标与笛卡尔坐标之间的转换关系，以轮毂中心点为笛卡尔坐标系的原点，分别将所述轮毂中心点GPS坐标、所述轮毂中心处无人机GPS坐标以及三个所述前缘点GPS坐标对应转换为轮毂中心点笛卡尔坐标、轮毂中心处无人机笛卡尔坐标以及三个前缘点笛卡尔坐标；

根据所述轮毂中心点笛卡尔坐标、所述轮毂中心处无人机笛卡尔坐标以及三个所述前缘点笛卡尔坐标，计算出三个前缘点所确定平面的法向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角，并利用三个前缘点所确定平面的法向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角对所述轮毂中心处无人机方位角进行校正，得到所述风机方位角；具体的，根据三个所述前缘点笛卡尔坐标计算出其中一个前缘点分别到另外两个前缘点的向量；根据右手定则计算出其中一个前缘点分别到另外两个前缘点的向量的外积向量；其中，所述外积向量为三个前缘点所确定平面的法向量；根据所述轮毂中心点笛卡尔坐标和所述轮毂中心处无人机笛卡尔坐标确定出所述轮毂中心处无人机方位角的向量，并根据所述外积向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量计算出所述外积向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角；将所述外积向量与所述轮毂中心处无人机方位角的向量在水平面上投影分量之间的夹角叠加至所述轮毂中心处无人机方位角中，得到所述风机方位角；

所述风机叶轮旋转角确定模块具体用于，

根据所述风机方位角和所述轮毂中心点GPS坐标对应的轮毂中心点笛卡尔坐标确定出风机模型坐标系；其中，轮毂中心点为所述风机模型坐标系的坐标原点，所述风机方位角为所述风机模型坐标系Y轴方向的方位角，三个前缘点所确定平面与水平面的相交线为所述风机模型坐标系的X轴，大地高度方向为所述风机模型坐标系的Z轴；

根据任一所述前缘点GPS坐标对应的前缘点笛卡尔坐标和所述轮毂中心点GPS坐标对应的轮毂中心点笛卡尔坐标，计算出轮毂中心点到该任一前缘点的向量；

获取所述风机模型坐标系中Z轴正方向的Z轴单位向量，并计算出轮毂中心点到该任一前缘点的向量在所述风机模型坐标系中XOZ平面上的投影与所述Z轴单位向量之间的相对角度；其中，轮毂中心点到该任一前缘点的向量在所述风机模型坐标系中XOZ平面上的投影与所述Z轴单位向量之间的相对角度即为所述风机叶轮旋转角。

Images