无人机电力线路巡检的协同控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种无人机电力线路巡检的协同控制方法，包括在无人机电力线路巡检中的电力线外侧转弯阶段和电力线内侧转弯阶段的控制步骤；其中，所述电力线内侧转弯阶段的控制步骤又包括拐角大于90度和拐角小于90度时的控制步骤。本发明无人机电力线路巡检的协同控制方法，在无人机电力线路巡检的电力线外侧转弯和电力线内侧转弯两个重要阶段，实行了自动数据采集任务执行的协同控制。除此之外，借助本发明还可以进一步对沿线飞行、任务起始、任务暂停和任务结束四个阶段进行无人机的协同控制。本发明可以协调沿电力线路通道飞行的无人机多传感器任务的执行和状态监控，用于电力部门输电线路安全巡检的数据采集，大大提高输电线巡检效率。
【专利说明】无人机电力线路巡检的协同控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无人机电力线路巡检【技术领域】，尤其涉及一种无人机电力线路巡检的协同控制方法。
【背景技术】
[0002]电网现行高压输电线路运维模式和巡检方式，主要通过维护人员依靠地面交通工具或徒步行走、利用手持仪器或肉眼来巡查设施处理缺陷，已不能适应现代化电网的发展和安全运行需要，超、特高压电网急需安全、先进、科学、高效的电力巡检方式。
[0003]近年来，电网公司逐渐采取以无人机为搭载平台，装载传感器终端对输电线路设备及走廊环境进行高空俯视巡检，可部分代替人工巡线，显著降低人员劳动强度。目前无人机通常搭载包括稳定平台(或云台)、定位定姿系统、激光扫描仪、红外热像仪、紫外成像仪、视频录像仪、可见光相机等在内的部分或者全部设备和传感器开展巡检工作。但是由于缺乏系统整体设计，各种设备和传感器间的同步以及工作模式复杂，使得无人机上装载的各种传感器之间多数情况下缺乏联系，数据的传输及处理也相互独立，无法发挥出多传感器同步巡检的多源数据比对优势与准确性。
[0004]因此，为保证无人机巡检作业计划安全、有序、高效的开展，完成对设定区域和线路的目标实施不同类型的遥感飞行任务，完成数据获取，需要针对后期数据处理的需求，提高无人机系统运行的整体协调性、可靠性及安全性。
【发明内容】
[0005]基于此，本发明提供了一种无人机电力线路巡检的协同控制方法。
[0006]本发明无人机电力线路巡检的协同控制方法，包括在无人机电力线路巡检中的电力线外侧转弯阶段和电力线内侧转弯阶段的控制步骤；
[0007]其中，所述电力线外侧转弯阶段的控制步骤包括:
[0008]当无人机飞行至预设的悬停地点后，通过短焦相机和长焦相机依次对杆塔进行拍摄;
[0009]对杆塔进行拍摄之后，启动无人机稳定平台的锁定模式；
[0010]锁定模式启动之后，控制无人机在预设的悬停地点进行转弯；
[0011]无人机完成转弯之后，启动无人机稳定平台的姿态调整模式，并控制无人机飞离预设的悬停地点；
[0012]其中，所述电力线内侧转弯阶段的控制步骤又包括拐角大于90度和拐角小于90度时的控制步骤:
[0013]拐角大于90度时的控制步骤包括:
[0014]当无人机飞行至预设的悬停地点后，通过短焦相机在后侧线路段的曝光点进行拍摄;
[0015]在后侧线路段的曝光点进行拍摄之后，通过短焦相机和长焦相机依次对杆塔进行拍摄；
[0016]对杆塔进行拍摄之后，通过短焦相机在前侧线路段的曝光点进行拍摄；
[0017]在前侧线路段的曝光点进行拍摄之后，启动无人机稳定平台的锁定模式；
[0018]锁定模式启动之后，控制无人机在预设的悬停地点进行转弯；
[0019]无人机完成转弯之后，启动无人机稳定平台的姿态调整模式，并控制无人机飞离预设的悬停地点；
[0020]拐角小于90度时的控制步骤包括:
[0021]当无人机飞行至预设的悬停地点后，通过短焦相机在后侧线路段的曝光点进行拍摄;
[0022]在后侧线路段的曝光点进行拍摄之后，通过短焦相机和长焦相机依次对杆塔进行拍摄；
[0023]对杆塔进行拍摄之后，启动无人机稳定平台的锁定模式；
[0024]锁定模式启动之后，控制无人机在预设的悬停地点进行转弯；
[0025]无人机完成转弯之后，启动无人机稳定平台的姿态调整模式；
[0026]对无人机稳定平台的姿态进行调整，通过短焦相机在前侧线路段的曝光点进行拍摄;
[0027]在前侧线路段的曝光点进行拍摄之后，控制无人机飞离预设的悬停地点。
[0028]与一般技术相比，本发明无人机电力线路巡检的协同控制方法，在无人机电力线路巡检的电力线外侧转弯和电力线内侧转弯两个重要阶段，实行了协同控制。除此之外，借助本发明还可以进一步对沿线飞行、任务起始、任务暂停和任务结束四个阶段进行无人机的协同控制。本发明可以对稳定平台、定位定姿系统、三维激光扫描仪、红外成像仪、紫外成像仪、视频录像仪、可见光相机、超声波传感器等进行同步控制并协调多传感器任务的执行和状态监控。用于电力部门输电线路安全巡检的数据采集，实现一次飞行同步获取激光点云、红外视频、紫外视频、光学相片、可见光视频、位置姿态等数据，大大提高输电线巡检效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本发明无人机电力线路巡检的协同控制方法的流程示意图；
[0030]图2为沿线飞行稳定平台、载荷控制和目标空间关系图；
[0031]图3为外侧转弯短焦相机拍摄杆塔状态示意图；
[0032]图4为外侧转弯长焦相机拍摄塔后侧姿态示意图；
[0033]图5为外侧转弯长焦相机拍摄塔中部姿态示意图；
[0034]图6为外侧转弯长焦相机拍摄塔前侧姿态示意图；
[0035]图7为输电线路转角大于90°时，内侧转弯飞行稳定平台、载荷控制和目标空间关系图；
[0036]图8为输电线路转角小于90°时，内侧转弯飞行稳定平台、载荷控制和目标空间关系图。
【具体实施方式】[0037]为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。
[0038]请参阅图1，为本发明无人机电力线路巡检的协同控制方法的流程示意图。
[0039]本发明无人机电力线路巡检的协同控制方法，包括在无人机电力线路巡检中的电力线外侧转弯阶段和电力线内侧转弯阶段的控制步骤；
[0040]其中，所述电力线外侧转弯阶段的控制步骤包括:
[0041]当无人机飞行至预设的悬停地点后，通过短焦相机和长焦相机依次对杆塔进行拍摄;
[0042]对杆塔进行拍摄之后，启动无人机稳定平台的锁定模式；
[0043]锁定模式启动之后，控制无人机在预设的悬停地点进行转弯；
[0044]无人机完成转弯之后，启动无人机稳定平台的姿态调整模式，并控制无人机飞离预设的悬停地点；
[0045]其中，所述电力线内侧转弯阶段的控制步骤又包括拐角大于90度和拐角小于90度时的控制步骤:
[0046]拐角大于90度时的控制步骤包括:
[0047]当无人机飞行至预设的悬停地点后，通过短焦相机在后侧线路段的曝光点进行拍摄;
[0048]在后侧线路段的曝光点进行拍摄之后，通过短焦相机和长焦相机依次对杆塔进行拍摄；
[0049]对杆塔进行拍摄之后，通过短焦相机在前侧线路段的曝光点进行拍摄；
[0050]在前侧线路段的曝光点进行拍摄之后，启动无人机稳定平台的锁定模式；
[0051]锁定模式启动之后，控制无人机在预设的悬停地点进行转弯；
[0052]无人机完成转弯之后，启动无人机稳定平台的姿态调整模式，并控制无人机飞离预设的悬停地点；
[0053]拐角小于90度时的控制步骤包括:
[0054]当无人机飞行至预设的悬停地点后，通过短焦相机在后侧线路段的曝光点进行拍摄;
[0055]在后侧线路段的曝光点进行拍摄之后，通过短焦相机和长焦相机依次对杆塔进行拍摄；
[0056]对杆塔进行拍摄之后，启动无人机稳定平台的锁定模式；
[0057]锁定模式启动之后，控制无人机在预设的悬停地点进行转弯；
[0058]无人机完成转弯之后，启动无人机稳定平台的姿态调整模式；
[0059]对无人机稳定平台的姿态进行调整，通过短焦相机在前侧线路段的曝光点进行拍摄;
[0060]在前侧线路段的曝光点进行拍摄之后，控制无人机飞离预设的悬停地点。
[0061]地面测控计算机通过无线通信链路向无人机发送控制指令；
[0062]无人机上机载控制计算机内的主控程序接收所述控制指令并进行解码；
[0063]如果接收的所述控制指令为传感器操作指令，则所述主控程序将所述传感器操作指令转发至机载控制计算机内相应的传感器控制程序；[0064]所述传感器控制程序对转发而来的所述传感器操作指令进行解码，并调用相应的传感器操作函数执行所述传感器操作指令；
[0065]所述传感器操作指令执行完成之后，所述传感器控制程序返回相应的操作状态信息至所述主控程序；
[0066]所述主控程序通过无线通信链路向地面测控计算机发送所述操作状态信息。
[0067]地面测控计算机通过串口操作向无线通信链路发送控制指令；
[0068]在无人机上机载控制计算机内的主控程序接收所述控制指令并进行解码之后，机载控制计算机主控程序通过串口接收无线通信链路发送过来的控制指令并进行解码，判断指令类型，如果是系统操作指令，则调用操作系统功能实现文件传输、加载执行任务、切换任务模式、关闭或重启系统等功能，执行所述控制指令；如果是传感器操作指令，则由主控程序对包头进行甄别，确定指令对应的传感器类型和执行模式，根据执行任务是手动还是自动模式调用相应控制流程，所述主控程序将该控制指令通过网络接口以UDP (UserDatagram Protocol,用户数据包协议)包形式转发至机载控制计算机内相应的传感器控制程序。
[0069]上述做法有利于对无人机在电力线路巡检时进行协同控制，无论是从地面向无人机发送系统操作指令还是传感器操作指令，无人机都能够进行对应处理，保证了无人机平台的稳定运行。
[0070]确定所述控制指令对应的传感器类型和执行模式之后，如果所述控制指令的执行模式为手动模式，则所述主控程序直接将所述控制指令转发至相应的传感器控制程序。
[0071]手动模式下，主控程序直接将命令转发相应的传感器控制程序；各传感器控制程序对转发过来的指令进行解码，形成命令和参数，调用对应的传感器操作函数进行控制。手动模式支持的主要任务传感器命令包括:1)三维激光扫描仪:连接、开始扫描、停止扫描、断开连接、参数配置；2)可见光相机(包括长焦相机、短焦相机):连接、拍照、断开连接；3)红外热像仪:连接、开始录像、停止录像、断开连接、增益加、增益减、焦距调近、焦距调远；
4)紫外成像仪:连接、开始录像、停止录像、断开连接、增益加、增益减、视场放大、视场缩小；
5)定位定姿系统(P0S):连接、开始反馈坐标及姿态、停止反馈坐标及姿态、断开连接。6)稳定平台:连接、相对姿态调整、绝对姿态调整、锁定、复位、断开连接。
[0072]确定所述控制指令对应的传感器类型和执行模式之后，如果所述控制指令的执行模式为自动模式，则所述主控程序根据当前地理位置和载荷姿态判断是否满足执行所述控制指令的条件；
[0073]如果满足，则所述主控程序将所述控制指令转发至相应的传感器控制程序；
[0074]如果不满足，则进行等待直至当前地理位置和载荷姿态满足执行所述控制指令的条件。
[0075]自动模式下，主控程序首先通过P0S(Position and Orientation System,定位定向系统)系统获得的机载传感器搭载稳定平台(下简称稳定平台)当前地理位置和载荷姿态判断是否满足传感器执行命令的条件。如果满足，则将命令转发相应的传感器控制程序；各传感器控制程序对转发过来的指令进行解码，形成命令和参数，调用对应的传感器操作函数进行控制。如果稳定平台当前地理坐标还未到达计划的任务坐标位置附近(位置误差阈值范围一般要求在±10米内)，则等待稳定平台搭载的POS系统坐标更新并进行判断。如果稳定平台当前地理坐标进入计划任务点坐标位置附近误差阈值范围内，则进一步判断传感器命令操作对象，如果传感器命令操作对象为稳定平台、三维激光扫描仪、红外热像仪或紫外成像仪，则直接执行该命令；如果传感器命令操作对象为可见光相机，则判断稳定平台当前姿态是否在拍照设定的姿态误差范围内(方向误差阈值范围一般要求在±1°内)，如在给定姿态的误差范围内，则执行拍照指令，否则，主控程序根据稳定平台和计划的任务点的位置关系自动生成并发送稳定平台姿态调整命令，直到稳定平台调整至给定的姿态误差范围内，然后调用相机控制程序执行拍照指令。如果稳定平台不能在给定的地理位置范围内调整至给定的姿态误差范围内，则该传感器指令执行失败，主控程序进入下一条指令的执行流程。自动模式支持的主要任务传感器命令包括:1)三维激光扫描仪:连接、开始扫描、停止扫描、断开连接、参数配置；2)可见光相机(包括长焦相机、短焦相机):连接、拍照、目标点跟踪拍照、断开连接；3)红外热像仪:连接、开始录像、停止录像、断开连接；4)紫外成像仪:连接、开始录像、停止录像、断开连接；5)稳定平台:连接、绝对姿态调整、锁定、复位、断开连接。
[0076]所述传感器控制程序以UDP包的形式将所述操作状态信息返回至所述主控程序。
[0077]传感器操作执行完成后，返回操作执行状态，返回的状态信息通过编码形式仍以UDP包发回主控程序；这样做有利于主控程序及时掌握各个传感器的状态，每次执行完操作后，主控程序可以得到实时反馈，有利于主控程序对无人机上的众多传感器集中管理。
[0078]所述主控程序通过无线通信链路向地面测控计算机发送所述操作状态信息之前，所述主控程序将所述操作状态信息进行封装，并添加起始标识符、消息编号、校验码和结束标识符。
[0079]主控程序将状态消息进行封装，并添加起始标识符、消息编号、校验码、结束标识符，然后通过串口向无线通信链路发送；主控程序对传感器控制程序返回的操作状态信息进行相应处理，这样才可以将其返回给地面测控端，从而实现一体化管理和控制。并且提高了通信效率和安全性。
[0080]地面测控计算机通过串口接收无线通信链路传回的控制指令操作返回状态信息，确定下一步执行任务命令。
[0081]采用本发明无人机电力线路巡检的协同控制方法，对沿线飞行、杆塔外侧拐弯、杆塔内侧拐弯三种情况下对于稳定平台和机载传感器的控制过程，以及在任务起始、任务暂停、任务结束三种情况下对稳定平台的控制，进行说明。各种情况下的工作内容和工作流程分别如下:
[0082]任务起始:
[0083]在任务起始阶段，无人机从起飞点起飞，飞行至任务起始点，准备执行任务。其中，所述任务起始阶段的控制步骤包括:
[0084]启动无人机中的各个子系统，启动机载控制计算机的主控程序和各传感器控制程序；初始化稳定平台；向稳定平台发送指令启动锁定模式；无人机飞行至任务起始点后，向各个传感器发送连接指令，使其进入连接就绪状态。
[0085]在任务起始阶段，各系统加电启动，机载控制计算机王控程序启动并启动各传感器控制程序，各传感器控制程序连接各传感器接口并开始指令监听；然后稳定平台初始化；主控程序向稳定平台发送指令启动锁定模式，确保飞行过程中载荷姿态与稳定平台姿态保持一致；无人直升机起飞，飞行至任务起始点，各任务传感器执行连接指令进入连接就绪状态。
[0086]沿线飞行:
[0087]其中，所述沿线飞行阶段的控制步骤包括:
[0088]当无人机飞行至预设的曝光点后，向稳定平台发送指令调整姿态；调整姿态之后，控制短焦相机进行曝光。在整个沿线飞行阶段中，保持三维激光扫描仪处于扫描状态，保持红外热像仪、紫外成像仪处于录像状态。
[0089]在沿线飞行阶段，无人直升机在前序任务完成后，开始沿线飞行，机载控制计算机主控程序根据任务模式和当前稳定平台地理位置和载荷姿态判断是否满足传感器执行命令的条件，并调整稳定平台及相应传感器状态对电力线段进行巡检拍摄。稳定平台方位角朝向与电力线走向垂直，俯仰框跟随输电线路，并在若干预设曝光点处进行拍摄，直到该段沿线飞行任务完成。飞行过程中无人机、输电线路以及拍摄方向的相互关系如图2所示。
[0090]在沿线飞行阶段，飞行过程中无人直升机不悬停；在曝光点处稳定平台与可见光相机工作过程如下:向稳定平台发送指令调整姿态(仅调整俯仰框用以跟踪导线弧度，方位框保持现有方向);短焦相机曝光。三维激光扫描仪开始并保持扫描状态，红外热像仪、紫外成像仪开始并保持录像状态。
[0091]在整个电力线外侧转弯阶段和电力线内侧转弯阶段中，保持三维激光扫描仪处于扫描状态，保持红外热像仪、紫外成像仪处于录像状态。
[0092]所述通过短焦相机对杆塔进行拍摄的步骤，包括以下步骤:
[0093]向稳定平台发送指令调整姿态，使稳定平台指向杆塔位置；控制短焦相机进行曝光，对杆塔进行拍摄。
[0094]所述通过长焦相机对杆塔进行拍摄的步骤，包括以下步骤:
[0095]通过长焦相机分后、中、前三侧对杆塔进行拍摄；其中，每一侧调整俯仰角进行上、中、下三个角度拍摄。
[0096]外侧转弯:
[0097]在外侧转弯阶段，无人直升机在前序任务完成后，到达输电线路转弯处并处于外侦U。该段任务中，无人机从I点进入任务，在2点悬停对杆塔进行拍摄并完成转弯，从3点结束任务。无人机航迹、输电线路、杆塔之间的相互关系如图3所示，其中粗实线为该任务段计划航迹。
[0098]在外侧转弯阶段，无人直升机拍摄方向越过杆塔位置(图3中的I点)后继续飞行至预设的悬停地点(图3中的2点)，无人机悬停。
[0099]无人直升机悬停后，用短焦相机拍摄杆塔，过程如下:向稳定平台发送指令调整姿态，使平台指向杆塔位置(该指令可提前至无人机拍摄方向越过杆塔位置时发出，以便缩短姿态调整时间)；短焦相机曝光。
[0100]短焦相机拍摄后，用长焦相机分后、中、前三侧对杆塔进行拍摄，每一侧都需要调整俯仰角进行上、中、下三个角度拍摄。具体步骤如下(示意图如图4至图6所示):向稳定平台发送指令调整到对准杆塔后侧上部分；长焦相机曝光；向稳定平台发送指令调整到对准杆塔后侧中部分；长焦相机曝光；向稳定平台发送指令调整到对准杆塔后侧下部分；长焦相机曝光；向稳定平台发送指令调整到对准杆塔中部下部分；长焦相机曝光；向稳定平台发送指令调整到对准杆塔中部中部分；长焦相机曝光；向稳定平台发送指令调整到对准杆塔中部上部分；长焦相机曝光；向稳定平台发送指令调整到对准杆塔前侧上部分；长焦相机曝光；向稳定平台发送指令调整到对准杆塔前侧中部分；长焦相机曝光；向稳定平台发送指令调整到对准杆塔前侧下部分；长焦相机曝光。
[0101]长焦相机拍摄完成后，向稳定平台发送指令启动锁定模式；无人直升机转弯；无人直升机悬停；向稳定平台发送姿态调整命令复位锁定并启动姿态调整模式；无人直升机飞行到达前侧线路巡检航迹拍摄杆塔的位置(图3中3点)。
[0102]整个流程中三维激光扫描仪保持扫描状态，红外热像仪、紫外成像仪保持录像状态。
[0103]内侧转弯:
[0104]在内侧转弯阶段，无人直升机在前序任务完成后，到达输电线路转弯处并处于内侦U。在该段任务中，需悬停对后侧线路拍摄、对杆塔拍摄、对前侧线路拍摄，飞机在对前侧线路拍摄后转向，或者在对杆塔拍摄后转向。无人机航迹、输电线路、杆塔之间的相互关系如图7和图8所示。
[0105]在内侧转弯阶段，稳定平台只能在-90°至+90°范围内转动，因此当拐角小于90度时，稳定平台不能够直接转到前侧线路方向完成短焦相机拍摄。因此无人直升机转弯后需要再次悬停。两种情况下，无人直升机、稳定平台及传感器的具体步骤如下:
[0106]拐角大于90度时:
[0107]无人直升机到达任务点后悬停；向稳定平台发送指令调整姿态到后侧线路段第一个曝光点(图7中的I点)；短焦相机曝光；视悬停点与杆塔点水平距离情况重复前述动作，实现后侧线路数据的完整覆盖；向稳定平台发送指令调整姿态到对准杆塔；短焦相机曝光；长焦相机拍摄杆塔，具体步骤同前述的长焦相机拍摄杆塔步骤；向稳定平台发送指令调整姿态到前侧线路段第一个曝光点(图7中的2点);短焦相机曝光；视悬停点与杆塔点水平距离情况重复前述动作，实现前侧线路数据的完整覆盖；向稳定平台发送指令调整姿态到前侧线路段最后一个曝光点(图7中的3点);短焦相机曝光；向稳定平台发送指令锁定模式；无人直升机转弯；无人直升机悬停；向稳定平台发送姿态调整命令复位锁定并启动姿态调整模式。
[0108]整个流程中三维激光扫描仪保持扫描状态，红外热像仪、紫外成像仪保持录像状态。
[0109]拐角小于90度时:
[0110]无人直升机到达任务点后悬停；向稳定平台发送指令调整姿态到后侧线路段第一个曝光点(图8中的I点)；短焦相机曝光；视悬停点与杆塔点水平距离情况重复前述动作，实现后侧线路数据的完整覆盖；向稳定平台发送指令调整姿态到对准杆塔；短焦相机曝光；长焦相机拍摄杆塔，具体步骤同前述的长焦相机拍摄杆塔的步骤；向稳定平台发送指令启动锁定模式；无人直升机转弯；无人直升机悬停；向稳定平台发送姿态调整命令复位锁定并启动姿态调整模式；向稳定平台发送指令调整姿态到前侧线路段第一个曝光点(图8中的2点);短焦相机曝光；视悬停点与杆塔点水平距离情况重复前述动作，实现前侧线路数据的完整覆盖；向稳定平台发送指令调整姿态到前侧线路段最后一个曝光点(图8中的3点)；短焦相机曝光。[0111]整个流程中三维激光扫描仪保持扫描状态，红外热像仪、紫外成像仪保持录像状态。
[0112]任务暂停:
[0113]其中，所述任务暂停阶段的控制步骤包括:
[0114]向稳定平台发送指令启动锁定模式；当无人机飞行至相应的任务点后，向稳定平台发送指令解除锁定模式。
[0115]在整个任务暂停阶段中，保持三维激光扫描仪处于扫描状态，保持红外热像仪、紫外成像仪处于录像状态。
[0116]在任务暂停阶段，无人机从上一个连续任务航行段的最后一个任务点飞离，进入无人机姿态和位置调整，然后进入下一个连续任务航行段第一个任务点。
[0117]在任务暂停阶段，向稳定平台发送指令启动锁定模式；无人直升机飞行至下一个连续任务航行段第一个任务点；向稳定平台发送指令解除锁定模式。
[0118]整个流程中三维激光扫描仪保持扫描状态，红外热像仪、紫外成像仪保持录像状态。
[0119]任务结束:
[0120]其中，所述任务结束阶段的控制步骤包括:
[0121]向稳定平台发送指令启动锁定模式；向三维激光扫描仪发送停止扫描命令，向红外热像仪、紫外成像仪发送停止录像命令。
[0122]在任务结束阶段，无人机从最后一个任务点飞离，飞行至降落点降落。
[0123]在任务结束阶段，向稳定平台发送指令启动锁定模式；向三维激光扫描仪发送停止扫描命令，向红外热像仪、紫外成像仪发送停止录像命令；无人直升机飞行至降落点；无人机降落。
[0124]与一般技术相比，本发明无人机电力线路巡检的协同控制方法，在无人机电力线路巡检的电力线外侧转弯和电力线内侧转弯两个重要阶段，实行了协同控制。除此之外，借助本发明还可以进一步对沿线飞行、任务起始、任务暂停和任务结束四个阶段进行无人机的协同控制。本发明可以对稳定平台、定位定姿系统、三维激光扫描仪、红外成像仪、紫外成像仪、视频录像仪、可见光相机、超声波传感器等进行同步控制并协调多传感器任务的执行和状态监控。用于电力部门输电线路安全巡检的数据采集，实现一次飞行同步获取激光点云、红外视频、紫外视频、光学相片、可见光视频、位置姿态等数据，大大提高输电线巡检效率。
[0125]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种无人机电力线路巡检的协同控制方法，其特征在于，包括在无人机电力线路巡检中的电力线外侧转弯阶段和电力线内侧转弯阶段的控制步骤； 其中，所述电力线外侧转弯阶段的控制步骤包括: 当无人机飞行至预设的悬停地点后，通过短焦相机和长焦相机依次对杆塔进行拍摄； 对杆塔进行拍摄之后，启动无人机稳定平台的锁定模式； 锁定模式启动之后，控制无人机在预设的悬停地点进行转弯； 无人机完成转弯之后，启动无人机稳定平台的姿态调整模式，并控制无人机飞离预设的悬停地点； 其中，所述电力线内侧转弯阶段的控制步骤又包括拐角大于90度和拐角小于90度时的控制步骤: 拐角大于90度时的控制步骤包括: 当无人机飞行至预设的悬停地点后，通过短焦相机在后侧线路段的曝光点进行拍摄； 在后侧线路段的曝光点进行拍摄之后，通过短焦相机和长焦相机依次对杆塔进行拍摄; 对杆塔进行拍摄之后，通过短焦相机在前侧线路段的曝光点进行拍摄； 在前侧线路段的曝光点进行拍摄之后，启动无人`机稳定平台的锁定模式； 锁定模式启动之后，控制无人机在预设的悬停地点进行转弯； 无人机完成转弯之后，启动无人机稳定平台的姿态调整模式，并控制无人机飞离预设的悬停地点； 拐角小于90度时的控制步骤包括: 当无人机飞行至预设的悬停地点后，通过短焦相机在后侧线路段的曝光点进行拍摄； 在后侧线路段的曝光点进行拍摄之后，通过短焦相机和长焦相机依次对杆塔进行拍摄; 对杆塔进行拍摄之后，启动无人机稳定平台的锁定模式； 锁定模式启动之后，控制无人机在预设的悬停地点进行转弯； 无人机完成转弯之后，启动无人机稳定平台的姿态调整模式； 对无人机稳定平台的姿态进行调整，通过短焦相机在前侧线路段的曝光点进行拍摄； 在前侧线路段的曝光点进行拍摄之后，控制无人机飞离预设的悬停地点。
2.根据权利要求1所述的无人机电力线路巡检的协同控制方法，其特征在于，所述电力线外侧转弯阶段和电力线内侧转弯阶段的控制步骤，还包括: 在整个电力线外侧转弯阶段和电力线内侧转弯阶段中，保持三维激光扫描仪处于扫描状态，保持红外热像仪、紫外成像仪处于录像状态。
3.根据权利要求1所述的无人机电力线路巡检的协同控制方法，其特征在于，所述通过短焦相机对杆塔进行拍摄的步骤，包括以下步骤: 向稳定平台发送指令调整姿态，使稳定平台指向杆塔位置； 控制短焦相机进行曝光，对杆塔进行拍摄。
4.根据权利要求1所述的无人机电力线路巡检的协同控制方法，其特征在于，所述通过长焦相机对杆塔进行拍摄的步骤，包括以下步骤: 通过长焦相机分后、中、前三侧对杆塔进行拍摄；其中，每一侧调整俯仰角进行上、中、下三个角度拍摄。
5.根据权利要求1所述的无人机电力线路巡检的协同控制方法，其特征在于，还包括在无人机电力线路巡检中的沿线飞行阶段的控制步骤； 其中，所述沿线飞行阶段的控制步骤包括: 当无人机飞行至预设的曝光点后，向稳定平台发送指令调整姿态； 调整姿态之后，控制短焦相机进行曝光。
6.根据权利要求5所述的无人机电力线路巡检的协同控制方法，其特征在于，所述沿线飞行阶段的控制步骤，还包括: 在整个沿线飞行阶段中，保持三维激光扫描仪处于扫描状态，保持红外热像仪、紫外成像仪处于录像状态。
7.根据权利要求1所述的无人机电力线路巡检的协同控制方法，其特征在于，还包括在无人机电力线路巡检中的任务起始阶段的控制步骤； 其中，所述任务起始阶段的控制步骤包括: 启动无人机中的各个子系统，启动机载控制计算机的主控程序和各传感器控制程序； 初始化搭载稳定平台； 向稳定平台发送指令启动锁定模式； 无人机飞行至任务起始点后，向各个传感器发送连接指令，使其进入连接就绪状态。
8.根据权利要求1所述的无人机电力线路巡检的协同控制方法，其特征在于，还包括在无人机电力线路巡检中的任务暂停阶段的控制步骤； 其中，所述任务暂停阶段的控制步骤包括: 向稳定平台发送指令启动锁定模式； 当无人机飞行至相应的任务点后，向稳定平台发送指令解除锁定模式。
9.根据权利要求8所述的无人机电力线路巡检的协同控制方法，其特征在于，所述任务暂停阶段的控制步骤，还包括: 在整个任务暂停阶段中，保持三维激光扫描仪处于扫描状态，保持红外热像仪、紫外成像仪处于录像状态。
10.根据权利要求1所述的无人机电力线路巡检的协同控制方法，其特征在于，还包括在无人机电力线路巡检中的任务结束阶段的控制步骤； 其中，所述任务结束阶段的控制步骤包括: 向稳定平台发送指令启动锁定模式； 向三维激光扫描仪发送停止扫描命令，向红外热像仪、紫外成像仪发送停止录像命令。
【文档编号】H02G1/02GK103730864SQ201310752586
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】王柯, 刘正军, 彭向阳, 谢小伟, 麦晓明, 蔡艳辉, 王锐, 左志权, 毛先胤 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 中国测绘科学研究院