基于电力线点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电力线点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制方法，利用三维激光点云数据对无人机仿线飞行路径进行预测得到仿线巡检自飞行路径，实现无人机自主仿线飞行，同时对仿线巡检自飞行路径进行实时更新，减少无人机仿线飞行过程中判断路径的时间，提高无人机巡检效率。高无人机巡检效率。高无人机巡检效率。

【技术实现步骤摘要】
基于电力线点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制方法


[0001]本专利技术涉及无人机飞行控制领域，尤其涉及一种基于电力线点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制方法。

技术介绍

[0002]现代社会不断发展，电力线路铺设到各个区域，对电力线路的巡检也得到了更高的挑战，无人机电力线路巡检是通过对无人机航拍采集到的通道图像进行分析与处理,我们可以发现线路部件是否出现缺陷。
[0003]图像处理技术(即高精度卫星检测树木高度手段)可以突破处理海量图像的技术瓶颈,替代人工观察检测图像,降低了因为人为导致的误检率,在无人机电力巡检中具有良好的应用前景。
[0004]但是在现实情况中无人机电力线路巡检过程中，巡检路径上往往会出现各种障碍，如电力线通过的峭壁，电力线路旁的树木，此时需要控制无人机进行避障；传统的避障通过控制无人机垂直升降越过障碍物进行避障，能耗较大且不能提前进行避障准备，在遇到障碍物时首先需要进行判断，浪费时间；且最为重要的是障碍物中有可能存在树木，然后树木是随时生长的，这样自行预设的仿线路径都可能因障碍物树导致仿线飞行误差，甚至出现撞机事件。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供基于电力线激光点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制系统及方法，解决了现有技术中指出的上述技术问题。
[0006]本专利技术提供了一种基于电力线激光点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制系统，包括地面站服务器、多个无人机；
[0007]其中，上述无人机包括激光点云模块、检测模块、GPS定位模块、多个无人机本体；其中，上述检测模块包括IMU惯性测量单元、气压计；
[0008]所述地面站服务器与所述激光点云模块通信连接；且所述激光点云模块分别与所述IMU惯性测量单元、气压计、GPS定位模块、无人机本体通过接口实现连接；
[0009]其中，所述地面站服务器包括调取模块、初始化模块、避障处理模块、协同飞控模块；
[0010]所述调取模块，用于与所述地面站服务器的GPS定位模块协同，首先获取所述无人机的位置信息，然后访问所述IMU惯性测量单元及所述气压计并实时发起请求调取位置信息对应的无人机飞行姿态、无人机飞行高度；
[0011]所述初始化模块，根据所述发起请求调取位置信息对应的无人机飞行姿态、无人机飞行高度的同一时刻调取无人机处的三维激光点云数据，并根据所述位置信息及所述三维激光点云数据获取基于未来巡检范围内的三维激光点云数据变化临时建立初始化的预测仿线巡检自飞行路径；
[0012]所述避障处理模块，将所述初始化的预测仿线巡检自飞行路径供给仿线飞行无人机供其下载保存；根据所述巡检路线轨迹协调所有的仿线飞行无人机确定初始化的预测仿线巡检自飞行路径；
[0013]所述协同飞控模块，用于实时获取三维激光点云数据中的障碍物位置；根据所述障碍物位置确定当前位置的初始化的预测仿线巡检自飞行路径；实时获取无人机仿线飞行过程中的三维激光点云数据，在无人机飞抵三位激光点云数据中的障碍物的安全距离时，控制无人机进行避障操作；将当前无人机位置及避障路径发送至多个协同工作无人机；检测其他多个协同工作无人机仿线飞行巡检路线是否与当前无人机仿线飞行巡检路线一致，若一致则为目标无人机，目标无人机在进入当前无人机巡检区域时控制目标无人机使用当前避障路径进行避障操作后继续进行仿线飞行巡检操作。
[0014]相应地，本专利技术提出的基于电力线点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制方法，包括如下操作步骤：
[0015]地面站服务器的GPS定位模块，首先获取无人机的位置信息，然后访问IMU惯性测量单元及气压计并实时发起请求调取位置信息对应的无人机飞行姿态、无人机飞行高度；
[0016]地面站服务器根据所述发起请求调取位置信息对应的无人机飞行姿态、无人机飞行高度的同一时刻调取无人机处的三维激光点云数据，并根据所述位置信息及所述三维激光点云数据获取基于未来巡检范围内的三维激光点云数据变化临时建立初始化的预测仿线巡检自飞行路径；
[0017]地面站服务器将所述初始化的预测仿线巡检自飞行路径供给仿线飞行无人机供其下载保存；所述预测仿线巡检自飞行路径包括避障路径与直飞路径；
[0018]地面站服务器根据所述巡检路线轨迹协调所有的仿线飞行无人机确定初始化的预测仿线巡检自飞行路径；
[0019]地面站服务器还实时获取三维激光点云数据中的障碍物位置；根据所述障碍物位置确定当前位置的初始化的预测仿线巡检自飞行路径；地面站服务器实时获取无人机仿线飞行过程中的三维激光点云数据，在无人机飞抵三位激光点云数据中的障碍物的安全距离时，控制无人机进行避障操作；将当前无人机位置及避障路径发送至多个协同工作无人机；检测其他多个协同工作无人机仿线飞行巡检路线是否与当前无人机仿线飞行巡检路线一致，若一致则为目标无人机，目标无人机在进入当前无人机巡检区域时控制目标无人机使用当前避障路径进行避障操作后继续进行仿线飞行巡检操作。
[0020]与现有技术相比至少存在如下方面的技术优势：
[0021]本专利技术实例所采用的基于电力线点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制方法，可实时根据无人机仿线飞行巡检路线中的三维激光点云数据进行预测仿线巡检飞行路径，在无障碍物时，无人机进行沿路线直飞操作，在遇到障碍时，根据预测的路径中的避障路径进行避障操作并将避障路径发送至其他协同工作无人机，与其他协同工作无人机仿线飞行路径进行对比；如有相似情况的其他协同工作无人机则确定协同工作无人机为目标无人机，在目标无人机飞抵障碍物绝对安全距离时控制目标无人机按照预测避障路径飞行，减少无人机等待与计算的过程，提高无人机仿线飞行巡检效率。
[0022]在具体方案中，先进行首次飞行，并在首次飞行时得到初始化的预测仿线巡检自飞行路径(地面站服务器可根据发起请求调取位置信息对应的无人机飞行姿态、无人机飞
行高度的同一时刻调取无人机处的三维激光点云数据，并根据所述位置信息及所述三维激光点云数据获取基于未来巡检范围内的三维激光点云数据变化临时建立初始化的预测仿线巡检自飞行路径)，后续进行复飞可以动态变化的更新或不更新预测仿线巡检自飞行路径，这样可以避免生长过快的障碍物树影响无人机飞行安全。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0024]图1是本专利技术提供的一种基于电力线激光点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制系统的架构示意图；
[0025]图2是本专利技术提供的一种基于电力线点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制方法的主要流程示意图；
[0026]图3是本专利技术实施例中的基于电力线点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制方法的一种信息流程示意图；
[0027]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电力线点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制方法，其特征在于，包括如下操作步骤：地面站服务器的GPS定位模块，首先获取无人机的位置信息，然后访问IMU惯性测量单元及气压计并实时发起请求调取位置信息对应的无人机飞行姿态、无人机飞行高度；地面站服务器根据所述发起请求调取位置信息对应的无人机飞行姿态、无人机飞行高度的同一时刻调取无人机处的三维激光点云数据，并根据所述位置信息及所述三维激光点云数据获取基于未来巡检范围内的三维激光点云数据变化临时建立初始化的预测仿线巡检自飞行路径；地面站服务器将所述初始化的预测仿线巡检自飞行路径供给仿线飞行无人机供其下载保存；所述预测仿线巡检自飞行路径包括避障路径与直飞路径；地面站服务器根据所述巡检路线轨迹协调所有的仿线飞行无人机确定初始化的预测仿线巡检自飞行路径；地面站服务器还实时获取三维激光点云数据中的障碍物位置；根据所述障碍物位置确定当前位置的初始化的预测仿线巡检自飞行路径；地面站服务器实时获取无人机仿线飞行过程中的三维激光点云数据，在无人机飞抵三位激光点云数据中的障碍物的安全距离时，控制无人机进行避障操作；将当前无人机位置及避障路径发送至多个协同工作无人机；检测其他多个协同工作无人机仿线飞行巡检路线是否与当前无人机仿线飞行巡检路线一致，若一致则为目标无人机，目标无人机在进入当前无人机巡检区域时控制目标无人机使用当前避障路径进行避障操作后继续进行仿线飞行巡检操作。2.如权利要求1所述的基于电力线点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制方法，其特征在于，根据所述障碍物位置确定当前位置的初始化的预测仿线巡检自飞行路径，若识别为障碍物则执行避障路径，具体包括：地面站服务器对三位激光点云数据中的障碍物属性信息进行区分进行对应的避障路径：若检测障碍物为峭壁，无人机保持前后端旋翼转速不变的情况下，通过改变无人机左右端的旋翼转速使无人机以翻滚形态穿过所述障碍物，即若检测障碍物为峭壁则执行上述翻滚避障操作自然就形成了一段避障路径；同时，将当前无人机位置及避障路径发送至多个协同工作无人机；同时检测其他多个协同工作无人机仿线飞行巡检路线是否与当前无人机仿线飞行巡检路线一致，若一致则为目标无人机，目标无人机在进入当前无人机巡检区域时控制目标无人机使用当前避障路径进行避障操作后继续进行仿线飞行巡检操作；若检测障碍物为树，在三维空间坐标系中以当前无人机为一个点A，当前障碍物树的树冠为一个点B，计算点A与点B的安全距离与障碍物树的树冠高度的和记为R
避障
，以点B为圆心，R
避障
为半径，控制点A绕点B向上环状飞行绕过点B进行避障操作后继续进行仿线飞行巡检操作；同时，将当前无人机位置及避障路径发送至多个协同工作无人机；同时检测其他多个协同工作无人机仿线飞行巡检路线是否与当前无人机仿线飞行巡检路线一致，若一致则确定该无人机为目标无人机，目标无人机在进入当前无人机巡检区域时控制目标无人机使用当前避障路径进行避障操作后继续进行仿线飞行巡检操作；首次绕飞飞行时获取当前所述障碍物树生长方向，获取当前所述障碍物树高度H
避障
保存到地面站服务器的服务器内，至此首飞结束。
3.如权利要求1所述的基于电力线点云目标实时识别的无人机仿线飞行控制方法，其特征在于，在无人机进行非首次仿线飞行时，则执行如下步骤：实时计算当前飞行时刻与首次飞行同一位置的飞行时刻之间的飞行间隔时间周期；同时地面站服务器实时对三位激光点云数据中的障碍物属性信息进行区分进行对应的避障路径，并在相距障碍物第一阈值距离处进行障碍物检测：实时获取地面站服务器的服务器保存的当前所述障碍物树生长方向和所述障碍物树高度，然后根据当前所述障碍物树生长方向、所述障碍物树高度、所述当前飞行间隔时间周期进行预测无人机在本次仿线飞行同一位置时预测障碍物树树冠高度H
预测
，绘制障碍物树树冠高度模拟生长曲线图发送至协同工作无人机；所述碍物树树冠高度模拟生长曲线图是包括所有障碍物树冠的预测障碍物树树冠高度的曲线图；然后再根据预测障碍物树树冠高度H
预测
计算得到本次仿线飞行的预测绕飞半径R
预测
；所述预测绕飞半径R
预测
的计算方式为R
预测
=R
避障
+（H
预测
‑
H
避障
）；式中，R
预测
为预测到的无人机至预测到的障碍物树冠的绝对距离；R
避障
为上次避障时无人机的实际绕飞半径；H
预测
为预测障碍物树树冠高度；H
避障
为上次避障时障碍物树高度；在实际飞行相距障碍物第一阈值距离处时检测的障碍物树树冠高度，判断障碍物树树冠高度与预测障碍物树树冠高度H
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何勇，原瀚杰，郑耀华，张雨，董丽梦，梁健波，罗建斌，谭麒，黄城，姚健安，姜天杭，陆林，谭海傲，陈亮，何重吉，邓浩光，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司肇庆供电局，
类型：发明
国别省市：