一种无人机电力巡线系统地图快速规划方法与流程

本发明涉及一种无人机电力巡线系统地图快速规划方法。

背景技术：

近年来，无人机电力巡线方式逐渐取代人工巡线作业方式，利用无人机作为载体，装载可见光照相机、可见光摄像机、红外热像仪以及通讯设备靠近输电线路飞行，悬停检查输电线路杆塔设备，通过拍摄或者录像对杆塔结构、绝缘子等进行详细检查。然而当前无人机巡线所以来的航线地图制作效率和准确率都比较低。

现有技术主要受以下三个问题的影响：一是将供电公司提供的杆塔GIS信息无差错地输入Google Earth软件中；二是巡航点的标定，通过Google Earth软件提供的标尺等功能完成巡航点的标定；三是在地面站软件中，对导入的Google Earth地图四个定位点中心的确定及坐标的输入。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种无人机电力巡线系统地图快速规划方法，该方法实现了对杆塔GIS数据的快速无差错输入Google Earth软件、精确标定巡航点以及地面站所使用的航向文件的生成。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无人机电力巡线系统地图快速规划方法，包括以下步骤：

(1)将杆塔坐标信息和间隔棒距离信息录入表格进行格式化，进行数据的批量导入；

(2)通过设定巡航点的要求条件，根据球面弧长和方位角计算方法，计算得到巡航点位置数据，生成巡航点文件；

(3)使用模板匹配算法，匹配所保存图片的四角定位符，并得到对应位置数据，生成地图和对应文件；

(4)根据巡航点文件、对应文件和杆塔坐标信息，生成地面站所使用的任务文件，进行导航。

所述步骤(1)中，杆塔坐标信息包括经度和纬度、间隔棒距离为间隔棒与杆塔之间的距离。

所述步骤(2)中，巡航点的要求条件为220Kv以下高压线路巡航点应距塔50m、距线30m，220Kv以上超高电压线路巡航点应距塔70m、距线50m。

所述步骤(2)中，球面弧长公式为：

其中，Lat1、Lng1表示A点纬度和经度，Lat2、Lng2表示B点纬度和经度，R为地球半径，单位为公里。

所述方位角公式为：

x＝sin(Lng2-Lng1)*cos(Lat2)

y＝cos(Lat1)*sin(Lat2)-sin(Lat1)*cos(Lat2)*cos(Lng2-Lng1)

A＝atan2(x，y)

Bearing＝MOD(A，360)，其中Lat1、Lng1表示A点纬度和经度，Lat2、Lng2表示B点纬度和经度；a＝Lat1-Lat2为两点纬度之差，b＝Lng1–Lng2为两点经度之差，6378.137为地球半径，单位为公里。

所述步骤(2)中，巡航点位置数据包括巡航点的经度和纬度。

进一步的，巡航点的经纬度：

其中，L为两点之间的距离，R为地球半径，θ为方位角。

所述步骤(3)中，模板匹配算法为OpenCV开源库提供的模板匹配算法，在一幅图像中寻找与另一幅模板图像最匹配部分。

所述步骤(3)中，保存图片的四角定位符为Google Earth软件在地图图片中添加。

本发明的有益效果为：

(1)将杆塔坐标信息和间隔棒距离信息录入表格进行格式化，生成Google Earth软件可以识别并显示的kml文件，该文件可用于描述和保存地理信息，杆塔信息以地标形式保存，这种方式可以明显减少人工工作量，并且大大提高输入效率和准确率；

(2)通过球面弧长公式及方位角公式结合已知的杆塔和间隔棒经纬度坐标计算得到巡航点的准确经纬度，从而快速准确的实现在地图上对巡航点的标注；

(3)本发明可以有效提高无人机巡线系统航线地图的制作效率和准确度。

附图说明

图1是本发明的无人机巡线系统地图快速规划方法总体流程图；

图2是本发明的负荷距法确定最佳接入线路示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明无人机电力巡线系统地图快速规划的方法，包括如下步骤：

(1)GIS数据批量导入：将杆塔坐标信息和间隔棒距离信息录入表格进行格式化，通过软件来实现数据的批量导入；

(2)巡航点自动生成：通过设定巡航点的要求条件，依赖球面弧长公式和方位角公式，计算得到巡航点位置数据；

(3)自动识别定位点：使用模板匹配算法，匹配所保存图片的四角定位符，并得到对应位置数据；

(4)航线文件生成：依赖巡航点kml文件和杆塔信息表格，通过设定相关信息生成地面站所使用的任务文件；

将杆塔坐标信息和间隔棒距离信息录入表格进行格式化，通过软件来实现数据的批量导入生成Google Earth软件可以识别并显示的kml文件，该文件可用于描述和保存地理信息，杆塔信息以地标形式保存。

利用复合标签和单一标签来描述地名标注以及定义每一个点的经度(Longitude)、纬度(Latitude)和高度(Altitude)。

巡检过程中，无人直升机需要在巡航点悬停进行拍照等操作，对于巡航点的选择有一定要求，220Kv以下高压线应距塔50m、距线30m；220Kv以上超高压线路应距塔70m、距线50m。然而依赖Google Earth软件的标尺工具和添加路径来手动标注巡航点及路线误差较大而且效率较低。

我们可以通过球面弧长公式及方位角公式结合已知的杆塔和间隔棒经纬度坐标计算得到巡航点的准确经纬度，从而快速准确的实现在地图上对巡航点的标注。

球面弧长公式如下：

上面的公式解释如下：

Lat1Lng1表示A点纬度和经度，Lat2Lng2表示B点纬度和经度；

a＝Lat1–Lat2为两点纬度之差b＝Lng1–Lng2为两点经度之差；

6378.137为地球半径，单位为公里；

计算出来的结果单位为公里。

方位角公式如下：

定义3个临时变量x,y,A

x＝sin(Lng2-Lng1)*cos(Lat2)

y＝cos(Lat1)*sin(Lat2)-sin(Lat1)

A＝atan2(x，y)

Bearing＝MOD(A，360)

上面的公式解释如下：

Lat1Lng1表示A点纬度和经度，Lat2Lng2表示B点纬度和经度；

atan2这个函数是直角坐标转化成极坐标方法的集合

通过得到的杆塔的经纬度、巡航点距离杆塔距离和方位角可以通过以下公式得到巡航点的经纬度：

同样方法可以得到间隔棒巡航点的经纬度信息，从而生成kml文件完成标注。

进行定位点识别过程中需要依赖OpenCV库中提供的匹配识别算法接口。本文中我们主要使用的就是OpenCV提供的模版匹配算法。模版匹配是一项在一幅图像中寻找与另一幅模版图像最匹配(相似)部分的技术。通过设定对应范围，并在四角分别添加四角定位符。

使用OpenCV函数matchTemplate将上述图像与模版块(四角坐标图像)之间寻找匹配，获得匹配结果图像。然后使用OpenCV函数minMaxLoc在匹配的结果图像矩阵中寻找匹配的四角坐标的位置，得到在图片中对应的坐标。结合kml文件中保存的经纬度信息，生成地面站软件需要的bmp文件和ref文件，即为图片的四角定位符和对应的位置数据。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。