融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机方法，包括以下步骤：S1：无人机接收到降落指令后，通过GPS导航进行粗定位飞至指定经纬度，并开启摄像头进行拍摄；S2：将实际拍摄得到的图像进行灰度化二值化处理，对图像进行特征识别，通过视觉导航判断无人机是否到达机坪上；S3：当无人机开启视觉降落模式后，实时调整摄像头成像焦距，规划下降路径以及降落动作；S4：判断无人机是否完成降落动作。还公开了采用该停机方法的巡检无人机停机系统。本发明专利技术采用GPS导航技术与视觉导航相融合的导航技术，可以大大提高无人机停机的精度。

Method and System of Patrol UAV Stopping Based on Satellite Navigation and Visual Perception

【技术实现步骤摘要】
融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机方法及系统
本专利技术涉及无人机领域，特别是涉及一种融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机方法及系统。
技术介绍
随着无人机技术的快速发展，无人机在军用、商用以及民用方面得到了广泛的应用，同时，无人机在植保、物流和电力巡检等方面都执行大量的工作。无人机在执行任务的时候，有时候需要无人机精准着陆，无人机的导航系统主要有GPS导航、视觉导航、雷达导航、惯性导航以及微波导航，单一的导航技术在有些特殊情况下无法完成精准着陆。例如惯性导航系统中惯性器件有累计误差，对初始值过于敏感；GPS信号在特殊的环境中又不能获取，例如室内、树林、楼宇等一些狭小的空间内，这些环境往往会遮挡GPS信号，所以各种导航技术之间的结合就成了未来无人机发展的方向。在无人机飞行中，着陆是重要的阶段，由于气象、地理因素影响，无人机的精准着陆就成为关键的研究内容。现有技术存在的问题如下：1)狭小空间GPS导航使无人机无法精确着陆；2)由于高度或大气的影响使视觉感知的无人机无法采集清晰图片，从而无法实现精准着陆。因此亟需提供一种新型的巡检无人机停机方法来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机方法及系统，能够显著提高无人机着陆的精准度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机方法，包括以下步骤：S1：无人机接收到降落指令后，通过GPS导航进行粗定位飞至指定经纬度，并开启摄像头进行拍摄；S2：将实际拍摄得到的图像进行灰度化二值化处理，对图像进行特征识别，通过视觉导航判断无人机是否到达机坪上，若到达机坪则无人机开启视觉降落模式，否则调整摄像头放大倍数，重复步骤S1与S2；S3：当无人机开启视觉降落模式后，实时调整摄像头成像焦距，规划下降路径以及降落动作；S4：判断无人机是否完成降落动作，如果是则完成降落，否则判断路径是否正确，如果正确则继续执行降落动作，如果路径不正确则调整路径规划与降落动作进行降落。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤S2中，实际拍摄得到的图像特征包括具有定位信息的二维码。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤S3中，下降路径的规划过程为：根据步骤S2中识别到的图像特征，不断调整无人机的经纬度，使无人机的降落点恰好位于具有图像特征信息的图像中间位置。为解决上述技术问题，本专利技术采用的另一个技术方案是：提供一种融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机系统，主要包括：卫星导航定位模块，用于无人机初步定位机坪的位置；视觉感知模块，用于无人机通过视觉导航完成寻找机坪以及降落动作；视觉导航模块，分别与卫星导航定位模块、视觉感知模块相连，采用视觉方式实现无人机的精准下降路径规划。在本专利技术一个较佳实施例中，所述视觉感知模块包括摄像头。在本专利技术一个较佳实施例中，所述视觉导航模块包括控制器。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用GPS导航技术与视觉导航相融合的导航技术，利用GPS粗略定位，再经过摄像机所拍摄的图像进行特征识别来精确定位，可以大大提高无人机停机的精度，克服了现有单一导航技术存在的不足；(2)与现有技术相比，现有RTK技术中无人机的停机误差为厘米级别，平均误差3cm，而本专利技术提供的停机方法使无人机的停机误差控制在1cm以内。附图说明图1是本专利技术融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机方法一较佳实施例的流程图；图2是巡检无人机实际拍摄的一较佳实施例的图像示意图；图3是所述融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机系统的结构框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1，本专利技术实施例包括：一种融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机方法，包括以下步骤：S1：无人机接收到降落指令后，通过GPS导航进行粗定位飞至指定经纬度，并开启摄像头进行拍摄；S2：将实际拍摄得到的图像进行灰度化二值化处理，对图像进行特征识别，通过视觉导航判断无人机是否到达机坪上，若到达机坪则无人机开启视觉降落模式，否则调整摄像头放大倍数，重复步骤S1与S2；优选的，实际拍摄得到的图像特征采用具有定位信息的二维码。根据二维码的定位信息进行定位，若检测到了定位信息，则说明降落地点在预设的范围内，否则调整摄像头放大倍率，缩小焦距，扩大成像范围，或者升高高程，以搜索二维码。S3：当无人机开启视觉降落模式后，实时调整摄像头成像焦距，规划下降路径以及降落动作；具体过程包括：若二维码在草坪范围内，则获取二维码的位置信息，如图2(a)所示，将实际拍摄得到的彩色图像进行灰度化二值化处理，得到图像f，检测二维码左上、左下、右上三个定位点并进行定位，得到二维码的图像坐标系位置是P1(x0,y0)，调整无人机的坐标，使无人机的降落点位于二维码处于图像中心的图像中心位置，如图2(b)所示，这样无人机才能够精准降落。在此过程中需要不断调整无人机的经纬度，将摄像头对准二维码，使无人机拍摄的图像中二维码恰好位于图像中间位置。在下降的过程中，由于成像物距变小，二维码相应的会变大，此时需要不断的进行检测，不断修正无人机的位置，以确保无人机能准确降落在二维码上。S4：根据图像变化判断无人机是否完成降落动作，判断是否完成降落，若降落完成，无人机拍摄图像的大小不会继续变大，若没有完成，则随着飞机的下降，图像逐渐变大，此时需要检测是否有误差，重复S3的步骤。如果完成降落，否则判断路径是否正确，如果正确则继续执行降落动作，如果路径不正确则调整路径规划与降落动作进行降落。与现有技术相比，现有RTK技术中无人机的停机误差为厘米级别，平均误差3cm，而本专利技术提供的停机方法使无人机的停机误差控制在1cm以内。请参阅图3，本专利技术还提供了一种融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机系统，主要包括卫星导航定位模块、视觉感知模块、视觉导航模块，所述卫星导航定位模块、视觉感知模块均与视觉导航模块相连。所述卫星导航定位模块采用GPS导航技术用于无人机初步定位机坪的位置。所述视觉感知模块用于无人机通过视觉导航完成寻找机坪以及降落动作，优选的，视觉感知模块包括摄像头，通过摄像头进行实时拍摄，完成无人机寻找机坪以及降落过程的视觉感知。所述视觉导航模块采用视觉方式实现无人机的精准下降路径规划，优选的，视觉导航模块包括控制器，利用卫星导航定位模块传输的位置信息与视觉感知模块传输的图像信息，进行无人机下降路径的规划，实现无人机的精准降落。本专利技术采用GPS导航技术与视觉导航相融合的导航技术，利用GPS粗略定位，再经过摄像机所拍摄的图像进行特征识别来精确定位，可以大大提高无人机停机的精度，克服了现有单一导航技术存在的不足。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机方法，包括以下步骤：S1：无人机接收到降落指令后，通过GPS导航进行粗定位飞至指定经纬度，并开启摄像头进行拍摄；S2：将实际拍摄得到的图像进行灰度化二值化处理，对图像进行特征识别，通过视觉导航判断无人机是否到达机坪上，若到达机坪则无人机开启视觉降落模式，否则调整摄像头放大倍数，重复步骤S1与S2；S3：当无人机开启视觉降落模式后，实时调整摄像头成像焦距，规划下降路径以及降落动作；S4：判断无人机是否完成降落动作，如果是则完成降落，否则判断路径是否正确，如果正确则继续执行降落动作，如果路径不正确则调整路径规划与降落动作进行降落。

【技术特征摘要】
1.一种融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机方法，包括以下步骤：S1：无人机接收到降落指令后，通过GPS导航进行粗定位飞至指定经纬度，并开启摄像头进行拍摄；S2：将实际拍摄得到的图像进行灰度化二值化处理，对图像进行特征识别，通过视觉导航判断无人机是否到达机坪上，若到达机坪则无人机开启视觉降落模式，否则调整摄像头放大倍数，重复步骤S1与S2；S3：当无人机开启视觉降落模式后，实时调整摄像头成像焦距，规划下降路径以及降落动作；S4：判断无人机是否完成降落动作，如果是则完成降落，否则判断路径是否正确，如果正确则继续执行降落动作，如果路径不正确则调整路径规划与降落动作进行降落。2.根据权利要求1所述的融合卫星导航与视觉感知的巡检无人机停机方法，其特征在于，步骤S2中，实际拍摄得到的图像特征包括具有定位信息的二维码。3.根据权利要求1所述的融合...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海明，刘帅，唐旭明，操松元，赵丹阳，王庆，苗东东，丁雷鸣，孟蒋辉，顾黎强，罗云鹏，王奎，詹赐福，
申请(专利权)人：中科院合肥技术创新工程院，国网安徽省电力有限公司淮南供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34