一种无人机自主航线规划方法及其系统技术方案

本申请涉及无人机的领域，尤其是涉及一种无人机自主航线规划方法及其系统，方法：S1：获取起飞位置的GPS坐标，建立参考二维平面坐标系；S2：获取目标位置的GPS坐标，生成最短路径；S3：发射激光探测信号，生成第三平面坐标；S4：生成第一参考坐标、第二参考坐标；S5：生成第三参考坐标、第四参考坐标；S6：生成第五参考坐标，生成自主路径。系统：包括激光发射模块、光学接收模块、信息处理模块、坐标系建立模块、三维建模模块、数据计算模块、比较计算模块、路径规划模块、控制模块。本申请具有使无人机可根据实际情况自主规划航线的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机自主航线规划方法及其系统
本申请涉及无人机的领域，尤其是涉及一种无人机自主航线规划方法及其系统。
技术介绍
目在近年来的应用十分广泛。与普通飞机相比，无人机轻便灵活、机动性强，并且不需要飞行成本，在一些情况下增加了适应性，比如森林防火监测、灾后救援、架空线路巡检等。无人机在巡检时，一般是有规定的巡检起点以及终点，无人机沿着预设路径由起点向终点移动，一般预设路径时，需要工作人员实地考察预设，或是操作人员使用遥控器实时根据路径上的情况调节无人机的飞行航线。针对上述中的相关术，专利技术人认为存在有无人机不能较好的根据实际情况规划航线的缺陷。
技术实现思路
为了使无人机可根据实际情况自主规划航线，本申请提供一种无人机自主航线规划方法及其系统。第一方面，本申请提供的一种无人机自主航线规划方法采用如下的技术方案：一种无人机自主航线规划方法，包括以下步骤：S1：获取起飞位置的GPS坐标，以起飞位置为零点位置建立平行于水平面的参考二维平面坐标系，建立GPS坐标系到参考二维平面坐标系的转换参数；S2：获取目标位置的GPS坐标，根据转换参数将目标位置的GPS坐标转换为参考二维平面坐标系的第一平面坐标，根据零点位置与目标位置的第一平面坐标生成在参考二维平面坐标系上的最短路径，根据最短路径设置若干定点位置的第二平面坐标；S3：发射激光探测信号，接收回波信号，根据回波信号获取最短路径上障碍物的距离参数、高度参数、形状参数，以参考二维平面坐标系所在的平面为基准面建立障碍物的三维模型，获取该三维模型投影于参考二维平面坐标系的投影的点为第三平面坐标；S4：获取最短路径上沿飞行顺序最接近第三平面坐标且位于第三平面坐标围成的图形外侧的两点第二平面坐标分别为第一参考坐标、第二参考坐标；S5：获取垂直于最短路径且位于参考二维平面坐标系上的基准线，获取沿该基准线分布的第三平面坐标，获取沿基准线分布且平行于基准线的直线距离最远的两点第三平面坐标分别作为第三参考坐标、第四参考坐标；S6：获取第三参考坐标或第四参考坐标沿基准线方向上间隔预定距离的坐标作为第五参考坐标，将第五参考坐标替换最短路径上的第一参考坐标形成自主路径，将第二参考坐标作为自主路径上位于第五参考坐标的下一飞行定点。通过采用上述技术方案，无人机在巡检时，发现障碍物，即可建立障碍物的三维模型，且根据三维模型在参考二维平面坐标系的投影调节最短路径，从而形成自主路径的航线，便于无人机避开障碍物，本方案具有使无人机可根据实际情况自主规划航线的效果。优选的，步骤S6包括S61；S61：获取第一参考坐标分别到第三参考坐标、第四参考坐标的最近直线距离，比较第一参考坐标到第三参考坐标的最近直线距离与第一参考坐标到第四参考坐标的最近直线距离，以较小的最近直线距离对应第三参考坐标或第四参考坐标的坐标为对照坐标，获取与第一参考坐标与对照坐标沿基准线方向上间隔预定距离的坐标替换原有第五参考坐标，将第五参考坐标替换第一参考坐标且形成自主路径。通过采用上述技术方案，具有缩短无人机的巡视路程，便于根据障碍物的实际情况来规划无人机的飞行航线的效果。优选的，步骤S6还包括S62；S62：获取飞行顺序位于第一参考坐标之前的第二平面坐标为第六参考坐标，获取飞行顺序位于第二参考坐标之后的第二平面坐标为第七参考坐标，以第六参考坐标到第五参考坐标之间的直线路径与第五参考坐标到第七参考坐标之间的直线路径替换第一参考坐标到第二参考坐标之间的直线路径形成自主路径。通过采用上述技术方案，规划自主路径的最短路线，以达到精简无人机的航行路线，从而减少无人机达到不必要的巡视地点。优选的，还包括步骤S7；S7：获取相对于零点位置垂直距离上的当前飞行高度，比较当前飞行高度与障碍物高度参数生成距离值，若距离值小于第五参考坐标与第六参考坐标之间的自主路径长度，根据距离值以及预定距离生成飞行上升信号，生成取消自主路径信号。通过采用上述技术方案，若是无人机向上跨越障碍物的距离小于无人机向左右跨越障碍物的距离，则控制无人机向上飞，从而减少无人机的不必要的航程。优选的，还包括步骤S6还包括S63、S64；S63：生成第六参考坐标与第五参考坐标之间的连线为第一位置调整线，若第三平面坐标位于第一位置调整线上，则生成位于第三平面坐标形成的图形外侧的第一纠偏坐标，所述自主路径由第六参考坐标至第一纠偏坐标再到第五参考坐标；S64：生成第七参考坐标与第五参考坐标之间的连线为第二位置调整线，若第三平面坐标位于第二位置调整线上，则生成位于第三平面坐标形成的图形外侧的第二纠偏坐标，所述自主路径由第七参考坐标至第二纠偏坐标再到第五参考坐标。通过采用上述技术方案，若是障碍物在第六参考坐标到第五参考坐标的连线之间，或障碍物在第七参考坐标到第五参考坐标的连线之间，通过第一纠偏坐标、第二纠偏坐标以减少无人机碰撞到障碍物的可能性。优选的，还包括S8；S8：获取对应第二平面坐标的实时GPS坐标，根据转换参数将第二平面坐标转换为校验坐标，匹配GPS坐标与校验坐标生成校验值，根据校验值生成航线校验信号。通过采用上述技术方案，检验坐标与实时GPS坐标比较可获知无人机的航线是否偏移，从而实现校验无人机航线的效果。第二方面，本申请提供一种无人机自主航线规划系统，采用如下的技术方案：一种无人机自主航线规划系统，包括：激光发射模块，用于发送激光探测信号；光学接收模块，用于接收激光探测信号遇到障碍物产生的回波信号；信息处理模块，用于获取回波信号，分析回波信号生成距离参数、高度参数、形状参数；坐标系建立模块，获取起飞位置的GPS坐标以及目标位置的GPS坐标，根据起飞位置为零点位置建立参考二维平面坐标系，生成GPS坐标系与参考二维平面坐标系的转换参数；三维建模模块，用于获取距离参数、高度参数、形状参数，根据距离参数、高度参数、形状参数以参考二维平面坐标系所在平面为基准面生成三维模型以及三维坐标系；数据计算模块，获取目标位置GPS坐标以及转换参数，根据转换参数生成于参考二维平面坐标系的第一平面坐标；根据零点位置与第一平面坐标生成于参考二维平面坐标系的最短路径，根据最短路径生成于参考二维平面坐标系的第二平面坐标；根据三维模型于参考二维平面坐标系的投影生成第三平面坐标；生成最短路径上第二平面坐标位于第三平面坐标两侧且距离最近的坐标为第一参考坐标、第二参考坐标；根据最短路径生成位于参考二维平面坐标系的基准线，生成第三平面坐标沿基准线方向上距离最长的两点第三平面坐标分别为第三参考坐标、第四参考坐标；生成沿基准线方向上与第三参考坐标或第四参考坐标间隔预定距离的第五参考坐标；生成位于最短路径上沿飞行顺序位于第一参考坐标前的第六参考坐标、位于第二参考坐标后第七参考坐标；比较计算模块，用于获取相对于零点位置垂直距离上的当前飞行高度以及障碍物高度参数，根据当前飞行高度与障碍物高度参数的最大值的差值生成距离值，比较距离值与第五参考坐标和第六参考坐标之间的自主路径长度的大小，若距离值小于第五参考坐标和第六参考坐标之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机自主航线规划方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：获取起飞位置的GPS坐标，以起飞位置为零点位置建立平行于水平面的参考二维平面坐标系，建立GPS坐标系到参考二维平面坐标系的转换参数；/nS2：获取目标位置的GPS坐标，根据转换参数将目标位置的GPS坐标转换为参考二维平面坐标系的第一平面坐标，根据零点位置与目标位置的第一平面坐标生成在参考二维平面坐标系上的最短路径，根据最短路径设置若干定点位置的第二平面坐标；/nS3：发射激光探测信号，接收回波信号，根据回波信号获取最短路径上障碍物的距离参数、高度参数、形状参数，以参考二维平面坐标系所在的平面为基准面建立障碍物的三维模型，获取该三维模型投影于参考二维平面坐标系的投影的点为第三平面坐标；/nS4：获取最短路径上沿飞行顺序最接近第三平面坐标且位于第三平面坐标围成的图形外侧的两点第二平面坐标分别为第一参考坐标、第二参考坐标；/nS5：获取垂直于最短路径且位于参考二维平面坐标系上的基准线，获取沿该基准线分布的第三平面坐标，获取沿基准线分布且平行于基准线的直线距离最远的两点第三平面坐标分别作为第三参考坐标、第四参考坐标；/nS6：获取第三参考坐标或第四参考坐标沿基准线方向上间隔预定距离的坐标作为第五参考坐标，将第五参考坐标替换最短路径上的第一参考坐标形成自主路径，将第二参考坐标作为自主路径上位于第五参考坐标的下一飞行定点。/n...

【技术特征摘要】
1.一种无人机自主航线规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取起飞位置的GPS坐标，以起飞位置为零点位置建立平行于水平面的参考二维平面坐标系，建立GPS坐标系到参考二维平面坐标系的转换参数；
S2：获取目标位置的GPS坐标，根据转换参数将目标位置的GPS坐标转换为参考二维平面坐标系的第一平面坐标，根据零点位置与目标位置的第一平面坐标生成在参考二维平面坐标系上的最短路径，根据最短路径设置若干定点位置的第二平面坐标；
S3：发射激光探测信号，接收回波信号，根据回波信号获取最短路径上障碍物的距离参数、高度参数、形状参数，以参考二维平面坐标系所在的平面为基准面建立障碍物的三维模型，获取该三维模型投影于参考二维平面坐标系的投影的点为第三平面坐标；
S4：获取最短路径上沿飞行顺序最接近第三平面坐标且位于第三平面坐标围成的图形外侧的两点第二平面坐标分别为第一参考坐标、第二参考坐标；
S5：获取垂直于最短路径且位于参考二维平面坐标系上的基准线，获取沿该基准线分布的第三平面坐标，获取沿基准线分布且平行于基准线的直线距离最远的两点第三平面坐标分别作为第三参考坐标、第四参考坐标；
S6：获取第三参考坐标或第四参考坐标沿基准线方向上间隔预定距离的坐标作为第五参考坐标，将第五参考坐标替换最短路径上的第一参考坐标形成自主路径，将第二参考坐标作为自主路径上位于第五参考坐标的下一飞行定点。


2.根据权利要求1所述的一种无人机自主航线规划方法，其特征在于，步骤S6包括S61；
S61：获取第一参考坐标分别到第三参考坐标、第四参考坐标的最近直线距离，比较第一参考坐标到第三参考坐标的最近直线距离与第一参考坐标到第四参考坐标的最近直线距离，以较小的最近直线距离对应第三参考坐标或第四参考坐标的坐标为对照坐标，获取与第一参考坐标与对照坐标沿基准线方向上间隔预定距离的坐标替换原有第五参考坐标，将第五参考坐标替换第一参考坐标且形成自主路径。


3.根据权利要求2所述的一种无人机自主航线规划方法，其特征在于，步骤S6还包括S62；
S62：获取飞行顺序位于第一参考坐标之前的第二平面坐标为第六参考坐标，获取飞行顺序位于第二参考坐标之后的第二平面坐标为第七参考坐标，以第六参考坐标到第五参考坐标之间的直线路径与第五参考坐标到第七参考坐标之间的直线路径替换第一参考坐标到第二参考坐标之间的直线路径形成自主路径。


4.根据权利要求1所述的一种无人机自主航线规划方法，其特征在于，还包括步骤S7；
S7：获取相对于零点位置垂直距离上的当前飞行高度，比较当前飞行高度与障碍物高度参数生成距离值，若距离值小于第五参考坐标与第六参考坐标之间的自主路径长度，根据距离值以及预定距离生成飞行上升信号，生成取消自主路径信号。


5.根据权利要求3所述的一种无人机自主航线规划方法，其特征在于，
还包括步骤S6还包括S63、S64；
S63：生成第六参考坐标与第五参考坐标之间的连线为第一位置调整线，若第三平面坐标位于第一位置调整线上，则生成位于第三平面坐标形成的图形外侧的第一纠偏坐标，所述自主路径由第...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯春俊，刘鑫，文锋，林月奎，周伟，
申请(专利权)人：广州市赛皓达智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44