CN115755976A - 巡检无人机航线规划方法、系统、无人飞行器及存储介质 - Google Patents

巡检无人机航线规划方法、系统、无人飞行器及存储介质 Download PDF

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CN115755976A
CN115755976A CN202211535547.2A CN202211535547A CN115755976A CN 115755976 A CN115755976 A CN 115755976A CN 202211535547 A CN202211535547 A CN 202211535547A CN 115755976 A CN115755976 A CN 115755976A
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aerial vehicle
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刘韫樟
甄超
刘嘉彬
周飞飞
聂立新
尚文迪
刘君
许家文
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Shenzhen Autel Intelligent Aviation Technology Co Ltd
Anhui Power Transmission and Transformation Engineering Co Ltd
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Shenzhen Autel Intelligent Aviation Technology Co Ltd
Anhui Power Transmission and Transformation Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明涉及无人机航线规划技术领域，具体地说，涉及一种巡检无人机航线规划方法、系统、无人飞行器及存储介质。该方法具有如下流程：获取目标折线L及目标折线中每个锚点Pi的空间坐标Pi(xi，yi，zi)；其中，锚点Pi为在目标折线L的延伸方向上的第i个锚点，i∈N+；目标折线L为相邻锚点间的线段
Figure DDA0003977475080000011
的集合，线段
Figure DDA0003977475080000012
为锚点Pi及锚点Pi+1间的线段；获取偏移量，进而获取每个与锚点Pi对应的航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)；基于所有航点的空间坐标生成航线L*并输出。该系统用于实现上述方法，该无人飞行器具有上述系统，该存储介质中存储有用于执行上述方法的计算机程序。本发明能够较佳依据目标通道实现最终航线的制定。

Description

巡检无人机航线规划方法、系统、无人飞行器及存储介质
技术领域
本发明涉及无人机航线规划技术领域，具体地说，涉及一种巡检无人机航线规划方法、系统、无人飞行器及存储介质。
背景技术
见于图1，在对如公路、铁路、输电线路、输油管道、河道、海岸线、边境线等通道形状的对象中，以无人机进行通道巡检时，会基于目标通道(图1中10)的所有巡航点(图1中11)建立航点(图1中21)；现有技术中，航点位于同一高度的参考水平面(图1中的30)中，通过拟合即可基于所有的航点在参考水平面处拟合出一条目标折线(图1中的20)；该目标折线即可作为无人机的巡检航线。
上述方式所存在的弊端在于：
1、所建立的目标折线位于目标通道的正上方，但实际上在如高速公路、铁路、输电线路等目标通道中，出于安全的考虑，无人机是不允许在该类通道的正上方进行飞行的；故现有该类建立航线的方式，通用性较差；
2、所建立的目标折线在同一高度的参考水平面中建立，但实际上，目标通道在高度方向上会存在起伏；故现有该类建立航线的方式，不能很好地随目标通道的高度变化而变化；
3、目标通道由于跨度较大，故可能会跨越多种复杂环境或地形；现有该类建立航线的方式，不能很好的对无人机飞行时的对地安全距离进行设置。
发明内容
本发明提供了一种巡检无人机航线规划方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
根据本发明的一种巡检无人机航线规划方法，其具有：
获取目标折线L及目标折线中每个锚点Pi的空间坐标Pi(xi，yi，zi)；其中，锚点Pi为在目标折线L的延伸方向上的第i个锚点，i∈N+；目标折线L为相邻锚点间的线段
Figure BDA0003977475060000021
的集合，线段
Figure BDA0003977475060000022
为锚点Pi及锚点Pi+1间的线段；
获取偏移量，并基于偏移量获取每个与锚点Pi对应的航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)；
基于所有航点的空间坐标生成航线L*并输出。
通过上述，能够较佳地在目标折线L的基础上，通过加入偏移量的方式，形成最终的航线L*，故而能够较佳地适用于不同环境下的目标通道。
作为优选，偏移量包括观察高度偏移量Δh1；基于偏移量获取每个与锚点Pi对应的航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)包括，基于高度偏移量Δh1获取与锚点Pi对应的第一航点
Figure BDA0003977475060000023
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000024
通过上述，使得能够通过加入高度偏移量Δh1的方式，使得航线L*与目标道通的高度变化进行匹配。
作为优选，偏移量包括水平偏移量ΔL；基于偏移量获取每个与锚点Pi对应的航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)包括，基于水平偏移量ΔL获取与锚点Pi对应的第二航点
Figure BDA0003977475060000025
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000026
通过上述，使得能够通过加入水平偏移量ΔL的方式，实现航线L*偏离目标道通的正上方。
作为优选，偏移量包括安全高度偏移量Δh2；基于偏移量获取每个与锚点Pi对应的航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)包括，基于安全高度偏移量Δh2获取与锚点Pi对应的第三航点
Figure BDA0003977475060000027
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000028
通过上述，使得能够通过加入安全高度偏移量Δh2，实现航线L*针对不同的地形及环境自定义地实现安全飞行高度的设置。
作为优选，第一航点
Figure BDA0003977475060000029
的空间坐标
Figure BDA00039774750600000210
的计算公式为：
Figure BDA00039774750600000211
基于所有航点的空间坐标生成航线L*并输出包括，以第一航点
Figure BDA00039774750600000212
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000031
作为航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)并输出。
通过上述使得，能够在每个锚点Pi处分别加入高度偏移量Δh1，从而能够较佳地实现每个第一航点
Figure BDA0003977475060000032
的能够具有不同或相同的高度，故而能够较佳地实现最终航线跟随目标通道的变化而变化。
作为优选，基于水平偏移量ΔL获取与锚点Pi对应的第二航点
Figure BDA0003977475060000033
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000034
包括，
对锚点Pi的空间坐标Pi(xi，yi，zi)或第一航点
Figure BDA0003977475060000035
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000036
进行水平偏移，获取每个对应的水平偏离点Ri的空间坐标Ri(X0i，Y0i，Z0i)，
Figure BDA0003977475060000037
或
Figure BDA0003977475060000038
相邻水平偏离点Ri和Ri+1间线段记为线段
Figure BDA0003977475060000039
以相邻线段
Figure BDA00039774750600000310
的端点或交点作为对应的第二航点
Figure BDA00039774750600000311
基于所有航点的空间坐标生成航线L*并输出包括，以第二航点
Figure BDA00039774750600000312
的空间坐标
Figure BDA00039774750600000313
作为航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)并输出。
通过上述，能够在每个锚点Pi处分别加入水平偏移量ΔL，从而能够较佳地实现第二航点
Figure BDA00039774750600000314
相较于目标通道的巡检点均能够具备水平的偏移，使得最终的航线L*能够偏离目标通道的正上方。故而通用性较佳。
作为优选，基于安全高度偏移量Δh2获取与锚点Pi对应的第三航点
Figure BDA00039774750600000315
的空间坐标
Figure BDA00039774750600000316
包括，
基于锚点Pi、第一航点
Figure BDA00039774750600000317
或第二航点
Figure BDA00039774750600000318
通过下述公式获取第三航点
Figure BDA00039774750600000319
的空间坐标
Figure BDA00039774750600000320
Figure BDA00039774750600000321
或
Figure BDA00039774750600000322
或
Figure BDA00039774750600000323
基于所有航点的空间坐标生成航线L*并输出包括，以第三航点
Figure BDA0003977475060000041
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000042
作为航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)并输出。
通过上述，能够较佳地实现最终的航线L*能够针对不同的地形均保持足够的安全距离，故而能够较佳地适用于不同环境及地形的目标通道中。
作为优选，航线L*为相邻航点Qi间的线段
Figure BDA0003977475060000043
的集合，线段
Figure BDA0003977475060000044
为航点Qi及航点Qi+1间的线段。故而能够较佳地分段建立航线L*。
此外，本发明还提供了一种巡检无人机航线规划系统，其包括：
至少一个处理器，以及
存储器，所述存储器与所述处理器通信连接，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任一项上述的方法。
通过上述，能够较佳地实现基于现有的目标折线，通过增加偏移量的方式实现最终航线L*的获取。
此外，本发明还提供了一种无人飞行器，其具有任一上述的一种巡检无人机航线规划系统。故而能够较佳地实现无人飞行器的自主航线规划。
此外，本发明还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被执行时，实现权利要求任一项上述的方法。故而能够较佳地实现高度偏移量Δh1、水平偏移量ΔL和安全高度偏移量Δh2的补偿。
附图说明
图1为现有巡检航线建立的示意图；
图2为实施例1中的一种巡检无人机航线规划方法的流程示意图；
图3为实施例1中的第一计算单元的计算流程示意图；
图4为实施例1中的第二计算单元的计算流程示意图；
图5为实施例1中的第三计算单元的计算流程示意图；
图6为实施例1中的一种巡检无人机航线规划系统的框图示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
实施例1
见于图2，本实施例提供了一种巡检无人机航线规划方法，其具有如下流程：
能够通过例如一采集单元获取目标折线L及目标折线中每个锚点Pi的空间坐标Pi(xi，yi，zi)；其中，锚点Pi为在目标折线L的延伸方向上的第i个锚点，i∈N+；目标折线L为相邻锚点间的线段
Figure BDA0003977475060000051
的集合，线段
Figure BDA0003977475060000052
为锚点Pi及锚点Pi+1间的线段；
能够通过例如一输入单元输入偏移量，并能够通过例如一计算单元获取每个与锚点Pi对应的航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)；
能够通过例如一输出单元处基于所有航点的空间坐标生成航线L*并输出。
通过上述流程，能够较佳地在目标折线L的基础上，通过加入偏移量的方式，形成最终的航线L*，故而能够较佳地适用于不同环境下的目标通道。
其中，偏移量包括观察高度偏移量Δh1、水平偏移量ΔL和安全高度偏移量Δh2中的至少一个，计算单元能够包括例如用于基于高度偏移量Δh1获取与锚点Pi对应的第一航点
Figure BDA0003977475060000053
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000054
的第一计算单元，例如用于基于水平偏移量ΔL获取与锚点Pi对应的第二航点
Figure BDA0003977475060000055
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000056
的第二计算单元，以及例如用于基于安全高度偏移量Δh2获取与锚点Pi对应的第三航点
Figure BDA0003977475060000057
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000058
的第三计算单元。
通过上述使得：能够通过加入高度偏移量Δh1的方式，使得航线L*与目标道通的高度变化进行匹配；能够通过中加入水平偏移量ΔL的方式，实现航线L*偏离目标道通的正上方；通过加入安全高度偏移量Δh2的方式，实现航线L*针对不同的地形及环境自定义地实现安全飞行高度的设置。
见于图3，本实施例在输入偏移量中具有观察高度偏移量Δh1时，计算单元能够基于例如下述流程进行，
通过第一计算单元基于下述公式获取第一航点
Figure BDA0003977475060000061
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000062
Figure BDA0003977475060000063
判断输入偏移量中是否具有其余偏移量，若无则以第一航点
Figure BDA0003977475060000064
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000065
作为航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)并输出。
通过上述使得，能够在每个锚点Pi处分别加入高度偏移量Δh1，从而能够较佳地实现每个第一航点
Figure BDA0003977475060000066
的能够具有不同或相同的高度，故而能够较佳地实现最终航线跟随目标通道的变化而变化。
可以理解是，本实施例中的目标折线L中的每个锚点的高度均在同一高度上(该高度为已知的设定量)且位于目标通道的巡航点的正上方，而目标通道的每个巡航点的高度也为已知量，故基于锚点的高度及对应巡航点的高度，即可较佳地实现对每个锚点设置不同或相同的高度偏移量Δh1，从而即可较佳地匹配目标通道的高度变化。
见于图4，本实施例在输入偏移量中具有水平偏移量ΔL时，计算单元能够基于例如下述流程进行，
判断输入偏移量中是否存在高度偏移量Δh1，若存在则通过第一计算单元获取第一航点
Figure BDA0003977475060000067
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000068
并作为下一流程的依据，若不存在则直接执行下一流程；
第二计算单元通过下述公式对锚点Pi的空间坐标Pi(xi，yi，zi)或第一航点
Figure BDA0003977475060000069
的空间坐标
Figure BDA00039774750600000610
进行水平偏移，获取每个对应的水平偏离点Ri的空间坐标Ri(X0i，Y0i，Z0i)，
Figure BDA00039774750600000611
或
Figure BDA00039774750600000612
相邻水平偏离点Ri和Ri+1间线段记为线段
Figure BDA0003977475060000071
以相邻线段
Figure BDA0003977475060000072
的端点或交点作为对应的第二航点
Figure BDA0003977475060000073
判断输入偏移量中是否具有安全高度偏移量Δh2，若无则以第二航点
Figure BDA0003977475060000074
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000075
作为航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)并输出。
通过上述，能够在每个锚点Pi处分别加入水平偏移量ΔL，从而能够较佳地实现第二航点
Figure BDA0003977475060000076
相较于目标通道的巡检点均能够具备水平的偏移，使得最终的航线L*能够偏离目标通道的正上方。故而通用性较佳。
可以理解的是，第二航点
Figure BDA0003977475060000077
能够通过偏移向量进行计算，也能够通过构建直线方程组的方式进行获取。该种手段为现有常规技术，本实施例中不予赘述。
见于图5，本实施例在输入偏移量中具有安全高度偏移量Δh2时，计算单元能够基于例如下述流程进行，
判断输入偏移量中是否存在高度偏移量Δh1，若存在则通过第一计算单元获取第一航点
Figure BDA0003977475060000078
的空间坐标
Figure BDA0003977475060000079
并作为下一流程的依据，若不存在则直接执行下一流程的；
判断输入偏移量中是否存在水平偏移量ΔL，若存在则通过第二计算单元获取第二航点
Figure BDA00039774750600000710
的空间坐标
Figure BDA00039774750600000711
并作为下一流程的依据，若不存在则直接执行下一流程；
第三计算单元基于锚点Pi、第一航点
Figure BDA00039774750600000712
或第二航点
Figure BDA00039774750600000713
通过下述公式获取第三航点
Figure BDA00039774750600000714
的空间坐标
Figure BDA00039774750600000715
Figure BDA00039774750600000716
或
Figure BDA00039774750600000717
或
Figure BDA00039774750600000718
以第三航点
Figure BDA00039774750600000719
的空间坐标
Figure BDA00039774750600000720
作为航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)并输出。
通过上述，能够较佳地实现最终的航线L*能够针对不同的地形均保持足够的安全距离，故而能够较佳地适用于不同环境及地形的目标通道中。
本实施例中，航线L*为相邻航点Qi间的线段
Figure BDA00039774750600000721
的集合，线段
Figure BDA00039774750600000722
为航点Qi及航点Qi+1间的线段。故而能够较佳地分段建立航线L*。
见于图6，本实施例还提供了一种巡检无人机航线规划系统，其包括：
至少一个处理器，以及
存储器，所述存储器与所述处理器通信连接，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本实施例所述的方法。
通过上述，能够较佳地实现基于现有的目标折线，通过增加偏移量的方式实现最终航线L*的获取。
其中，处理器能够具有本实施例中的采集单元、输入单元、计算单元及输出单元；可以理解的是，采集单元、输入单元、计算单元及输出单元能够通过现有器件实现，也能够通过计算机程序实现。
此外，计算单元还能够具有第一计算单元、第二计算单元及第三计算单元。故而能够较佳地实现高度偏移量Δh1、水平偏移量ΔL和安全高度偏移量Δh2的补偿。同理，第一计算单元、第二计算单元及第三计算单元也能够通过现有器件实现，也能够通过计算机程序实现。
可以理解的是，本实施例中的高度偏移量Δh1能够依据目标通道的每个巡航点的高度设置，水平偏移量ΔL能够基于目标通道的具体情况进行设置，高度偏移量Δh1能够基于每个巡航点处的如地形高度等参数进行设置。
实施例2
本实施例提供了一种无人飞行器，其具有实施例1中所述的一种巡检无人机航线规划系统。故而能够较佳地实现在飞行器处对航线的自主规划。
实施例3
本实施例提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被执行时，实现实施例1中所述的方法。
容易理解的是，本领域技术人员在本申请提供的一个或几个实施例的基础上，可以对本申请的实施例进行结合、拆分、重组等得到其他实施例，这些实施例均没有超出本申请的保护范围。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种巡检无人机航线规划方法，其具有：
获取目标折线L及目标折线中每个锚点Pi的空间坐标Pi(xi，yi，zi)；其中，锚点Pi为在目标折线L的延伸方向上的第i个锚点，i∈N+；目标折线L为相邻锚点间的线段
Figure FDA0003977475050000011
的集合，线段
Figure FDA0003977475050000012
为锚点Pi及锚点Pi+1间的线段；
获取偏移量，并基于偏移量获取每个与锚点Pi对应的航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)；
基于所有航点的空间坐标生成航线L*并输出。
2.根据权利要求1所述的一种巡检无人机航线规划方法，其特征在于：偏移量包括观察高度偏移量Δh1；
基于偏移量获取每个与锚点Pi对应的航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)包括，基于高度偏移量Δh1获取与锚点Pi对应的第一航点
Figure FDA0003977475050000013
的空间坐标
Figure FDA0003977475050000014
3.根据权利要求1-2中任一所述的一种巡检无人机航线规划方法，其特征在于：偏移量包括水平偏移量ΔL；
基于偏移量获取每个与锚点Pi对应的航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)包括，基于水平偏移量ΔL获取与锚点Pi对应的第二航点
Figure FDA0003977475050000015
的空间坐标
Figure FDA0003977475050000016
4.根据权利要求1-3中任一所述的一种巡检无人机航线规划方法，其特征在于：偏移量包括安全高度偏移量Δh2；
基于偏移量获取每个与锚点Pi对应的航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)包括，基于安全高度偏移量Δh2获取与锚点Pi对应的第三航点
Figure FDA0003977475050000017
的空间坐标
Figure FDA0003977475050000018
5.根据权利要求2-4中任一所述的一种巡检无人机航线规划方法，其特征在于：第一航点
Figure FDA0003977475050000019
的空间坐标
Figure FDA00039774750500000110
的计算公式为：
Figure FDA0003977475050000021
基于所有航点的空间坐标生成航线L*并输出包括，以第一航点
Figure FDA0003977475050000022
的空间坐标
Figure FDA0003977475050000023
作为航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)并输出。
6.根据权利要求3-5中任一所述的一种巡检无人机航线规划方法，其特征在于：基于水平偏移量ΔL获取与锚点Pi对应的第二航点
Figure FDA0003977475050000024
的空间坐标
Figure FDA0003977475050000025
包括，
对锚点Pi的空间坐标Pi(xi，yi，zi)或第一航点
Figure FDA0003977475050000026
的空间坐标
Figure FDA0003977475050000027
进行水平偏移，获取每个对应的水平偏离点Ri的空间坐标Ri(X0i，Y0i，Z0i)，
Figure FDA0003977475050000028
或
Figure FDA0003977475050000029
相邻水平偏离点Ri和Ri+1间线段记为线段
Figure FDA00039774750500000210
以相邻线段
Figure FDA00039774750500000211
的端点或交点作为对应的第二航点
Figure FDA00039774750500000212
基于所有航点的空间坐标生成航线L*并输出包括，以第二航点
Figure FDA00039774750500000213
的空间坐标
Figure FDA00039774750500000214
作为航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)并输出。
7.根据权利要求4-6中任一所述的一种巡检无人机航线规划方法，其特征在于：基于安全高度偏移量Δh2获取与锚点Pi对应的第三航点
Figure FDA00039774750500000215
的空间坐标
Figure FDA00039774750500000216
包括，
基于锚点Pi、第一航点
Figure FDA00039774750500000217
或第二航点
Figure FDA00039774750500000218
通过下述公式获取第三航点
Figure FDA00039774750500000219
的空间坐标
Figure FDA00039774750500000220
Figure FDA00039774750500000221
或
Figure FDA00039774750500000222
或
Figure FDA00039774750500000223
基于所有航点的空间坐标生成航线L*并输出包括，以第三航点
Figure FDA00039774750500000224
的空间坐标
Figure FDA0003977475050000031
作为航点Qi的空间坐标Qi(Xi，Yi，Zi)并输出。
8.一种巡检无人机航线规划系统，其特征在于：包括，
至少一个处理器，以及
存储器，所述存储器与所述处理器通信连接，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权利要求1-7中任一项所述的方法。
9.一种无人飞行器，其具有权利要求8中所述的一种巡检无人机航线规划系统。
10.一种非易失性计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被执行时，实现权利要求1-7中任一项所述的方法。
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