无人机架空输电线路巡检方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种无人机架空输电线路巡检方法及系统，属于无人机路径规划的技术领域，其中方法包括：步骤1、读取数据库中所需的设备参数；步骤2、建立大地坐标系和杆塔坐标系，并构建两者之间的映射关系；步骤3、根据巡检需求获得巡检检测点位；步骤4、基于所述映射关系将巡检检测点位的坐标转换至大地坐标系中；步骤5、根据所述巡检检测点位获取无人机航向角；步骤6、预设巡检起始点，基于所述无人机航向角，串联巡检路径；步骤7、根据巡检路径完成巡检过程。本发明专利技术基于杆塔及塔上设备关键参数，自动计算出无人机在杆塔进行精细化巡检所需要悬停的拍摄点位，有效减少资金以及人力投入成本，大幅度的减少数据量和计算量，提高巡检效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
无人机架空输电线路巡检方法及系统


[0001]本专利技术属于无人机路径规划的
，特别是涉及一种无人机架空输电线路巡检方法及系统。

技术介绍

[0002]随着计算机技术的发展，智能化的设备逐渐替代冗余的人工作业方式，相较于传统的人工电力巡检，无人机设备的出现极大程度上的减少了人工巡检的投入成本，降低人工作业过程中的事故率。
[0003]现有技术中，采用无人机进行架空输电线路巡检的过程中，主要依靠激光雷达进行三维点云建模，巡检点位的设置需要依靠人工在三维点云处理软件上进行点击设置，再由人工或软件将各个点位进行串联形成无人机精细化巡检的航迹。而依靠激光雷达进行输电线路塔杆进行扫描需要耗费的成本在1500
‑
2500元/公里，而且三维点云数据需要带有GPU的计算机进行处理，导致硬件投入成本变高。同时，受制于现有无人机机载激光点云设备的性能，扫描完成的三维点云数据较为稀疏，由人工进行巡检点位设置时，容易将待巡检位置点在前景或背景的点上，造成航迹错误，同时极大地延长了航迹生成的时间。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：提出一种无人机架空输电线路巡检方法及系统，以解决现有技术存在的上述问题。基于杆塔及塔上设备关键参数，自动计算出无人机在杆塔进行精细化巡检所需要悬停的拍摄点位，有效减少资金以及人力的投入成本，大幅度的减少数据量和计算量，提高巡检效率。
[0005]技术方案：第一方面，提出了一种无人机架空输电线路巡检方法，该方法具体包括以下步骤：
[0006]步骤1、读取数据库中所需的设备参数；
[0007]步骤2、根据面向对象的类别建立坐标系，以及坐标系之间的映射关系；所述坐标系包括：大地坐标系和杆塔坐标系。
[0008]其中，大地坐标系包括：大地经度、大地维度和大地高；大地经度为大地起始子午面与目标点所在的子午面所构成的二面角，由起始子午面起算，向东为正，称为东经，向西为负，称为西经，两者的浮动数值范围为0至180。大地纬度为经过目标点作椭球面的法线与赤道面的夹角，由赤道面起算，向北为正，称为北纬，向南为负，称为南纬，两者的数值浮动范围均为0至90。大地高为地面点沿椭球的法线到椭球面的距离。
[0009]杆塔坐标系包括：x轴和y轴，在建立过程中，以杆塔的GPS坐标和海平面高度0为原点，垂直于横担方向为x轴，水平于横担方向为y轴，其中x轴正方向为杆塔朝向线路中下一基杆塔的方向，y轴正方向为朝向正北的方向。
[0010]步骤3、根据巡检需求获得巡检检测点位；
[0011]步骤4、基于所述映射关系将巡检检测点位的杆塔坐标转换至大地坐标系中；
[0012]基于大地坐标系和杆塔坐标系之间的映射关系，实现无人机巡检坐标转换过程，具体包括以下步骤：
[0013]步骤4.1、根据坐标系之间的原点位置，计算偏移量；
[0014]大地坐标系原点为(L0,B0,0)，杆塔坐标系原点坐标在原坐标系中为(0,0,0)，转换至大地坐标系后为(L,B,0)，因此，获得的坐标偏移量为(L0‑
L,B0‑
B,0)＝[
‑
L,
‑
B,0]；
[0015]步骤4.2、根据前后杆塔的位置信息，计算坐标系偏转角；
[0016]提取当前杆塔的前一基和后一基杆塔的GPS坐标，计算当前杆塔的坐标系偏转角；令A为前一基杆塔，B为后一基杆塔，C为当前杆塔，且A、B、C均以C的偏移量进行过平移，当x轴、y轴为大地坐标系，y
′
轴为C所在的杆塔坐标系时，逐点对杆塔坐标系中的每个巡检检测点位进行换算，得到大地坐标系中的坐标值；
[0017]步骤4.3、根据所述偏移量和坐标系偏转角，将杆塔坐标系中的无人机巡检检测点位转换至大地坐标系，具体的转换表达为：
[0018](l,b,h)＝(
‑
L*cos(θ)+(
‑
B)*sin(θ),
‑
B*cos(θ)
‑
(
‑
L)*sin(θ),h)
[0019]式中，(x,y,h)表示每个巡检检测点位在杆塔坐标系中的横坐标、纵坐标和高度；(l,b,h)每个巡检检测点位在大地坐标系中的经度、纬度和高度；(L,B)表示杆塔转换至大地坐标系后的经度和纬度；θ表示大地坐标系y轴与杆塔C的杆塔坐标系y
′
轴的夹角，同时也是无人机此时需要调整的航向偏转角。
[0020]步骤5、根据所述巡检检测点位获取无人机航向角；
[0021]巡检过程中，根据所有巡检检测点位的大地坐标以及前后位置的信息，获得无人机的航向角。
[0022]步骤6、预设巡检起始点，基于所述无人机航向角，串联巡检路径；
[0023]步骤7、根据巡检路径完成巡检过程。
[0024]在第一方面的一些可实现方式中，当出现不可抗力的风速因素时，对飞行航迹做出与风向与风速相逆的设置，获取无人机有风时航向角的过程为：
[0025][0026]式中，δ表示有风是的无人机航向角；表示无风时的航向角；σ表示风向角。
[0027]获取飞行速度的过程为：
[0028][0029]式中，表示无人机有风时的飞行速度；表示无人机无风时的飞行速度；δ*f表示无人机在目前飞行方向上的抗风速度；f表示当前风速。
[0030]在第一方面的一些可实现方式中，当巡检过程中出现障碍物阻碍巡检任务执行时，通过无人机实时的避障传感器信息与预设的安全距离进行比较判断是否出现障碍物；
[0031]当判断结果为出现障碍物时，控制无人机向着与避障传感器所报距离缩短的相反方向飞行一定距离，并向水平方向的左侧或右侧平移，同时实时获取传感器所报避障距离，直至检测结果为绕过障碍物；
[0032]记录当前无人机悬停位置，并计算出此时无人机和预先自动计算出的巡检拍摄点位的位置差，重新计算临时航向角，调整无人机航向角后使无人机向拍摄点位飞行，并实时监控避障信息，当实际距离等于安全拍摄距离时，拍摄当前巡检点位的图像。
[0033]第二方面，提出一种无人机架空输电线路巡检系统，用于实现输电线路的巡检方
法，该系统具体包括以下模块：
[0034]数据库，用于存储架空输电线路的相关设备参数；
[0035]数据读取模块，用于读取数据库中的设备参数；
[0036]坐标系构建模块，用于根据不同的面向对象建立相对应的坐标系；
[0037]坐标值转换模块，用于根据坐标系之间的映射关系，完成不同坐标系数值转换；
[0038]检测点位获取模块，用于根据巡检需求确定检测点的位置；
[0039]航向角获得模块，用于根据检测点位获取模块确定检测点的位置，计算得到无人机航向角；
[0040]路径规划模块，用于根据无人机航向角以及检测点位置，在预定巡检起始点，串联巡检路径。
[0041]执行模块，用于根据路径规划模块生成的巡检路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机架空输电线路巡检方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、读取数据库中所需的设备参数；步骤2、根据面向对象的类别建立坐标系，以及坐标系之间的映射关系；所述坐标系包括：大地坐标系和杆塔坐标系；步骤3、根据巡检需求获得巡检检测点位；步骤4、基于所述映射关系将巡检检测点位的杆塔坐标转换至大地坐标系中；步骤5、根据所述巡检检测点位获取无人机航向角；步骤6、预设巡检起始点，基于所述无人机航向角，串联巡检路径；步骤7、根据巡检路径完成巡检过程。2.根据权利要求1所述的一种无人机架空输电线路巡检方法，其特征在于，所述大地坐标系包括：大地经度、大地维度和大地高；所述大地经度为大地起始子午面与目标点所在的子午面所构成的二面角，由起始子午面起算，向东为正，称为东经，向西为负，称为西经，两者的浮动数值范围为0至180；所述大地纬度为经过目标点作椭球面的法线与赤道面的夹角，由赤道面起算，向北为正，称为北纬，向南为负，称为南纬，两者的数值浮动范围均为0至90；所述大地高为地面点沿椭球的法线到椭球面的距离；所述杆塔坐标系包括：x轴和y轴，在建立过程中，以杆塔的GPS坐标和海平面高度0为原点，垂直于横担方向为x轴，水平于横担方向为y轴，其中x轴正方向为杆塔朝向线路中下一基杆塔的方向，y轴正方向为朝向正北的方向。3.根据权利要求1所述的一种无人机架空输电线路巡检方法，其特征在于，基于大地坐标系和杆塔坐标系之间的映射关系，实现无人机巡检坐标转换过程，具体包括以下步骤：步骤4.1、根据坐标系之间的原点位置，计算偏移量；大地坐标系原点为(L0，B0，0)，杆塔坐标系原点坐标在原坐标系中为(0，0，0)，转换至大地坐标系后为(L，B，0)，因此，获得的坐标偏移量为(L0‑
L，B0‑
B，0)＝[
‑
L，
‑
B，0]；步骤4.2、根据前后杆塔的位置信息，计算坐标系偏转角；提取当前杆塔的前一基和后一基杆塔的GPS坐标，计算当前杆塔的坐标系偏转角；令A为前一基杆塔，B为后一基杆塔，C为当前杆塔，且A、B、C均以C的偏移量进行过平移，当x轴、y轴为大地坐标系，y
′
轴为C所在的杆塔坐标系时，逐点对杆塔坐标系中的每个巡检检测点位进行换算，得到大地坐标系中的坐标值；步骤4.3、根据所述偏移量和坐标系偏转角，将杆塔坐标系中的无人机巡检检测点位转换至大地坐标系，具体的转换表达为：(l，b，h)＝(
‑
L*cos(θ)+(
‑
B)*sin(θ)，
‑
B*cos(θ)
‑
(
‑
L)*sin(θ)，h)式中，(x，y，h)表示每个巡检检测点位在杆塔坐标系中的横坐标、纵坐标和高度；(l，b，h)每个巡检检测点位在大地坐标系中的经度、纬度和高度；(L，B)表示杆塔转换至大地坐标系后的经度和纬度；θ表示大地坐标系y轴与杆塔C的杆塔坐标系y
′
轴的夹角，同时也是无人机此时需要调整的航向偏转角。4.根据权利要求3所述的一种无人机架空输电线路巡检方法，其特征在于，所述航向偏转角θ的表达式为：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：海雷，冷聪，
申请(专利权)人：中科方寸知微南京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：