一种基于星基定位的电力无人机巡检方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及电力巡检技术领域，特别涉及一种基于星基定位的电力无人机巡检方法及系统。本发明专利技术基于星基增强播发的PPP

【技术实现步骤摘要】
一种基于星基定位的电力无人机巡检方法及系统


[0001]本专利技术涉及卫星定位导航领域，具体为一种基于星基定位的电力无人机巡检方法及系统。

技术介绍

[0002]由于输电线路分布点多、面广，所处地形复杂，自然环境恶劣，部分存在运营商通信基站数量不足和分布不均等问题，很难做到网络全覆盖，实际作业中部分主网架输电线路通道区域网络完全处于无服务状态的问题突出。采用传统的基于网络RTK高精度定位技术的电力无人机巡检在无网络4G信号的情况下，无法使用网络RTK技术实时对电力无人机进行纠偏，电力无人机自主精细化巡视无法正常进行。如采用电力无人机手动操作飞行，所花时间长、人力成本高、困难大、风险高，无法高速快捷且精准的效率去完成巡检；通过在电力无人机上应用PPP
‑
AR技术进行获取地理位置信息。
[0003]专利“CN115561796A一种电网电力无人机巡检实时定位方法和系统”提出，利用PPP RTK结合惯性导航系统(INS)紧组合模型和利用PPP RTK、INS和相机传感器视觉信息(Vision)紧组合模型的方式。但是该方法定位精度难以适用精细化巡检，且视觉识别、惯导可能受环境影响，难以完全在无公网覆盖下为无人机提供全程高精度定位信息。
[0004]本专利技术基于星基增强播发的PPP
‑
AR定位服务技术研究可以支持无网络区域，并集成新型高精度星地一体板卡到电力无人机硬件平台中，将电力无人机飞控同星基定位差分定位数据服务进行技术打通，从而帮助电力无人机实现在无通信网络覆盖区域的实时厘米级定位，并可在有网络的RTK服务与无网络的PPP
‑
AR服务之间进行无缝切换，实现电力无人机在全区域内均可获取RTK服务进行精细化巡检，解决了在偏远、无网络覆盖区域和网络覆盖断续区域、运营商网络覆盖良好区域等复杂场景下实现电力无人机巡检作业问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于星基定位的电力无人机巡检方法及系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于星基定位的电力无人机巡检方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1，在电子地图上选择巡检区域；
[0009]步骤S2，获取巡检区域内的杆塔坐标以及杆塔线路拓扑图；
[0010]步骤S3，根据杆塔坐标以及杆塔线路拓扑图生成巡检航线；
[0011]步骤S4，根据巡检航线控制电力无人机巡检；
[0012]步骤S5，在巡检的过程中，电力无人机实时判断移动通信网络的信号的连接情况；
[0013]步骤S6，在有移动通信网络的环境下，电力无人机获取当前概略/初步位置，并通过移动通信网络传输至地基网络RTK位置解算平台，通过地基网络RTK位置解算平台对初步位置信息进行解算并传回解算后的地基差分数据，根据地基差分数据计算得到电力无人机
的精确定位信息，包括飞行的定位坐标、航向角信息；
[0014]步骤S7，在无移动网络的环境下，电力无人机通过内置星地一体板卡利用星基PPP
‑
AR服务和地球同步轨道卫星单向传输链路直接获取星基解算平台得到的星基差分数据；根据星地一体板卡得到的星基差分数据计算得到电力无人机的精确定位信息，包括飞行的定位坐标、航向角信息；
[0015]步骤S8，电力无人机根据实时获取的位置信息巡检航线以及实时获取的精确定位信息对杆塔、线路进行拍照巡检。
[0016]优选的，所述步骤S7具体包括以下步骤：
[0017]步骤S71，电力无人机检测广播星历参数正确性，并检查是否与轨钟匹配；根据卫星测码偏差选择观测值频点和码型；
[0018]步骤S72，进行普通单点定位，获取粗略位置和速度信息；进行观测值周跳探测，实现周跳标记；针对伪距和多普勒信息进行粗差检验和标记；
[0019]步骤S73，进行非差非组合滤波，完成状态更新和伪距、载波的观测值更新；在精密单点定位模式下，增加大气约束，以实现快速收敛；
[0020]步骤S74，进行区域电离层精密改正建模；
[0021]步骤S75，进行区域对流层精密改正建模，确定输出解类型，并计算输出电力无人机相应定位坐标的置信度，置信度大于设定阈值时输出电力无人机的定位坐标。
[0022]优选的，所述步骤S73中具体包括：
[0023]将斜路径电离层延迟和天顶对流层延迟等大气延迟参数作为待估量保留在观测方程中，精密单点定位模式在解求其他参数的同时估计大气延迟参数，观测方程见式(1)：
[0024][0025]式中，P表示伪距原始观测值，L表示相位原始观测值，下标i表示卫星的频率号，上标s表示卫星号，ρ表示卫地几何距离，c表示光速常数，dt
r
表示接收机钟差，dt
s
表示卫星钟差，C
i
表示电离层延迟参数系数，当i＝1时，C
i
＝1，当i＝2时，f表示频率，I表示在卫星第一频点斜路径方向上的电离层延迟，MF表示对流层从测站天顶方向到卫星斜路径方向的投影函数，T表示测站天顶方向对流层延迟，N表示相位模糊度，B
r,
表示接收机端的硬件延迟，表示卫星端硬件延迟，b
r,i
表示接收机端相位延迟，表示卫星端相位延迟，ε
P
，ε
L
分别表示伪距观测量和相位观测量的观测噪声，λ
i
表示第i个频率的波长；
[0026]P
i
表示第i个频率的伪距原始观测值，L
i
表示第i个频率的相位原始观测值，I
s
表示第s个卫星在卫星第一频点斜路径方向上的电离层延迟，MF
s
表示第s个卫星对流层从测站天顶方向到卫星斜路径方向的投影函数，T
s
表示第s个卫星测站天顶方向对流层延迟，表示第s个卫星在第i个频率的相位模糊度；
[0027]在非差非组合精密单点定位模式中，卫星钟差为无电离层组合获取，因此需要进行硬件延迟修正；修正后的卫星钟差记为：
[0028][0029]同理，由于接收机硬件延迟可被接收机钟差吸收，得到的修正后的接收机钟差参
数见式(3)：
[0030][0031]式(2)和(3)中：
[0032][0033]式(2)和(3)中：
[0034][0035][0036]式中，d
IF,
表示消电离层组合接收机伪距偏差，表示几何无关组合接收机伪距偏差，α表示电离层组合系数1，β表示电离层组合系数2，B
r,
表示卫星r的第一个星间单差模糊度，B
r,2
表示卫星r的第二个星间单差模糊度，表示卫星s的第一个星间单差模糊度，表示卫星s的第二个星间单差模糊度，f1表示相应频点1上的频率，f2表示相应频点2上的频率；
[0037]将上述各式带入式(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于星基定位的电力无人机巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，在电子地图上选择巡检区域；步骤S2，获取巡检区域内的杆塔坐标以及杆塔线路拓扑图；步骤S3，根据杆塔坐标以及杆塔线路拓扑图生成巡检航线；步骤S4，根据巡检航线控制电力无人机巡检；步骤S5，在巡检的过程中，电力无人机实时判断移动通信网络的信号的连接情况；步骤S6，在有移动通信网络的环境下，电力无人机获取当前初步位置，并通过移动通信网络传输至地基网络RTK位置解算平台，通过地基网络RTK位置解算平台对初步位置信息进行解算并传回解算后的地基差分数据，根据地基差分数据计算得到电力无人机飞行的精确定位信息，包括定位坐标、航向角信息；步骤S7，在无移动网络的环境下，电力无人机通过内置星地一体板卡利用星基PPP
‑
AR服务和地球同步轨道卫星单向传输链路直接获取星基解算平台得到的星基差分数据；根据星地一体板卡得到的星基差分数据计算得到电力无人机飞行的精确定位信息，包括定位坐标、航向角信息；步骤S8，电力无人机根据实时获取的位置信息巡检航线以及实时获取的精确定位信息对杆塔、线路进行拍照巡检。2.如权利要求1所述的一种基于星基定位的电力无人机巡检方法，其特征在于：所述步骤S7具体包括以下步骤：步骤S71，电力无人机检测广播星历参数正确性，并检查是否与轨钟匹配；根据卫星测码偏差选择观测值频点和码型；步骤S72，进行普通单点定位，获取粗略位置和速度信息；进行观测值周跳探测，实现周跳标记；针对伪距和多普勒信息进行粗差检验和标记；步骤S73，进行非差非组合滤波，完成状态更新和伪距、载波的观测值更新；在精密单点定位模式下，增加大气约束，以实现快速收敛；步骤S74，进行区域电离层精密改正建模；步骤S75，进行区域对流层精密改正建模，确定输出解类型，并计算输出电力巡检电力无人机相应定位坐标的置信度，置信度大于设定阈值时输出电力巡检电力无人机的定位坐标。3.如权利要求2所述的一种基于星基定位的电力无人机巡检方法，其特征在于：所述步骤S73中具体包括：将大气延迟参数作为待估量保留在观测方程中，精密单点定位模式在解求其他参数的同时估计大气延迟参数，观测方程见式(1)：式中，P表示伪距原始观测值，L表示相位原始观测值，下标i表示卫星的频率号，上标s表示卫星号，ρ表示卫地几何距离，c表示光速常数，dt
r
表示接收机钟差，dt
s
表示卫星钟差，C
i
表示电离层延迟参数系数，当i＝1时，C
i
＝1，当i＝2时，f表示频率，I表示在卫星第一频点斜路径方向上的电离层延迟，MF表示对流层从测站天顶方向到卫星斜路径方
向的投影函数，T表示测站天顶方向对流层延迟，N表示相位模糊度，B
r,i
表示接收机端的硬件延迟，表示卫星端硬件延迟，b
r,i
表示接收机端相位延迟，表示卫星端相位延迟，ε
P
，ε
L
分别表示伪距观测量和相位观测量的观测噪声，λ
i
表示第i个频率的波长；在非差非组合精密单点定位模式中，卫星钟差为无电离层组合获取，因此需要进行硬件延迟修正；修正后的卫星钟差记为：同理，由于接收机硬件延迟可被接收机钟差吸收，得到的修正后的接收机钟差参数见式(3)：式(2)和(3)中：式(2)和(3)中：式(2)和(3)中：式中，d
IF,r
表示消电离层组合接收机伪距偏差，表示几何无关组合接收机伪距偏差，α表示电离层组合系数1，β表示电离层组合系数2，B
r,1
表示卫星r的第一个星间单差模糊度，B
r,2
表示卫星r的第二个星间单差模糊度，表示卫星s的第一个星间单差模糊度，表示卫星s的第二个星间单差模糊度，f1表示相应频点1上的频率，f2表示相应频点2上的频率；将上述各式带入式(1)得到下式：式中DCB
r
＝B
r,1
‑
B
r,2
，由于DCB
r
，DCB
s
参数与电离层参数、相位模糊度参数线性相关，参数之间无法分离，因此式(7)改写为下式：式(7)改写为下式：分别为等效电离层参数和等效模糊度参数，则可表示为下式：基于式(8)，服务端的跟踪站坐标精确已知，可以对观测方程中的站坐标进行约束；当非差非组合精密单点定位的解收敛一段时间后，服务端提取的大气参数作为大气建模的原
始观测值。4.如权利要求3所述的一种基于星基定位的电力无人机巡检方法，其特征在于：所述步骤S74中进行区域电离层精密改正建模具体包括：针对区域卫星斜路径电离层延迟的特点，构建斜路径电离层延迟为参考点经纬度到卫星穿刺点经纬度差值的函数，对每颗卫星模型可表达为式：I
s
＝a0+a1·
(lat
s
‑
lat0)+a2·
(lon
s
‑
lon0)；
ꢀꢀ
(10)式中I
s
为斜路经电离层延迟改正值，lat
s
，lon
s
为卫星穿刺点纬度、经度，lat0，lon0为参考点纬度、经度，a0、a1、a2为各项系数；式(10)是基于每颗卫星的模型，卫星端的硬件延迟能被常数项a0吸收；由式(9)可知通过非差非组合精密单点定位所提取的斜路经电离层延迟中不仅含有接收机端的硬件延迟又含有卫星端的硬件延迟，因此接收机端的硬件延迟不能被模型参数吸收；为消除影响，选定一个卫星作为参考卫星，对非差非组合精密单点定位所提取的等效电离层延迟进行星间单差，表达式如下：上式中，上标ref为参考卫星，式(11)中，接收机端的硬件延迟被消除掉；式(10)的模型变成星间单差电离层延迟，见下式：对于式(11)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伯建，张伟豪，吴文斌，强伟，陈卓磊，王仁书，梁曼舒，韩腾飞，李哲舟，林承华，吴晓杰，沈添福，林屹，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：