基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法及系统，其方法包括：根据云台相机视角、照片重叠率以及叶根处和叶尖处物距计算出叶根处和叶尖处规划的航路点步长；根据叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离以及叶根处和叶尖处规划的航路点步长构建步长等差数列，并计算步长公差；根据步长公差计算出无人机在各个航路点的GPS坐标；对当前航路点进行调整得到当前调整航路点，根据调整前后剩余航线空间距离的比例计算出当前调整航路点处步长。本发明专利技术可以拍摄更合适的画幅的风机叶片照片，解决了无人机至风机叶片物距和相机焦距不变时等间距拍摄情况下，在叶根处照片重叠率大幅增加以及叶尖处照片出现漏拍的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及无人机航路规划领域，具体涉及基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法及系统。

技术介绍

[0002]风力发电机的叶片运行进入中期后，在反复的疲劳载荷作用下，很多叶片开始出现局部开裂、分层等的问题，部分严重的就会发生断裂。如果我们能够及时发现这些缺陷，在缺陷没有扩展前进行有效修复，就可以避免大多数叶片断裂事故的发生。目前无人机已越来越广泛的用于工业巡检领域，成为给能源行业的企业提供安全、高效的检查和数据收集的有效手段。无人机拍摄风机叶片的照片结合人工智能图像识别算法，就可以提高叶片检查的质量和效率，增加了风场运维的安全性。现有的基于无人机进行全局路径规划的算法很多，基本上只需要计算好拍摄每支叶片的叶尖和叶根端点坐标，无人机实时避障即可完成飞行任务，中间过程并无详细路径规划的方法；若在拍摄的过程中无人机至风机叶片的距离保持一致且相机焦距不变，则叶尖占画幅较小，可能会看不清缺陷细节；叶根占画幅较大，叶片可能会拍摄不全，会出现叶片在照片中画幅不均衡的情况，不利于识别叶片上的缺陷；而且等间距拍摄会出现在叶根处照片重叠率大幅增加以及叶尖处照片出现漏拍的现象。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法及系统，可以拍摄更合适的画幅的风机叶片照片，解决了在叶根处照片重叠率大幅增加以及叶尖处照片出现漏拍的问题，使后期叶片缺陷识别及缺陷定位计算更加精确。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法，利用搭载有云台相机的无人机对风机任一叶片的任一面在叶根和叶尖之间进行巡检，包括以下步骤，S1，获取云台相机视角，设置云台相机拍摄风机叶片的照片重叠率以及无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点距离风机叶片的物距，并根据所述云台相机视角、所述照片重叠率以及所述物距，计算出无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长；其中，无人机在叶根处规划的航路点距离风机叶片的物距大于无人机在叶尖处规划的航路点距离风机叶片的物距；S2，获取无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点的GPS坐标，并根据无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点的GPS坐标，计算出无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离；S3，根据无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离以及无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长构建步长等差数列，并计算出所述步长等差数列的步长公差；
S4，根据所述步长等差数列的步长公差计算出无人机在各个航路点的步长，并结合无人机在叶根处或叶尖处规划的航路点的GPS坐标计算出无人机在各个航路点的GPS坐标，得到规划路径；S5，控制无人机按照规划路径进行风机叶片巡检；或，在无人机按照规划路径进行风机叶片巡检的过程中，对当前航路点处的无人机的位置进行调整，得到当前调整航路点，根据调整前后剩余航线空间距离的比例计算出无人机在当前调整航路点处步长，并结合无人机在当前调整航路点的GPS坐标计算出无人机由当前调整航路点飞往下一个航路点的GPS坐标。
[0005]在上述基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法的基础上，本专利技术还提供基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划系统。
[0006]基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划系统，利用搭载有云台相机的无人机对风机任一叶片的任一面在叶根和叶尖之间进行巡检，包括以下模块，始末步长计算模块，其用于获取云台相机视角，设置云台相机拍摄风机叶片的照片重叠率以及无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点距离风机叶片的物距，并根据所述云台相机视角、所述照片重叠率以及所述物距，计算出无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长；其中，无人机在叶根处规划的航路点距离风机叶片的物距大于无人机在叶尖处规划的航路点距离风机叶片的物距；空间距离计算模块，其用于获取无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点的GPS坐标，并根据无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点的GPS坐标，计算出无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离；步长公差计算模块，其用于根据无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离以及无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长构建步长等差数列，并计算出所述步长等差数列的步长公差；路径规划模块，其用于根据所述步长等差数列的步长公差计算出无人机在各个航路点的步长，并结合无人机在叶根处或叶尖处规划的航路点的GPS坐标计算出无人机在各个航路点的GPS坐标，得到规划路径；路径局部动态调整模块，其用于控制无人机按照规划路径进行风机叶片巡检；或，在无人机按照规划路径进行风机叶片巡检的过程中，对当前航路点处的无人机的位置进行调整，得到当前调整航路点，根据调整前后剩余航线空间距离的比例计算出无人机在当前调整航路点处步长，并结合无人机在当前调整航路点的GPS坐标计算出无人机由当前调整航路点飞往下一个航路点的GPS坐标。
[0007]本专利技术的有益效果是：在专利技术基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法及系统中，在不调整云台相机焦距的前提下，通过预设照片重叠率等参数以及精确的计算来得到规划的航路点的GPS坐标，无人机在叶尖处拍摄照片时距离风机叶片叶尖较近，在叶根处拍摄照片时距离风机叶片叶根较远，解决了叶尖占画幅较小导致缺陷细节拍摄不清以及叶根占画幅较大导致拍摄不全的问题；同时，本专利技术的等差间隔的局部动态航路点规划可以解决无人机至风机叶片物距和相机焦距不变时等间距拍摄情况下，在叶根处照片重叠率大幅增加以及叶尖处照片出现漏拍的问题，既考虑了拍照画幅的合理性，也兼容了拍照间隔的自由度。
附图说明
[0008]图1为本专利技术基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法的流程图；图2为本专利技术基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法中局部动态路径规划示意图；图3为本专利技术基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划系统的结构框图。
具体实施方式
[0009]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0010]如图1所示，基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法，利用搭载有云台相机的无人机对风机任一叶片的任一面在叶根和叶尖之间进行巡检，包括以下步骤，S1，获取云台相机视角，设置云台相机拍摄风机叶片的照片重叠率以及无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点距离风机叶片的物距，并根据所述云台相机视角、所述照片重叠率以及所述物距，计算出无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长；其中，无人机在叶根处规划的航路点距离风机叶片的物距大于无人机在叶尖处规划的航路点距离风机叶片的物距；S2，获取无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点的GPS坐标，并根据无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点的GPS坐标，计算出无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离；S3，根据无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离以及无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长构建步长等差数列，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法，其特征在于：利用搭载有云台相机的无人机对风机任一叶片的任一面在叶根和叶尖之间进行巡检，包括以下步骤，S1，获取云台相机视角，设置云台相机拍摄风机叶片的照片重叠率以及无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点距离风机叶片的物距，并根据所述云台相机视角、所述照片重叠率以及所述物距，计算出无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长；其中，无人机在叶根处规划的航路点距离风机叶片的物距大于无人机在叶尖处规划的航路点距离风机叶片的物距；S2，获取无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点的GPS坐标，并根据无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点的GPS坐标，计算出无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离；S3，根据无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离以及无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长构建步长等差数列，并计算出所述步长等差数列的步长公差；S4，根据所述步长等差数列的步长公差计算出无人机在各个航路点的步长，并结合无人机在叶根处或叶尖处规划的航路点的GPS坐标计算出无人机在各个航路点的GPS坐标，得到规划路径；S5，控制无人机按照规划路径进行风机叶片巡检；或，在无人机按照规划路径进行风机叶片巡检的过程中，对当前航路点处的无人机的位置进行调整，得到当前调整航路点，根据调整前后剩余航线空间距离的比例计算出无人机在当前调整航路点处步长，并结合无人机在当前调整航路点的GPS坐标计算出无人机由当前调整航路点飞往下一个航路点的GPS坐标。2.根据权利要求1所述的基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法，其特征在于：所述云台相机视角包括云台相机水平视角和云台相机垂直视角；在所述S1中，无人机在叶根处规划的航路点步长包括无人机在叶根处规划的航路点步长的垂直分量和水平分量，无人机在叶尖处规划的航路点步长包括无人机在叶尖处规划的航路点步长的垂直分量和水平分量；且无人机在叶根处规划的航路点步长的垂直分量和水平分量以及无人机在叶尖处规划的航路点步长的垂直分量和水平分量的计算公式分别为，，，，；其中，为无人机在叶根处规划的航路点步长的垂直分量，为无人机在叶根处规划的航路点步长的水平分量，为无人机在叶尖处规划的航路点步长的垂直分量，为无人机在叶尖处规划的航路点步长的水平分量，为所述照片重叠率，为无人机在叶根处规划的航路点距离风机叶片的物距，为无人机在叶尖处规划的航路点距离风机叶片的物距，为所述云台相机垂直视角，为云台相机水平视角。3.根据权利要求2所述的基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法，其特征
在于：在所述S3中，所述步长等差数列包括步长水平分量等差数列和步长垂直分量等差数列；所述步长水平分量等差数列的和为无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离的水平分量，所述步长水平分量等差数列的首项和尾项为无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长的水平分量；所述步长垂直分量等差数列的和为无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离的垂直分量，所述步长垂直分量等差数列的首项和尾项为无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长的垂直分量。4.根据权利要求3所述的基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法，其特征在于：在所述S3中，所述步长公差包括步长水平分量公差和步长垂直分量公差，计算所述步长公差的具体过程为，根据无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离的水平分量以及无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长的水平分量，计算出无人机在水平方向上所需移动步长的次数；根据无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离的垂直分量以及无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长的垂直分量，计算出无人机在垂直方向上所需移动步长的次数；判断无人机在水平方向以及垂直方向上所需移动步长的次数是否相等；若是，则将无人机在水平方向或垂直方向上所需移动步长的次数确定为无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间所需移动步长的次数；若否，则将无人机在水平方向和垂直方向上所需移动步长的次数中的较小次数确定为无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间所需移动步长的次数；根据无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长的水平分量以及无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间所需移动步长的次数，计算出所述步长水平分量等差数列的步长水平分量公差；根据无人机分别在叶根处和叶尖处规划的航路点步长的垂直分量以及无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间所需移动步长的次数，计算出所述步长垂直分量等差数列的步长垂直分量公差。5.根据权利要求4所述的基于无人机的风机叶片巡检局部动态路径规划方法，其特征在于：无人机在水平方向以及垂直方向上所需移动步长的次数的计算公式分别为，，；其中，为无人机在水平方向上所需移动步长的次数，为无人机在垂直方向上所需移动步长的次数，为无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离的水平分量，为无人机在叶根处和叶尖处规划的航路点之间的空间距离的垂直分量...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩梦婷，张翼龙，郭鹏程，汪杨，
申请(专利权)人：风脉能源武汉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：