一种基于无人机的杆塔自主巡检方法与流程

本发明涉及电力杆塔的巡检，特别是涉及一种基于无人机的杆塔自主巡检方法。

背景技术：

无人机应用于电力杆塔的巡检，极大的提高了巡检效率。常规巡检方法为人工操控无人机到指定位置，然后调整云台角度使相机对准目标位置，并触发相机拍照。对不同型号电力杆塔的巡检，通常有多达十个以上的关键点，巡检人员需要控制无人机逐一对每个关键点进行拍照。为了保障无人机的飞行安全，操控人员需要随时高度集中注意力，这对操控人员造成了较大的精神压力。

并且，即使操控人员小心谨慎，也不可避免因疏忽造成无人机撞线或撞塔等事故；同时，由于人工操控很难保证巡检的一致性，导致不同时刻对同一杆塔同一位置的拍摄结果差异较大，这不利于对历史巡检数据的分析和应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于无人机的杆塔自主巡检方法，提高了巡检效率，并且有利于保证巡检的一致性和安全性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于无人机的杆塔自主巡检方法，包括以下步骤：

s1.数据采集：人工操控无人机进行巡检，巡检过程中采集无人机飞行的轨迹关键点坐标、拍照点坐标、拍照点机头角度和云台角度；

s2.任务生成：根据采集的关键数据，结合无人机的起飞点，生成无人机的自主飞行航线和自主拍照任务；

s3.巡检作业：上传生成的巡检任务给无人机，无人机按照任务航线全自主飞行，到达拍照点时自动调整机头航向和云台角度，调整到位后触发相机拍照，拍照后接着执行后续任务，直至任务完成并返回起飞点。

进一步地，所述轨迹关键点坐标，包括无人机飞行轨迹拐角点的经度、纬度和高度；所述拍照点坐标，包括触发拍照时无人机悬停处的经度、纬度和高度；所述拍照点机头角度，是指触发拍照时无人机机头相对正北方向的航向角ψ；所述云台角度，包括触发拍照时云台的俯仰角θ及其相对无人机机头的航向角dψ。

所述步骤s2包括：

生成无人机的自主飞行航线：所述自主飞行航线包括起飞接入点、数据采集过程中记录的轨迹关键点和数据采集过程中记录的拍照点；

生成无人机的自主拍照任务，所述自主拍照任务包括拍照点的云台角度和自主拍照任务的执行方法。

进一步地，所述起飞接入点的经纬度设定为无人机的起飞点的经纬度，高度设定为轨迹关键点中的高度最大值，从而降低了无人机飞向杆塔时撞线撞塔的风险。

进一步是，所述自主拍照任务中，拍照点的云台角度包括相对正北方向的航向角ψ′和俯仰角θ′，其中：

ψ′＝ψ+dψ；

θ′＝θ。

进一步地，所述自主拍照任务的执行方法包括以下两种策略：

第一、云台跟随机头转动，云台方向始终与机头方向保持一致，该策略下将调整机头航向为ψ′，调整云台俯仰角为θ′，调整完成后触发拍照；

第二、云台不跟随机头转动，机头方向始终不变，该策略下保持机头方向ψ0不变，调整云台相对机头的航向角为dψ＝ψ′-ψ0，调整云台俯仰角为θ′，调整完成后触发拍照。

本发明的有益效果是：本发明只需人工操控巡检一次，后续无人机便能全自主进行巡检作业，因此有效解决了人工巡检压力大的问题；同时，无人机按照设定航线全自主飞行，无需人工干预，避免了人工失误造成的撞线撞塔问题，极大提高了巡检的安全性。不同时刻对同一杆塔的巡检采用同样的巡检任务，避免了人工操控的主观性对巡检结果的影响，提高了巡检结果的一致性；因此，本发明具有巡检压力小，巡检风险低，巡检时间短，巡检效率高的优势。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为无人机的轨迹关键点和拍照点示意图；

图3为无人机机头和云台的航向角示意图；

图4为云台俯仰角示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于无人机的杆塔自主巡检方法，包括以下步骤：

s1.数据采集：人工操控无人机进行巡检，巡检过程中采集无人机飞行的轨迹关键点坐标、拍照点坐标、拍照点机头角度和云台角度；

在本技术的实施例中，无人机的轨迹关键点和拍照点如图2所示，所述轨迹关键点坐标，包括无人机飞行轨迹拐角点的经度、纬度和高度；所述拍照点坐标，包括触发拍照时无人机悬停处的经度、纬度和高度；如图3～4所示，该实施例中，所述拍照点机头角度，是指触发拍照时无人机机头相对正北方向的航向角ψ；所述云台角度，包括触发拍照时云台的俯仰角θ及其相对无人机机头的航向角dψ。

s2.任务生成：根据采集的关键数据，结合无人机的起飞点，生成无人机的自主飞行航线和自主拍照任务；

具体地，所述步骤s2包括：

生成无人机的自主飞行航线：所述自主飞行航线包括起飞接入点、数据采集过程中记录的轨迹关键点和数据采集过程中记录的拍照点；其中，所述起飞接入点的经纬度设定为无人机的起飞点的经纬度，高度设定为轨迹关键点中的高度最大值，从而降低了无人机飞向杆塔时撞线撞塔的风险。

生成无人机的自主拍照任务，所述自主拍照任务包括拍照点的云台角度和自主拍照任务的执行方法；

其中，所述自主拍照任务中，拍照点的云台角度包括相对正北方向的航向角ψ′和俯仰角θ′，其中：

ψ′＝ψ+dψ；

θ′＝θ。

所述自主拍照任务的执行方法包括以下两种策略：

第一、云台跟随机头转动，云台方向始终与机头方向保持一致，该策略下将调整机头航向为ψ′，调整云台俯仰角为θ′，调整完成后触发拍照；

第二、云台不跟随机头转动，机头方向始终不变，该策略下保持机头方向ψ0不变，调整云台相对机头的航向角为dψ＝ψ′-ψ0，调整云台俯仰角为θ′，调整完成后触发拍照。

s3.巡检作业：上传生成的巡检任务给无人机，无人机按照任务航线全自主飞行，到达拍照点时自动调整机头航向和云台角度，调整到位后触发相机拍照，拍照后接着执行后续任务，直至任务完成并返回起飞点。

综上，本发明只需人工操控巡检一次，后续无人机便能全自主进行巡检作业，因此有效解决了人工巡检压力大的问题；同时，无人机按照设定航线全自主飞行，无需人工干预，避免了人工失误造成的撞线撞塔问题，极大提高了巡检的安全性。不同时刻对同一杆塔的巡检采用同样的巡检任务，避免了人工操控的主观性对巡检结果的影响，提高了巡检结果的一致性；因此，本发明具有巡检压力小，巡检风险低，巡检时间短，巡检效率高的优势。

最后需要说明的是，以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于无人机的杆塔自主巡检方法，包括以下步骤：S1.数据采集：人工操控无人机进行巡检，巡检过程中采集无人机飞行的轨迹关键点坐标、拍照点坐标、拍照点机头角度和云台角度；S2.任务生成：根据采集的关键数据，结合无人机的起飞点，生成无人机的自主飞行航线和自主拍照任务；S3.巡检作业：上传生成的巡检任务给无人机，无人机按照任务航线全自主飞行，到达拍照点时自动调整机头航向和云台角度，调整到位后触发相机拍照，拍照后接着执行后续任务，直至任务完成并返回起飞点。本发明提高了巡检效率，并且有利于保证巡检的一致性和安全性。

技术研发人员：陈龙;李抒昌;杨哲印;刘灿;蔡炜;王海涛;谷山强;赵淳;严碧武;李健;梁文勇;吴大伟
受保护的技术使用者：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司;成都优艾维智能科技有限责任公司
技术研发日：2018.09.11
技术公布日：2019.01.18