CN115755960A - 云台控制方法、控制器、无人机及无人机巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机领域，公开一种云台控制方法、控制器、无人机及无人机巡检系统，该云台控制方法，应用于无人机，通过获取无人机的巡检信息，该巡检信息包括观察航段、观察航段对应的观察区间、观察区间对应的总飞行航程以及当前飞行航程。然后，根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的观察进度。根据观察进度以及观察区间确定第一位置，第一位置为无人机的吊舱视场中心点的位置。最后，根据该第一位置以及无人机的当前位置控制无人机的云台的角度。通过上述方式，能够使得当前拍摄视场与该观察区间相适应。当巡检完成后，整个拍摄视场能够完全覆盖巡检对象，自适应巡检对象，对巡检对象进行完整观察，有效避免漏检风险，提高巡检效率。

Description

云台控制方法、控制器、无人机及无人机巡检系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种云台控制方法、控制器、无人机及无人机巡检系统。

背景技术

无人机是一种通过无线电遥控设备和内置的程序来控制飞行姿态的不载人飞机，其在越来越多的领域中得到很好地应用。无人机已逐步应用于巡检作业，例如对输电设备、对管道、对植被的巡检作业，工作人员可以使用无人机对巡检对象完成巡检。

一般，用于巡检作业的无人机搭载有云台，云台是用于安装拍摄设备的支撑设备。然而，在无人机巡检作业过程中，云台的角度是固定的，使得云台固定地朝向无人机的某个方向，即观察方向固定，无法自动调节，从而，存在拍摄视场无法完全覆盖巡检对象，发生漏检的风险。此外，巡检过程中需要手动设置云台的角度，不仅操作编辑工作量大，还影响巡检效率。

发明内容

本发明实施例至少在一定程度上解决上述技术问题之一，为此本发明提供一种云台控制方法、控制器、无人机及无人机巡检系统，能够自动调节云台的角度，以自适应巡检对象，使得拍摄视场能够完全覆盖巡检对象，有效避免漏检风险，提高巡检效率。

第一方面，本发明实施例提供一种云台控制方法，应用于无人机，包括：

获取无人机的巡检信息，巡检信息包括观察航段、观察航段对应的观察区间、观察区间对应的总飞行航程以及当前飞行航程，其中，观察航段为无人机用于巡检观察区间的飞行航段；

根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的观察进度；

根据观察进度以及观察区间确定第一位置，第一位置为无人机的吊舱视场中心点的目标位置；

根据第一位置以及无人机的当前位置控制无人机的云台的角度。

在一些实施例中，前述根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的观察进度，包括：

根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的飞行进度；

根据飞行进度确定无人机的观察进度。

在一些实施例中，前述根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的飞行进度，包括：

将当前飞行航程与总飞行航程的第一比值确定为无人机的飞行进度。

在一些实施例中，前述根据飞行进度确定无人机的观察进度，包括：

将飞行进度与预设系数的第二比值确定为无人机的观察进度，其中，预设系数小于或等于1。

在一些实施例中，前述根据观察进度以及观察区间确定第一位置，包括：

获取观察区间的起点坐标以及终点坐标；

根据起点坐标以及终点坐标确定观察区间的起点指向观察区间的终点的第一单位向量；

通过下式计算第一位置的坐标：

P＝s+vec×present

其中，P为第一位置的坐标，s为起点坐标，vec为第一单位向量，为观察进度。

在一些实施例中，前述根据第一位置以及无人机的当前位置控制无人机的云台角度，包括：

根据第一位置的坐标以及无人机的当前位置的坐标确定从无人机的当前位置指向第一位置的第二单位向量；

根据第二单位向量确定云台的俯仰角与偏航角；

根据俯仰角与偏航角控制云台的角度。

在一些实施例中，在获取无人机的巡检信息之前，方法还包括：

获取观察航段与观察区间之间的映射关系；

根据映射关系以及观察航段，确定观察航段对应的观察区间；

根据映射关系以及观察区间，确定与观察区间关联的所有的观察航段；

将所有的观察航段的飞行航程之和确定为观察区间对应的总飞行航程。

在一些实施例中，该方法还包括：

获取无人机在观察航段的飞行速度；

通过下式计算观察区间对应的当前飞行航程：

其中，S为观察区间对应的当前飞行航程，t为无人机从开始观察观察区间到无人机的当前位置的时间，V为无人机的飞行速度。

在一些实施例中，当无人机观察新的观察区间时，无人机的飞行进度、当前飞行航程以及观察进度均从零开始重新计算。

在一些实施例中，当无人机执行临时任务时，该方法还包括：

若无人机以当前航线执行临时任务，则继续执行根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的飞行进度的步骤，直至临时任务结束；

若无人机飞离当前航线执行临时任务，则锁存当前无人机的飞行进度，直至临时任务结束。

第二方面，本发明实施例提供一种控制器，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的云台控制方法。

第三方面，本发明实施例提供一种无人机，包括：云台以及如第二方面的控制器，控制器用于控制云台的角度。

第四方面，本发明实施例提供一种无人机巡检系统，包括：

若干个地面监控站以及如上第三方面的无人机；

地面监控站与无人机通信连接，无人机用于巡检观察动线上的观察区间，并将巡检时获取的观察动线的图像信息以及巡检信息传送至地面监控站，以使地面监控站控制无人机。

本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：本发明中的云台控制方法，应用于无人机，通过获取无人机的巡检信息，该巡检信息包括观察航段、观察航段对应的观察区间、观察区间对应的总飞行航程以及当前飞行航程。然后，根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的观察进度。根据观察进度以及观察区间确定第一位置，第一位置为无人机的吊舱视场中心点的位置。最后，根据该第一位置以及无人机的当前位置控制无人机的云台的角度。在此实施例中，通过上述方式，对巡检对象划分成多个观察区间，对于每个观察区间，根据观察进度(飞行进度)，实时计算出能够落在观察区间上的第一位置(吊舱观察中心的目标位置)，然后，基于第一位置控制无人机的云台的角度，实现自动调节云台的角度，使得调节后的吊舱观察中心的位置位于该第一位置，使得当前拍摄视场与该观察区间相适应。从而，当巡检完成后，整个拍摄视场能够完全覆盖巡检对象，自适应巡检对象，对巡检对象进行完整观察，有效避免漏检风险，提高巡检效率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请一些实施例提供的应用云台控制方法的无人机巡检系统架构图；

图2为本申请一些实施例中云台控制方法的流程示意图；

图3为本申请一些实施例中无人机的巡检示意图；

图4为本申请一些实施例中航段和观察区间之间的映射示意图；

图5为本申请一些实施例中当前飞行航程和观察进度的示意图；

图6为本申请一些实施例中吊舱视场中心在观察区间上的示意图；

图7为本申请一些实施中吊舱视场中心的目标位置的示意图；

图8为本申请一些实施例中无人机执行临时任务的示意图；

图9为本申请一些实施例中无人机执行临时任务的示意图；

图10为本申请一些实施例中云台控制装置的结构框图；

图11为本申请一些实施例中控制器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。再者，本发明所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

本申请实施例中云台控制方法，应用于无人机。其中，无人机可以是任意类型的无人飞行器，比如：固定翼无人机、倾转旋翼无人机、旋翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机等等。无人机能够提供多种功能服务的作业，例如，可以用于航拍、巡检、监测或运载等。在一些实施例中，无人机能够对巡检对象(例如输电设备、管道或植被等)进行巡检作业，以帮助工作人员对巡检对象完成检查。在无人机作业的过程中，无人机上任意类型的处理器，能够执行本发明实施例提供的云台控制方法，以自动调节云台的角度，自适应巡检对象，使得拍摄视场能够完全覆盖巡检对象，有效避免漏检风险，提高巡检效率。

以下以巡检作业为例，说明该云台控制方法的应用环境。其中，巡检对象可以是输电设备、管道、道路或植被等，

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的应用云台控制方法的无人机巡检系统架构图。如图1所示，该无人机巡检系统100包括若干个地面监控站10和无人机20。地面监控站10和无人机20通过无线网络通信连接。其中，无线网络可以是蓝牙网络、WiFi网络、无线蜂窝网络或者其结合，在此不予限定。

地面监控站10可以是计算机、智能手机、遥控器或平板电脑等具有计算处理或显示功能的电子设备。在此，不对地面监控站进行任何限制，具有计算处理或显示功能即可。

无人机20可以是以任何类型的动力驱动的无人飞行载具，包括但不限于倾转旋翼无人机、固定翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机以及直升机模型等。该无人机20可以根据实际情况的需要，具备相应的体积或者动力，从而提供能够满足使用需要的载重能力、飞行速度以及飞行续航里程等。无人机20上还可以添加有一种或者多种功能模块，令无人机20能够实现相应的功能。在一些实施例中，无人机20搭载有云台，云台是用于安装拍摄设备的支撑设备。具体地，拍摄设备或其它传感器收容于吊舱中，安装挂载于云台上。本领域技术人员可以理解的是，云台能够绕X、Y、Z轴旋转，当云台调整角度时，能够带动吊舱调整角度，以改变拍摄设备的视场。

无人机20上包含至少一个控制器，作为无人机飞行和数据传输等的控制核心，整合一个或者多个模块，以执行相应的逻辑控制程序，例如，执行本申请实施例提供的云台控制方法。

在一些实施例中，巡检对象30可以是高压输电线，其中，高压输电线可以包括多个架设输电线缆的杆塔，每个杆塔可以对应一个观察特征点。当无人机在观察特征点时可以对杆塔的一个或多个部件(例如杆塔的绝缘子、防脱销钉、挂点螺栓、防震锤等中一个或多个部件)进行拍摄检测。当无人机在两个杆塔之间时，可以对多根输电线缆进行拍摄检测。

在此实施例中，观察动线可以包括整条输电线路上的杆塔以及相邻两杆塔之间的输电线缆所在的区域。观察区间可以两个杆塔之间的输电线缆所在的区域。

该无人机巡检系统100可以对巡检对象30进行进行巡检作业。在对巡检对象30进行自动化巡检前，可以先确定观察动线。在巡检观察动线上的观察区间时，无人机20将巡检时获取的关于观察动线的图像信息以及巡检信息传送至地面监控站10。从而，地面监控站10能够显示图像信息，帮助工作人员及时了解巡检对象30的检测情况。另外，工作人员也能通过地面监控站10对无人机进行作业控制。

值得说明的是，上述仅仅以巡检对象30是高压输电线进行示例性说明，并不对巡检对象造成任何限制。在一些实施例中，巡检对象也可以是道路、工厂、农田或山林等。

可以理解的是，在无人机巡检作业过程中，需要对云台进行控制，执行本申请实施例提供的云台控制方法，以使云台的角度满足对巡检对象的扫描拍摄。也即，在无人机航行的过程中，云台的角度能够使得拍摄视场对观察动线上各个观察区间进行扫描拍摄。当巡检完成后，所有的拍摄视场能够完全覆盖巡检对象，图像信息能够反映巡检对象的各个区域。

本申请发明人所知晓的一些云台控制方法，通常根据观察动线与航线之间的空间关系，对于不同的航点或者航段设置固定的云台角度，使得云台在无人机执行航线飞行的过程中固定地朝向飞机地某个方向。即观察方向固定，无法自动调节。

该方案中，由于云台的角度是固定的，当观察动线出现起伏或者出现大角度弯折时，固定云台角度可能无法完全覆盖巡检对象。在此方案中，需要为观察动线上各航点或航段设置有一个合适的云台角度，尤其是观察动线出现弯折或在高度上存在较大变化时，事先设置的云台角度难以符合实际情况。此外，当观察动线过长，分段太多时，手动设置航线上各个航段的云台观察角度非常困难，操作费时，还容易出错，影响巡检效率。

针对上述问题，本申请实施例提供了一种云台控制方法，应用于无人机，通过获取无人机的巡检信息，该巡检信息包括观察航段、观察航段对应的观察区间、观察区间对应的总飞行航程以及当前飞行航程。然后，根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的观察进度。根据观察进度以及观察区间确定第一位置，第一位置为无人机的吊舱视场中心点的位置。最后，根据该第一位置以及无人机的当前位置控制无人机的云台的角度。在此实施例中，通过上述方式，对巡检对象划分成多个观察区间，对于每个观察区间，根据观察进度(飞行进度)，实时计算出能够落在观察区间上的第一位置(吊舱观察中心的目标位置)，然后，基于第一位置控制无人机的云台的角度，实现自动调节云台的角度，使得调节后的吊舱观察中心的位置位于该第一位置，使得当前拍摄视场与该观察区间相适应。从而，当巡检完成后，整个拍摄视场能够完全覆盖巡检对象，自适应巡检对象，对巡检对象进行完整观察，有效避免漏检风险，提高巡检效率。

根据上文可以理解，本申请实施例提供的云台控制方法可以由包括云台的无人机实施，例如由无人机的控制芯片或处理器实施执行或由其它具有计算处理能力的设备实施执行等。其它具有计算处理能力的设备可以是与无人机通信连接的地面监控站或智能终端等。

下面结合本申请实施例提供的无人机的示例性应用和实施，说明本申请实施例提供的云台控制方法。请参阅图2，图2是本申请实施例提供的云台控制方法的流程示意图。可以理解的是，该云台控制方法的执行主体可以是无人机的一个或多个处理器。

如图2所示，该方法S100具体可以包括以下步骤：

S10：获取无人机的巡检信息，该巡检信息包括观察航段、观察航段对应的观察区间、观察区间对应的总飞行航程以及当前飞行航程。

观察航段为无人机用于巡检观察区间的飞行航段。观察区间是指观察动线上相邻两个观察特征点之间的区域。其中，观察动线是指在巡检任务飞行过程中为观察巡检对象所需的拍摄视场的扫描线路，可以包括观察特征点及观察特征点之间的连线构成的三维空间的集合。观察特征点是指在巡检任务飞行中构成观察动线的节点。

观察航段和观察区间具有对应关系，在一些实施例中，一个观察区间对应有一个观察航段；在一些实施例中，一个观察区间对应有多个观察航段。

观察区间对应的总飞行航程是指观察区间对应的至少一个观察航段的总里程。当观察区域对应一个观察航段1#时，则该观察区间对应的总飞行航程是该观察航段1#的里程；当观察区域对应观察航段1#、观察航段2#时，则该观察区间对应的总飞行航程是这两个观察航段1#和2#的里程和。

观察区间对应的当前飞行航程是指无人机在该观察区间对应的至少一个观察航段上总共飞行的里程。可以理解的是，随着无人机的飞行，当前飞行航程是不断累积的，直至达到总飞行航程，再开始下一个观察区间的巡检。

请参阅图3，以巡检对象为高压输电线为例进行示例性说明。高压输电线可以包括多个架设输电线缆的杆塔，每个杆塔可以对应一个观察特征点。杆塔之间连接有多条电缆。

航线在高压输电线的上方，可以理解的是，航线是无人机执行巡检任务时所执飞的路线。航线由各个观察航段共同组成。在此实施例中，观察动线包括了整条输电线路上的杆塔以及相邻两杆塔之间的输电线缆所在的区域。在此实施例中，观察区间可以两个杆塔之间的输电线缆所在的区域。可以理解的是，观察动线可以是闭合的，也可以是开放的，在此不做任何限定。

请再次参阅图3，无人机在巡检飞行过程中，需要观察整条观察动线，并及时发现观察东线上的线路特情。从而，随着无人机的飞行，吊舱内拍摄设备的视场(吊舱视场)需要扫过整条观察动线，而非仅需扫过观察动线上的某些区域，或仅扫过观察动线上的观察特征点。为了实现对整条观察动线进行完整的观察，需要吊舱视场中心点在观察动线上移动。其中，吊舱视场中心点是指吊舱视场的中心点。

在一些实施例中，在前述步骤S10之前，该方法S100还包括：

(1)获取观察航段与观察区间之间的映射关系。

(2)根据映射关系以及观察航段，确定观察航段对应的观察区间。

(3)根据映射关系以及观察区间，确定与观察区间关联的所有的观察航段。

(4)将所有的观察航段的飞行航程之和确定为观察区间对应的总飞行航程。

可以理解的是，在对巡检对象进行自动化巡检前，可以先确定观察动线和航线。该航线可以基于观察动线自动生成，或者是工作人员手动设置。该航线被划分成多个观察航段，在一些实施例中，工作人员可以预先设置观察航段与观察区间之间的映射关系，存储于无人机的存储芯片中，以供处理器调用获取。其中，该映射关系满足：每个观察航段至多关联对应一个观察区间，一个观察区间可以对应有一个观察航段。

请参阅图4，图4中的(a)为观察区间对应观察航段的示意图，图4中的(b)为观察航段对应观察区间的示意图。如图4中的(a)所示，观察区间4-5对应的观察航段有航段5、航段6和航段7。从而，可以根据映射关系以及观察航段，确定观察航段对应的观察区间。如图4中的(b)所示，观察航段1对应观察区间1，观察航段2和观察航段3对应观察区间2，观察航段4对应观察区间3，观察航段5、观察航段6和观察航段7均对应观察区间4。

基于观察区间可能对应有一个或多个观察航段，从而，可以根据映射关系和观察区间，确定与观察区间关联的所有的观察航段。例如，与观察区间4关联的所有的观察航段包括观察航段5、观察航段6和观察航段7。

最后，将所有的观察航段的飞行航程之和确定为观察区间对应的总飞行航程。例如，观察区间4对应的总飞行航程为观察航段5的飞行航程、观察航段6的飞行航程以及观察航段7的飞行航程的总和。

在此实施例中，通过设置上述映射关系，在得知无人机当前所在的观察航段后，可快速查找出当前所在的观察区间，在得知无人机当前所在的观察区间后，可快速查找出与观察区间关联的所有的观察航段，并计算得到该观察区间对应的总飞行航程。

S20：根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的观察进度。

由上可知，每个观察区间对应有至少一个观察航段。基于总飞行航程是指观察区间对应的至少一个观察航段的总里程，当前飞行航程是指无人机在该观察区间对应的至少一个观察航段上总共飞行的里程，飞行航程和观察进度存在关联，从而，可以根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的观察进度。可以理解的是，观察进度是指无人机对当前观察区间的巡检完成程度。例如，当当前飞行航程是总飞行航程的一半时，拍摄视场扫过该观察区间的范围会大于50％，从而，观察进度可以是60％。

在一些实施例中，前述步骤S20具体包括：

S21：根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的飞行进度。

其中，飞行进度是评价无人机在当前的观察区间对应的至少一个航段上飞行多少的指标。基于当前飞行航程以及总飞行航程的定义，从而，可以根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的飞行进度。

在一些实施例中，前述步骤S21具体包括：将当前飞行航程与总飞行航程的第一比值确定为所述无人机的飞行进度。

在此实施例中，无人机在某一观察区间的飞行进度为无人机在该观察区间内的当前飞行航程和该观察区间对应的总飞行航程的比值。其中，当前飞行航程可以用飞行速度在时间上的积分计算得到。

在一些实施例中，该方法S100还包括：

(1)获取无人机在观察航段的飞行速度；

(2)通过下式计算观察区间对应的当前飞行航程：

其中，S为观察区间对应的当前飞行航程，t为无人机从开始观察该观察区间到无人机的当前位置的时间，V为无人机的飞行速度。

例如，请参阅图5，图5中观察区间M对应观察航段A、观察航段B和观察航段C，当无人机位于观察航段A的起点时，开始对飞行速度在时间上进行积分，计算得到当前飞行航程S。其中，飞行速度是实时获取的无人机真实飞行速度。

在此实施例中，通过对无人机在观察航段的飞行速度进行实时积分，能够准确得到当前飞行航程。

可以理解的是，在一些实施例中，当无人机观察新的观察区间时，无人机的飞行进度、当前飞行航程以及观察进度均从零开始重新计算。也即，从新的观察区间的起点坐标开始，重新计算新的观察区间对应的当前飞行航程以及观察进度，以使得各个观察区间对应的数据准确，方便后续准确调整云台的角度。

S22：根据飞行进度确定无人机的观察进度。

请参再次参阅图5，可以理解的是，飞行进度和观察进度存在正相关。从而，可以基于飞行进度和观察进度之间的关联关系，根据飞行进度确定无人机的观察进度。在一些实施例中，可以粗略将飞行进度作为观察进度。

在一些实施例中，前述步骤S22具体包括：将飞行进度与预设系数的第二比值确定为无人机的观察进度，其中，预设系数小于或等于1。

可以理解的是，请参阅图6，基于拍摄设备的拍摄视场对着无人机的下方，其形状是一个大于无人机的矩形，当无人机飞行至当前飞行航程时，拍摄视场扫过的范围会大于当前飞行航程，例如，当飞行进度达到50％时，观察进度可能达到了60％。

在此实施例中，设置预设系数为飞行进度和观察进度之间的比例关系。考虑到上述飞行进度和观察进度之间的关系特性，适当放宽观察进度和飞行进度之间的比例关系，将预设系数设置为小于或等于1。例如若100％的观察进度只需要对应90％的飞行进度，则可以将预设系数设置为0.9。当无人机在观察区间M对应的观察航段上飞行的当前飞行航程达到90％，即飞行进度达到90％时，计算出的观察进度已达到1，此时，拍摄视场已经完成扫过该观察区间M。

在此实施例中，基于飞行进度和观察进度之间的关联关系，可以根据飞行进度准确确定无人机的观察进度。适当放宽观察进度和飞行进度之间的比例关系，将预设系数设置为小于或等于1，由此，将飞行进度与预设系数的第二比值确定为无人机的观察进度，不仅使得观察进度准确，还能能够保障观察区间上的每个地方都能被观察拍摄到。

S30：根据观察进度以及观察区间确定第一位置，该第一位置为无人机的吊舱视场中心点的目标位置。

可以理解的是，拍摄设备的拍摄视场对着无人机的下方，其形状是一个大于无人机的矩形。在此步骤中，吊舱视场中心点即为拍摄视场的矩形中心。

请参阅图6，为了使得拍摄视场能够实时完整覆盖观察动线的幅宽，吊舱视场中心点可以在各个观察区间的起点坐标和终点坐标的连线上移动。可以理解的是，观察动线的幅宽是指观察动线的横向宽度。在上述高压输电线的巡检举例中，观察动线的幅宽为输电线缆横向距离最远的两条电缆之间的距离。

从而，根据观察进度以及观察区间实时确定无人机的吊舱视场中心点的目标位置(第一位置)，若吊舱视场中心点的当前位置和目标位置存在偏移的情况下，及时将当前位置调整至目标位置，能够使得吊舱视场中心点可以在观察区间的起点坐标和终点坐标的连线上移动。

在一些实施例中，前述步骤S30具体包括：

S31：获取观察区间的起点坐标以及终点坐标。

S32：根据起点坐标以及终点坐标确定观察区间的起点指向观察区间的终点的第一单位向量。

S33：通过下式计算第一位置的坐标：

P＝s+vec×present

其中，P为第一位置的坐标，s为起点坐标，vec为第一单位向量，present为观察进度。

请参阅图7，观察区间的起点坐标为s＝(s_x,s_y,s_z)，终点坐标为e＝(e_x,e_y,e_z)，无人机当前的观察进度为present。在一些实施例中，为了计算第一单位向量，首先，计算起点坐标和终点坐标之间的距离

然后，计算第一单位向量

在获取到第一单位向量后，在已知起点坐标s的情况下，随着观察进度的进行，可以采用上述公式准确计算出第一位置的坐标，即吊舱视场中心点的目标位置

在此实施例中，通过上述方式，能够准确确定第一位置的坐标，即准确确定吊舱视场中心点的目标位置。

S40：根据第一位置以及无人机的当前位置控制无人机的云台的角度。

其中，“无人机的当前位置”是无人机当前时刻在三维空间中的坐标位置。在已知无人机的当前位置和吊舱视场中心点的目标位置后，可以计算出云台控制指令，以控制云台的角度。

在一些实施例中，前述步骤S40具体包括：

S41：根据第一位置的坐标以及无人机的当前位置的坐标确定从无人机的当前位置指向第一位置的第二单位向量。

S42：根据第二单位向量确定云台的俯仰角与偏航角。

S43：根据俯仰角与偏航角控制云台的角度。

例如，若无人机的当前位置的坐标为P＝(u_x,u_y,u_z)，第一位置的坐标为G＝(g_x,g_y,g_z)，首先，采用以下公式计算出从无人机的当前位置指向第一位置的向量

然后，计算出从无人机的当前位置指向第一位置的第二单位向量

采用以下公式计算云台的俯仰角θ_Gim与偏航角ψ_Gim：

θ_Gin＝atan2(e₂,e₁)

ψ_Gim＝asin(e₃)

最后，根据俯仰角与偏航角控制云台的角度，以使吊舱视场中心点从当前位置调整至目标位置，从而，能够保证吊舱视场中心点可以在观察区间的起点坐标和终点坐标的连线上移动。

在此实施例中，通过无人机的当前位置指向第一位置的第二单位向量，确定云台的俯仰角与偏航角，然后，根据俯仰角与偏航角控制云台的角度，可以使得吊舱视场中心点从当前位置调整至目标位置，从而，能够保证吊舱视场中心点可以在观察区间的起点坐标和终点坐标的连线上移动，以够实时完整覆盖观察动线的幅宽。

在一些实施例中，当无人机执行临时任务时，该方法还包括：

(1)若无人机以当前航线执行临时任务，则继续执行前述根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的飞行进度的步骤，直至临时任务结束。

(2)若无人机飞离当前航线执行临时任务，则锁存当前无人机的飞行进度，直至临时任务结束。

正常情况下，无人机在沿航线飞行的过程中，执行正常巡检任务，吊舱视场中心点在观察动线上移动，对观察动线实现自动的观察动作。

可以理解的是，实际飞行的过程中，无人机可能在发现线路特情的情况下需要执行其它临时任务，比如云台锁定观察某一线路特情区域，或，无人机暂离航线进行其它任务飞行。

为了适配这些应急操作，分两种情况对飞行进度进行处理，一类是无人机在执行临时任务过程不飞离原航线，另一类是无人机需要离开原航线。

具体地，请参阅图8中的(a)至(c)，若无人机以当前航线执行临时任务，例如云台可能在飞行过程中受到其它指令控制不会继续自动观察观察动线，但由于无人机还在航线上飞行，在此情况下，无人机的飞行进度不会停止计算，即继续执行前述根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的飞行进度的步骤，直至临时任务结束。从而，能够有效保证无人机重新回到航线观察时还能够正常观察其对应的观察区间。

请参阅图9中的(a)至(c)，若无人机飞离当前航线执行临时任务，则锁存当前无人机的飞行进度，当从其他任务返回原航线时从锁存的飞行进度开始继续计算，从而，能够保证无人机从航线外回到航线时还能够从飞离的位置继续进行观察。

在此实施例中，针对无人机执行临时任务，分上述两种情况进行处理，使得无人机在处理特殊情况后依旧能平滑顺畅地返回原航线继续执行观察巡检任务。

综上所述，本申请实施例提供中云台控制方法，应用于无人机，通过获取无人机的巡检信息，该巡检信息包括观察航段、观察航段对应的观察区间、观察区间对应的总飞行航程以及当前飞行航程。然后，根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的观察进度。根据观察进度以及观察区间确定第一位置，第一位置为无人机的吊舱视场中心点的位置。最后，根据该第一位置以及无人机的当前位置控制无人机的云台的角度。在此实施例中，通过上述方式，对巡检对象划分成多个观察区间，对于每个观察区间，根据观察进度(飞行进度)，实时计算出能够落在观察区间上的第一位置(吊舱观察中心的目标位置)，然后，基于第一位置控制无人机的云台的角度，实现自动调节云台的角度，使得调节后的吊舱观察中心的位置位于该第一位置，使得当前拍摄视场与该观察区间相适应。从而，当巡检完成后，整个拍摄视场能够完全覆盖巡检对象，自适应巡检对象，对巡检对象进行完整观察，有效避免漏检风险，提高巡检效率。

请参阅图10，图10是本申请实施例提供的一种云台控制装置的结构示意图。其中，该云台控制装置，应用于无人机，具体的，该云台控制装置应用于无人机的一个或多个处理器。

如图10所示，该云台控制装置200包括：获取模块201、观察进度确定模块202、第一位置确定模块203和控制模块204。

其中，获取模块201用于获取无人机的巡检信息，该巡检信息包括观察航段、观察航段对应的观察区间、观察区间对应的总飞行航程以及当前飞行航程。观察进度确定模块202用于根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的观察进度。第一位置确定模块203用于根据观察进度以及观察区间确定第一位置，该第一位置为无人机的吊舱视场中心点的目标位置。控制模块204用于根据第一位置以及无人机的当前位置控制无人机的云台的角度。

在本申请实施例中，云台控制装置亦可以由硬件器件搭建成的，例如，云台控制装置可以由一个或两个以上的芯片搭建而成，各个芯片可以互相协调工作，以完成上述各个实施例所阐述的云台控制方法。再例如，云台控制装置还可以由各类逻辑器件搭建而成，诸如由通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM(Acorn RISC Machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合而搭建成。

本申请实施例中的云台控制装置可以为具有操作系统的装置。该操作系统可以为安卓(Android)操作系统，可以为ios操作系统，还可以为其他可能的操作系统，本申请实施例不作具体限定。

本申请实施例提供的云台控制装置能够实现上述云台控制方法所能实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

需要说明的是，上述云台控制装置可执行本申请实施例所提供的云台控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在云台控制装置实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的云台控制方法。

本申请实施例还提供了一种控制器，请参阅图11，图11是本申请实施例提供的一种控制器的硬件结构示意图。

如图11所示，该控制器300包括通信连接的至少一个处理器301和存储器302(图11中以总线连接、一个处理器为例)。

其中，处理器301用于提供计算和控制能力，以控制控制器300执行相应任务，例如，控制控制器300执行上述任一方法实施例中的云台控制方法，该方法包括：获取无人机的巡检信息，该巡检信息包括观察航段、观察航段对应的观察区间、观察区间对应的总飞行航程以及当前飞行航程。根据当前飞行航程以及总飞行航程确定无人机的观察进度。根据观察进度以及观察区间确定第一位置，该第一位置为无人机的吊舱视场中心点的目标位置。根据第一位置以及无人机的当前位置控制无人机的云台的角度。

在此实施例中，控制器对每个观察区间，根据观察进度(飞行进度)，实时计算出能够落在观察区间上的第一位置(吊舱观察中心的目标位置)，然后，基于第一位置控制无人机的云台的角度，实现自动调节云台的角度，使得调节后的吊舱观察中心的位置位于该第一位置，使得当前拍摄视场与该观察区间相适应。从而，当巡检完成后，整个拍摄视场能够完全覆盖巡检对象，自适应巡检对象，对巡检对象进行完整观察，有效避免漏检风险，提高巡检效率。

处理器301可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)、硬件芯片或者其任意组合；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array，FPGA)，通用阵列逻辑(genericarray logic，GAL)或其任意组合。

存储器302作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的云台控制方法对应的程序指令/模块。处理器301通过运行存储在存储器302中的非暂态软件程序、指令以及模块，可以实现上述述任一方法实施例中的云台控制方法，为避免重复，这里不再赘述。

具体地，存储器302可以包括易失性存储器(volatile memory，VM)，例如随机存取存储器(random access memory，RAM)；存储器302也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory，NVM)，例如只读存储器(read-only memory，ROM)，快闪存储器(flashmemory)，硬盘(hard disk drive，HDD)或固态硬盘(solid-state drive，SSD)或其他非暂态固态存储器件；存储器302还可以包括上述种类的存储器的组合。

在本申请实施例中，存储器302还可以包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

需要说明的是，上述控制器可执行本申请实施例所提供的云台控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在控制器实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的云台控制方法。

本申请实施例还提供了一种无人机，该无人机包括云台以及上述实施例中的控制器，控制器用于控制云台的角度。其中，云台是用于安装拍摄设备的支撑设备。具体地，拍摄设备或其它传感器收容于吊舱中，安装挂载于云台上。

基于控制器能够对每个观察区间，根据观察进度(飞行进度)，实时计算出能够落在观察区间上的第一位置(吊舱观察中心的目标位置)，然后，基于第一位置控制无人机的云台的角度，实现自动调节云台的角度，使得调节后的吊舱观察中心的位置位于该第一位置，使得当前拍摄视场与该观察区间相适应。从而，当巡检完成后，整个拍摄视场能够完全覆盖巡检对象，自适应巡检对象，对巡检对象进行完整观察，有效避免漏检风险，提高巡检效率。

从而，该无人机也能够在巡检过程中，实时调节云台角度，自适应巡检对象，对巡检对象进行完整观察，有效避免漏检风险，提高巡检效率。

本申请实施例还提供了一种无人机巡检系统，包括：若干个地面监控站以及上述实施例中的无人机。地面监控站与无人机通信连接，其中，无线网络可以是蓝牙网络、WiFi网络、无线蜂窝网络或者其结合，在此不予限定。

无人机用于巡检观察动线上的观察区间，并将巡检时获取的观察动线的图像信息以及巡检信息传送至地面监控站，以使地面监控站控制无人机。具体地，在对巡检对象进行自动化巡检前，可以先确定观察动线。在巡检观察动线上的观察区间时，无人机将巡检时获取的关于观察动线的图像信息以及巡检信息传送至地面监控站。从而，地面监控站能够显示图像信息，帮助工作人员及时了解巡检对象的检测情况。另外，工作人员也能通过地面监控站对无人机进行作业控制。

无人机能够在巡检过程中，实时调节云台角度，自适应巡检对象，对巡检对象进行完整观察，有效避免漏检风险，提高巡检效率。从而，该无人机巡检系统具有与无人机相同的功能，在此不再重复赘述。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括程序代码的存储器，上述程序代码可由处理器执行以完成上述实施例中的云台控制方法。例如，该计算机可读存储介质可以是只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CDROM)、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括一条或多条程序代码，该程序代码存储在计算机可读存储介质中。电子设备的处理器从计算机可读存储介质读取该程序代码，处理器执行该程序代码，以完成上述实施例中提供的云台控制方法的方法步骤。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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范围。

Claims (13)

1.一种云台控制方法，应用于无人机，其特征在于，所述方法包括：

获取所述无人机的巡检信息，所述巡检信息包括观察航段、所述观察航段对应的观察区间、所述观察区间对应的总飞行航程以及当前飞行航程，其中，所述观察航段为所述无人机用于巡检所述观察区间的飞行航段；

根据所述当前飞行航程以及所述总飞行航程确定所述无人机的观察进度；

根据所述观察进度以及所述观察区间确定第一位置，所述第一位置为所述无人机的吊舱视场中心点的目标位置；

根据所述第一位置以及所述无人机的当前位置控制所述无人机的云台的角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前飞行航程以及所述总飞行航程确定所述无人机的观察进度，包括：

根据所述当前飞行航程以及所述总飞行航程确定所述无人机的飞行进度；

根据所述飞行进度确定所述无人机的观察进度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前飞行航程以及所述总飞行航程确定所述无人机的飞行进度，包括：

将所述当前飞行航程与所述总飞行航程的第一比值确定为所述无人机的飞行进度。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述飞行进度确定所述无人机的观察进度，包括：

将所述飞行进度与预设系数的第二比值确定为所述无人机的观察进度，其中，所述预设系数小于或等于1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述观察进度以及所述观察区间确定第一位置，包括：

获取所述观察区间的起点坐标以及终点坐标；

根据所述起点坐标以及所述终点坐标确定所述观察区间的起点指向所述观察区间的终点的第一单位向量；

通过下式计算所述第一位置的坐标：

P＝s+vec×present

其中，P为所述第一位置的坐标，s为所述起点坐标，vec为所述第一单位向量，present为所述观察进度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一位置以及所述无人机的当前位置控制所述无人机的云台角度，包括：

根据所述第一位置的坐标以及所述无人机的当前位置的坐标确定从所述无人机的当前位置指向所述第一位置的第二单位向量；

根据所述第二单位向量确定所述云台的俯仰角与偏航角；

根据所述俯仰角与所述偏航角控制所述云台的角度。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，在获取所述无人机的巡检信息之前，所述方法还包括：

获取所述观察航段与所述观察区间之间的映射关系；

根据所述映射关系以及所述观察航段，确定所述观察航段对应的所述观察区间；

根据所述映射关系以及所述观察区间，确定与所述观察区间关联的所有的所述观察航段；

将所有的所述观察航段的飞行航程之和确定为所述观察区间对应的总飞行航程。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述无人机在所述观察航段的飞行速度；

通过下式计算所述观察区间对应的所述当前飞行航程：

其中，S为所述观察区间对应的所述当前飞行航程，t为所述无人机从开始观察所述观察区间到所述无人机的当前位置的时间，V为所述无人机的飞行速度。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述无人机观察新的所述观察区间时，所述无人机的飞行进度、所述当前飞行航程以及所述观察进度均从零开始重新计算。

10.根据权利要求2-6任一项所述的方法，其特征在于，当所述无人机执行临时任务时，所述方法还包括：

若所述无人机以当前航线执行临时任务，则继续执行所述根据所述当前飞行航程以及所述总飞行航程确定所述无人机的飞行进度的步骤，直至所述临时任务结束；

若所述无人机飞离所述当前航线执行临时任务，则锁存当前所述无人机的所述飞行进度，直至所述临时任务结束。

11.一种控制器，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-10任一项所述的云台控制方法。

12.一种无人机，其特征在于，包括：

云台以及如权利要求11所述的控制器，所述控制器用于控制所述云台的角度。

13.一种无人机巡检系统，其特征在于，包括：

若干个地面监控站以及如权利要求12所述的无人机；

所述地面监控站与所述无人机通信连接，所述无人机用于巡检观察动线上的观察区间，并将巡检时获取的所述观察动线的图像信息以及巡检信息传送至所述地面监控站，以使所述地面监控站控制所述无人机。

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