一种用于平面型边坡贴壁飞行的无人机航线规划方法技术

本发明专利技术属于无人机导航技术领域，具体涉及一种用于平面型边坡贴壁飞行的无人机航线规划方法，包括，S1：确定航线平面、及该航线平面坐标点；S2：确定航点、并计算各航点坐标；S3：计算航线平面上法线向量的俯仰角、翻滚角、偏航角；S4：构建标准kml航线文件；S5：将标准kml航线文件导入无人机中，实现无人机贴壁飞行。通过对待测平面型边坡地形进行无人机贴壁飞行的航线平面确定、航点确定，实现航线规划，能够高效、精准获取平面型边坡的位置信息，构建标准kml航线文件，以实现自动贴壁飞行效果；并通过在各航点航摄，便于后续对平面型边坡的模型三维重构，实现对平面型边坡的三维视角表观监测，以真实反映平面型边坡的特征形态。以真实反映平面型边坡的特征形态。以真实反映平面型边坡的特征形态。

【技术实现步骤摘要】
一种用于平面型边坡贴壁飞行的无人机航线规划方法


[0001]本专利技术属于无人机导航
，具体涉及一种用于平面型边坡贴壁飞行的无人机航线规划方法。

技术介绍

[0002]在现代建设工程中，边坡监测是确保边坡稳定性和安全性的一个非常重要的环节。边坡无人机飞行监测解决了传统人工监测效率低、成本高、数据不够精准的问题，进而获取精确可靠的数据用于模型三维重建，以真实反映结构物特征形态。但目前边坡无人机航线规划飞行多采用Agisoft Metashape软件经由整体地区拍摄
‑
粗制模型构建
‑
划分边坡区域
‑
设置航线
‑
导入航线贴壁飞行，过程繁琐，耗时长，且效率低。

技术实现思路

[0003]本专利技术在于提供一种用于平面型边坡贴壁飞行的无人机航线规划方法，通过对待测平面型边坡地形进行无人机贴壁飞行的航线平面确定、航点确定，实现航线规划，能够高效、精准获取平面型边坡的位置信息，并通过构建标准kml航线文件，以达到一种良好的自动贴壁飞行效果和拍摄效果；同时通过在各航点对平面型边坡进行航摄，便于后续对平面型边坡的模型三维重构，实现对平面型边坡的三维视角表观监测，以真实反映平面型边坡结构的特征形态。
[0004]一种用于平面型边坡贴壁飞行的无人机航线规划方法，包括如下步骤：
[0005]S1：确定航线平面、以及该航线平面坐标点；
[0006]基于待测平面型边坡，结合预设参数，确定航线平面，并获取航线平面在大地坐标系下的大地坐标点(B,L,H)；
[0007]S2：确定航点、并计算各航点坐标；
[0008]将航线平面在大地坐标系下的大地坐标点(B,L,H)转化为在空间直角坐标系下的空间坐标点(X,Y,Z)，将该航线平面均匀划分形成n个航点；从航线平面底部到对应顶部、且呈S型方向对各航点依次排序，获取各航点在空间直角坐标系下的空间坐标点(x,y,z)，并将其转化为在大地坐标系下的大地坐标点(b,l,h)；
[0009]S3：计算航线平面上法线向量的俯仰角θ、翻滚角偏航角ψ，以表示各航点下无人机的飞行姿态；
[0010]S4：构建标准kml航线文件；
[0011]采用编程软件、以无人机内置语言依序对无人机在各航点上赋予飞行参数和对应指令，形成标准kml航线文件；
[0012]S5：将所形成的标准kml航线文件导入无人机中，以实现无人机贴壁飞行。
[0013]通过对待测平面型边坡地形进行无人机贴壁飞行的航线平面确定、航点确定，实现航线规划，能够高效、精准获取平面型边坡的位置信息，并通过构建标准kml航线文件，以达到一种良好的自动贴壁飞行效果和拍摄效果；同时通过在各航点对平面型边坡进行航
摄，便于后续对平面型边坡的模型三维重构，实现对平面型边坡的三维视角表观监测，以真实反映平面型边坡结构的特征形态。
[0014]进一步的，所述S1中，确定航线平面、以及获取该航线平面坐标点的过程具体包括：
[0015]通过搭载RTK模块的无人机飞行至待测平面型边坡上方，选择能够完全覆盖待测平面型边坡的空间四边形确定为航线平面，并拍摄获取该航线平面的坐标点；
[0016]或通过具有坐标信息的地图软件拟合选择能够完全覆盖待测平面型边坡的空间四边形确定为航线平面，并直接获取该航线平面的坐标点；
[0017]其中，四边形的航线平面，其大小为平面型边坡的1.1～1.2倍、且航线平面距平面型边坡的高度距离的取值范围为10～15米。
[0018]进一步的，所述S2中，将航线平面在大地坐标系下的大地坐标点(B,L,H)转化为在空间直角坐标系下的空间坐标点(X,Y,Z)，其转化公式为：
[0019][0020]式中，B、L、H分别为航线平面在大地坐标系上的经度、纬度、高度坐标；X、Y、Z分别为航线平面在空间直角坐标系上的在X、Y、Z方向上的坐标；N为地球卯酉圈半径；e2为地球的第一偏心率。
[0021]进一步的，所述S2中，将航线平面均匀划分形成n个航点、以及获取各航点在空间直角坐标系下的空间坐标点(x,y,z)的过程具体包括：
[0022]S21：基于航线平面在空间直角坐标系下的坐标点(X,Y,Z)，选取航线平面的四个角的坐标点(P1,P2,P3,P4)；
[0023]S22：基于航线平面的四个角的坐标点P1(x1,y1,z1)，P2(x2,y2,z2)，P3(x3,y3,z3)，P4(x4,y4,z4)，构建三次贝塞尔曲线，使用两个循环沿航线平面依序生成系列航点，分别计算各航点在空间直角坐标系下的坐标(x,y,z)；
[0024]各航点坐标的计算表达式为：
[0025]x＝x1×
(1
‑
t1)
×
(1
‑
t2)+x2×
t1×
(1
‑
t2)+x3×
(1
‑
t1)
×
t2+x4×
t1×
t2；
[0026]y＝y1×
(1
‑
t1)
×
(1
‑
t2)+y2×
t1×
(1
‑
t2)+y3×
(1
‑
t1)
×
t2+y4×
t1×
t2；
[0027]z＝z1×
(1
‑
t1)
×
(1
‑
t2)+z2×
t1×
(1
‑
t2)+z3×
(1
‑
t1)
×
t2+z4×
t1×
t2；
[0028]式中，t1、t2均是0～1范围内的浮点数，表示在曲线上的位置，其中，均是0～1范围内的浮点数，表示在曲线上的位置，其中，p、q为参数，且满足p
×
q＝n；i、j均为变量，嵌套循环中变量i的取值范围为0至(p
‑
1)，变量j的取值范围为0至(q
‑
1)；
[0029]其中，航点个数n的设置值取决于平面型边坡的大小，即大型边坡航点个数的设置值取值范围为200至299，小型边坡航点个数的设置值的取值范围为100至200。
[0030]进一步的，所述S2中，将各航点在空间直角坐标系下的空间坐标点(x,y,z)转化为在大地坐标系下的大地坐标点(b,l,h)，其转化公式为：
[0031][0032]式中，b、l、h分别为各航点在大地坐标系上的经度、纬度、高度坐标；x、y、z分别为各航点在空间直角坐标系上的在X、Y、Z方向上的坐标；N为地球卯酉圈半径；e2为地球的第一偏心率。
[0033]进一步的，所述S3中，计算航线平面上法线向量的俯仰角θ、翻滚角偏航角ψ的方法包括：
[0034]S31：基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于平面型边坡贴壁飞行的无人机航线规划方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：确定航线平面、以及该航线平面坐标点；基于待测平面型边坡，结合预设参数，确定航线平面，并获取航线平面在大地坐标系下的大地坐标点(B,L,H)；S2：确定航点、并计算各航点坐标；将航线平面在大地坐标系下的大地坐标点(B,L,H)转化为在空间直角坐标系下的空间坐标点(X,Y,Z)，将该航线平面均匀划分形成n个航点；从航线平面底部到对应顶部、且呈S型方向对各航点依次排序，获取各航点在空间直角坐标系下的空间坐标点(x,y,z)，并将其转化为在大地坐标系下的大地坐标点(b,l,h)；S3：计算航线平面上法线向量的俯仰角θ、翻滚角偏航角ψ，以表示各航点下无人机的飞行姿态；S4：构建标准kml航线文件；采用编程软件、以无人机内置语言依序对无人机在各航点上赋予飞行参数和对应指令，形成标准kml航线文件；S5：将所形成的标准kml航线文件导入无人机中，以实现无人机贴壁飞行。2.根据权利要求1所述的一种用于平面型边坡贴壁飞行的无人机航线规划方法，其特征在于，所述S1中，确定航线平面、以及获取该航线平面坐标点的过程具体包括：通过搭载RTK模块的无人机飞行至待测平面型边坡上方，选择能够完全覆盖待测平面型边坡的空间四边形确定为航线平面，并拍摄获取该航线平面的坐标点；或通过具有坐标信息的地图软件拟合选择能够完全覆盖待测平面型边坡的空间四边形确定为航线平面，并直接获取该航线平面的坐标点；其中，四边形的航线平面，其大小为平面型边坡的1.1～1.2倍、且航线平面距平面型边坡的高度距离的取值范围为10～15米。3.根据权利要求1所述的一种用于平面型边坡贴壁飞行的无人机航线规划方法，其特征在于，所述S2中，将航线平面在大地坐标系下的大地坐标点(B,L,H)转化为在空间直角坐标系下的空间坐标点(X,Y,Z)，其转化公式为：式中，B、L、H分别为航线平面在大地坐标系上的经度、纬度、高度坐标；X、Y、Z分别为航线平面在空间直角坐标系上的在X、Y、Z方向上的坐标；N为地球卯酉圈半径；e2为地球的第一偏心率。4.根据权利要求1所述的一种用于平面型边坡贴壁飞行的无人机航线规划方法，其特征在于，所述S2中，将航线平面均匀划分形成n个航点、以及获取各航点在空间直角坐标系下的空间坐标点(x，y，z)的过程具体包括：S21：基于航线平面在空间直角坐标系下的坐标点(X，Y，Z)，选取航线平面的四个角的坐标点(P1，P2，P3，P4)；S22：基于航线平面的四个角的坐标点P1(x1，y1，z1)，P2(x2，y2，z2)，P3(x3，y3，z3)，P4(x4，
y4，z4)，构建三次贝塞尔曲线，使用两个循环沿航线平面依序生成系列航点，分别计算各航点在空间直角坐标系下的坐标(x，y，z)；各航点坐标的计算表达式为：x＝x1×
(1
‑
t1)
×
(1
‑
t2)+x2×
t1×
(1
‑
t2)+x3×
(1
‑
t1)
×
t2+x4×
t1×
t2；y＝y1×
(1
‑
t1)
×
(1
‑
t2)+y2×
t1×
(1
‑
t2)+y3×
(1
‑
t1)
×
t2+y4×
t1×
t2；z＝z1×
(1
‑
t1)
×
(1
‑
t2)+z2×
t1×

【专利技术属性】
技术研发人员：黄曹骏，李清，刘仕顺，赵炼恒，刘浩，祝志恒，李佩峻，左仕，黄栋梁，
申请(专利权)人：广东交科检测有限公司，
类型：发明
国别省市：