一种无人机航线生成方法及装置与流程

本发明涉及无人机的航线处理技术领域，特别是指一种无人机航线生成方法及装置。

背景技术：

目前输电线路巡检工作已经全面向无人机巡检推进，但是输电线路环境复杂，场景较多，仅依靠飞手进行视觉范围内的飞行已经不能满足实际生产需求，并且恶劣的环境对飞手来说是一种挑战，而且通过飞手操作无人机的方式，十分依靠飞手的熟练程度，并且无人机价格偏高，很容易出现新手不敢操作的情况，工作强度大、时效性差的问题也是输电线路巡检存在的问题。

目前巡检工作已经开始从人工方式向自主巡检方式探索，常用的自主巡检主要是基于事先进行的航线规划，基于高精度的rtk技术，进而利用规划好的航线进行高精度的自动飞行。在这个过程中航线规划是进行自主巡检的重要前提，目前常用的航线规划方式主要有两种：一、根据三维点云进行人工手动刺点，在三维点云上确定无人机悬停位置、无人机云台角度等，并将三维刺点结果记录到数据库进行保存，当进行飞行时按照飞行杆塔从数据库中抽取出来形成一条航线，下发到无人机进行飞行；二、熟练的飞手按照巡检要求，对杆塔进行巡检，并拍照记录下拍照点位和调整的云台角度，记录到数据库中进行保存，在下一次飞行作业时根据巡检的杆塔号，从数据库中抽取相应的航点生成航线，进行自主飞行。

以上两种自主巡检方式都离不开人工操作，要么需要工作人员手动刺点，每基杆塔的每个点位都要人手动记录下来，要么需要飞手去现场进行飞行作业记录下航点来，这样工作量大，效率低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种无人机航线规划方法及装置。利用基础的杆塔模型进行航点推算，减少了航点刺点工作的工作强度，节省刺点的工作时间，满足存在三维点云和不存在三维点云的情况。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明一种无人机航线生成方法，所述方法包括：

从基础杆塔模型库中，获取目标杆塔的三维点云；

根据所述目标杆塔的三维点云，获得所述目标杆塔的航点；

根据至少一个目标杆塔的航点，生成航线。

可选的，所述基础杆塔模型库通过以下过程形成：

建立基础杆塔的三维点云模型；

根据所述三维点云模型，对杆塔进行刺点操作，得到所述基础杆塔的航点记录；

将所述航点记录保存至所述基础杆塔模型库。

可选的，根据所述三维点云模型，对杆塔进行刺点操作，得到所述基础杆塔的航点记录，包括：

从所述三维点云模型中，获得一确定类型的基础杆塔；

对所述类型的基础杆塔，标记无人机悬停点的经度纬度和高度、无人机的基本朝向和悬停点以及无人机在悬停点的拍摄部件类型，得到所述类型的基础杆塔的航点记录。

可选的，从基础杆塔模型库中，获取目标杆塔的三维点云，包括：

若所述目标杆塔在所述基础杆塔模型库中存在，获取目标杆塔的三维点云；若所述目标杆塔在所述基础杆塔模型库中不存在，对所述目标杆塔进行刺点操作，得到所述目标杆塔的航点记录，将所述目标杆塔的航点记录保存至所述基础杆塔模型库中，从所述基础杆塔模型库中获取目标杆塔的三维点云。

可选的，根据所述目标杆塔的三维点云，获得所述目标杆塔的航点，包括：

根据所述目标杆塔的三维点云，获得所述目标杆塔的参数；

根据所述目标杆塔的参数，获得所述目标杆塔的航点。

可选的，所述目标杆塔的参数包括：目标杆塔的中心点坐标以及与目标杆塔与正东方向的夹角。

可选的，根据所述目标杆塔的参数，获得所述目标杆塔的航点，包括：

根据所述目标杆塔的中心点坐标，进行坐标线性变换处理，获得目标杆塔的组件点坐标；

根据所述目标杆塔的组件点坐标以及目标杆塔的偏航角、俯仰角和安全距离，获得所述目标杆塔的航点。

可选的，根据所述目标杆塔的组件点坐标以及目标杆塔的偏航角、俯仰角和安全距离，获得所述目标杆塔的航点，包括：

利用公式：获得所述目标杆塔的航点坐标；

根据所述目标杆塔的航点坐标、偏航角以及俯仰角，确定所述目标杆塔的航点；

其中，x航点是航点的x轴上的坐标值；y航点是航点的y轴上的坐标值；x组件点是组件点的x轴上的坐标值；y组件点是组件点的y轴上的坐标值；m是一预设的无人机与目标杆塔组件点之间的安全距离；所述航点包括[航点坐标，偏航角，俯仰角]。

本发明提供一种无人机航线生成装置，包括：

获取模块，用于从基础杆塔模型库中，获取目标杆塔的三维点云；

处理模块，用于根据所述目标杆塔的三维点云，获得所述目标杆塔的航点；

生成模块，用于根据至少一个目标杆塔的航点，生成航线。

本发明一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质存储有处理器可执行指令，所述处理器可执行指令用于使所述处理器执行上述的方法。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

本发明的上述方案，通过从基础杆塔模型库中，获取目标杆塔的三维点云；根据所述目标杆塔的三维点云，获得所述目标杆塔的航点；根据至少一个目标杆塔的航点，生成航线。本发明利用基础的杆塔模型进行航点推算，减少了航点刺点工作的工作强度，节省刺点的工作时间，满足存在三维点云和不存在三维点云的情况。

附图说明

图1是本发明实施例的无人机航线生成方法的流程示意图；

图2是本发明实施例的无人机航线生成方法中建立基础杆塔模型库的流程示意图；

图3是本发明实施例的无人机航线生成方法中倾斜摄影的规则示意图；

图4是本发明实施例的无人机航线生成方法中判断目标杆塔类型的流程示意图；

图5是本发明实施例的无人机航线生成方法中航点推算算法的流程示意图；

图6是本发明实施例的无人机航线生成方法中偏航角的示意图；

图7是本发明实施例的无人机航线生成方法中俯仰角的示意图；

图8是本发明实施例的无人机航线生成方法中安全距离的示意图；

图9是本发明实施例的无人机航线生成装置的模块示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明的实施例提出一种无人机航线生成方法，所述方法包括：

步骤11，从基础杆塔模型库中，获取目标杆塔的三维点云；

步骤12，根据所述目标杆塔的三维点云，获得所述目标杆塔的航点；

步骤13，根据至少一个目标杆塔的航点，生成航线。

本实施例中，基础杆塔模型库包括了预先对确定类型的基础杆塔进行刺点操作后得到的航点记录信息，通过从基础杆塔模型库中获取目标杆塔的三维点云，对三维点云进行取点操作，记录下所需参数，利用参数进行航点推算，最终得到目标杆塔的航点，得到至少一个目标杆塔的航点，直至生成一条完整的航线。本发明的实施例利用基础的杆塔模型进行航点推算，减少了航点刺点工作的工作强度，节省刺点的工作时间，满足存在三维点云和不存在三维点云的情况。

本发明一可选的实施例中，步骤11中，所述基础杆塔模型库通过以下过程形成：

步骤111，建立基础杆塔的三维点云模型；

步骤112，根据所述三维点云模型，对杆塔进行刺点操作，得到所述基础杆塔的航点记录；

步骤113，将所述航点记录保存至所述基础杆塔模型库。

本实施例中，如图2所示，步骤111可以包括：对基础杆塔通过倾斜摄影或者激光雷达的方式建立三维点云模型；其中，倾斜摄影与常见的垂直角度摄像不同，如图3所示，其拍照的规则是通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，能从多个角度观察被拍摄物的实际情况；

步骤112，具体可以包括：

从所述三维点云模型中，获得一确定类型的基础杆塔；

对所述类型的基础杆塔，标记无人机悬停点的经度纬度和高度、无人机的基本朝向和悬停点以及无人机在悬停点的拍摄部件类型，得到所述类型的基础杆塔的航点记录。

该实施例先进行挑选基础杆塔类型，然后利用航线规划软件对杆塔进行人工刺点，其具体刺点内容包括：无人机悬停点的经度纬度和高度，无人机的基本朝向和悬停点以及无人机在悬停点的主要拍摄部件类型，并按照基础杆塔的顺序进行排序；

步骤113，根据人工刺点得到的信息，对基础杆塔建立航点记录，并将航点记录结果保存到基础模型库中。

本发明一可选的实施例中，步骤11中，从基础杆塔模型库中，获取目标杆塔的三维点云，包括：

步骤114，若所述目标杆塔在所述基础杆塔模型库中存在，获取目标杆塔的三维点云；

若所述目标杆塔在所述基础杆塔模型库中不存在，对所述目标杆塔进行刺点操作，得到所述目标杆塔的航点记录，将所述目标杆塔的航点记录保存至所述基础杆塔模型库中，从所述基础杆塔模型库中获取目标杆塔的三维点云。

本实施例，从已建立的基础杆塔模型库获取目标杆塔的三维点云，如图4所示，首先对目标杆塔判断是否已经在基础模型库中存在，如果存在则从基础杆塔模型库中获取三维点云；如果不存在则对该目标杆塔进行人工刺点并记录该杆塔类型到基础模型库中，再从基础杆塔模型库中获取三维点云。

本发明一可选的实施例中，步骤12中，可以包括：

步骤121，根据所述目标杆塔的三维点云，获得所述目标杆塔的参数；

步骤122，根据所述目标杆塔的参数，获得所述目标杆塔的航点。

本实例中，步骤121中获得所述目标杆塔的参数有两种方式：

方式一：若目标杆塔已经存在三维点云，则在三维点云上进行取点操作，记录下该杆塔的参数；

方式二：若该杆塔没有三维点云，则用无人机飞到杆塔正上方，记录下目标杆塔的参数。

所述目标杆塔的参数包括：目标杆塔的中心点坐标以及与目标杆塔与正东方向的夹角。其中，目标杆塔的中心点坐标包括目标杆塔的经度、纬度、高度。

本发明一可选的实施例中，步骤122中，是对得到参数的目标杆塔，用航点推算算法进行推算处理，最终生成该杆塔的航点，具体包括：

步骤1221，根据所述目标杆塔的中心点坐标，进行坐标线性变换处理，获得目标杆塔的组件点坐标；

步骤1222，根据所述目标杆塔的组件点坐标以及目标杆塔的偏航角、俯仰角和安全距离，获得所述目标杆塔的航点。

本实施例中，步骤1221是根据得到的目标杆塔的中心点坐标进行坐标线性变换处理，其坐标线性变换具体包括坐标旋转、坐标伸缩变换、坐标平移，得到目标杆塔的组件点坐标。

本发明一可选的实施例中，步骤1222是根据目标杆塔的组件点坐标以及预设偏航角、俯仰角和安全距离经公式计算变换等处理，最终得到航点坐标。具体包括：

利用公式：获得所述目标杆塔的航点坐标；

根据所述目标杆塔的航点坐标、偏航角以及俯仰角，确定所述目标杆塔的航点；

其中，x航点是航点的x轴上的坐标值；y航点是航点的y轴上的坐标值；x组件点是组件点的x轴上的坐标值；y组件点是组件点的y轴上的坐标值；m是一预设的无人机与目标杆塔组件点之间的安全距离；所述航点包括[航点坐标，偏航角，俯仰角]。

如图5所示，进行航点推算先对目标杆塔判断是否有三维点云，如果没有则进行现场飞行作业记录所需的参数，如果有则基于三维点云，记录目标杆塔的参数，再基于基础杆塔模型库利用航点推算算法进行航点推算，对其他杆塔继续进行同样的处理，直到生成一条完整的航线。

其中，需要说明的是航点推算的基本原理：无论是建立航线库所用基础杆塔还是推算目标杆塔，都需要该杆塔的中心点坐标，包括经度、纬度和高度。该坐标既可以通过在点云中获取，也可以通过用无人机实地定位获取。利用大地坐标系下的坐标线性变换，即可对同类型杆塔的部件坐标和航点坐标做平移、旋转和伸缩，从而套用在目标杆塔上，再将大地坐标系转为经纬度，即可获得目标杆塔的航线。

一个具体的实施例中，目标杆塔的类型为直线塔，其航点的获取步骤如下：

步骤s1，通过基础杆塔模型库所用基础杆塔的左右两侧地线坐标来计算出该杆塔在大地坐标系下的方向角，即以拍照时左侧机头方向为准，与x轴正方向(东方)的夹角；

步骤s2，通过推算目标线路的两相邻杆塔的中心点坐标计算目标杆塔的方向角，即以拍照时左侧机头方向为准，与x轴正方向(东方)的夹角；

步骤s3，将基础杆塔模型库中原组件点平移至目标杆塔处，并根据目标杆塔的高度差调整高度；

步骤s4，根据基础杆塔与目标杆塔的方向角绕目标杆塔中心点坐标旋转，其变换公式为：

步骤s5，对大地坐标系做旋转，使坐标轴平行于目标杆塔方向，其变换公式为：

步骤s6，对组件点做伸缩变换，其变换公式为：

其中，该倍数可通过基础杆塔与目标杆塔的横担的长宽获取；

步骤s7，将伸缩变换后的组件点的坐标系再恢复到大地坐标系的方向，其变换公式为：

步骤s8，再根据设定的安全距离m，计算得到航点坐标最终生成的航点坐标，其计算公式为：

步骤s9，最终航点组成包括[航点坐标、偏航角、俯仰角]。

如图6所示，偏航角是无人机机头方向与正北方向的夹角；如图7所示，俯仰角是云台与水平方向的夹角；如图8所示，安全距离是无人机与杆塔组件点的距离，其具体数值会依据经验值进行确定，按照线路电压等级会有不同的设定，比如500kv优选的设定为10米距离。

完成上述步骤，即可获取推算后的目标杆塔的组件点坐标，通过该组件点坐标与根据设定的偏航角、俯仰角和安全距离计算得到航点坐标，这样可以保证对推算的航点手动设置参数、调整位置的功能。

需要说明的是，上述的方式是生成一个目标杆塔的航点方式，生成无人机的航线需要至少一个杆塔的航点，直到生成一条完整的航线。

本发明的实施例对已经存在点云的杆塔，可以从杆塔模型库中进行比对，从而生成相应的航点和航线，相比较于人工针对点云进行刺点的方式，可以更快速的生成航线；对于不存在点云的杆塔，可以通过打一个航点，记录下杆塔的经度、纬度、高度和杆塔与正东方的偏转角度后，就能根据现有的基础模型库进行航点规划，生成相应的航点和航线。减少了航点刺点工作的工作强度，节省刺点的工作时间，满足存在三维点云和不存在三维点云的情况。

如图9所示，本发明的实施例还提供一种无人机航线生成装置90，装置90包括：

获取模块91，用于从基础杆塔模型库中，获取目标杆塔的三维点云；

处理模块92，用于根据所述目标杆塔的三维点云，获得所述目标杆塔的航点；

生成模块93，用于根据至少一个目标杆塔的航点，生成航线。

可选的，所述基础杆塔模型库通过以下过程形成：

建立基础杆塔的三维点云模型；

根据所述三维点云模型，对杆塔进行刺点操作，得到所述基础杆塔的航点记录；

将所述航点记录保存至所述基础杆塔模型库。

可选的，根据所述三维点云模型，对杆塔进行刺点操作，得到所述基础杆塔的航点记录，包括：

从所述三维点云模型中，获得一确定类型的基础杆塔；

对所述类型的基础杆塔，标记无人机悬停点的经度纬度和高度、无人机的基本朝向和悬停点以及无人机在悬停点的拍摄部件类型，得到所述类型的基础杆塔的航点记录。

可选的，从基础杆塔模型库中，获取目标杆塔的三维点云，包括：

若所述目标杆塔在所述基础杆塔模型库中存在，获取目标杆塔的三维点云；若所述目标杆塔在所述基础杆塔模型库中不存在，对所述目标杆塔进行刺点操作，得到所述目标杆塔的航点记录，将所述目标杆塔的航点记录保存至所述基础杆塔模型库中，从所述基础杆塔模型库中获取目标杆塔的三维点云。

可选的，根据所述目标杆塔的三维点云，获得所述目标杆塔的航点，包括：

根据所述目标杆塔的三维点云，获得所述目标杆塔的参数；

根据所述目标杆塔的参数，获得所述目标杆塔的航点。

可选的，所述目标杆塔的参数包括：目标杆塔的中心点坐标以及与目标杆塔与正东方向的夹角。

可选的，根据所述目标杆塔的参数，获得所述目标杆塔的航点，包括：

根据所述目标杆塔的中心点坐标，进行坐标线性变换处理，获得目标杆塔的组件点坐标；

根据所述目标杆塔的组件点坐标以及目标杆塔的偏航角、俯仰角和安全距离，获得所述目标杆塔的航点。

可选的，根据所述目标杆塔的组件点坐标以及目标杆塔的偏航角、俯仰角和安全距离，获得所述目标杆塔的航点，包括：

利用公式：获得所述目标杆塔的航点坐标；

根据所述目标杆塔的航点坐标、偏航角以及俯仰角，确定所述目标杆塔的航点；

其中，x航点是航点的x轴上的坐标值；y航点是航点的y轴上的坐标值；x组件点是组件点的x轴上的坐标值；y组件点是组件点的y轴上的坐标值；m是一预设的无人机与目标杆塔组件点之间的安全距离；所述航点包括[航点坐标，偏航角，俯仰角]。

需要说明的是，该装置是与上述方法对应的装置，上述方法中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。

本发明的实施例还提供一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质存储有处理器可执行指令，所述处理器可执行指令用于使所述处理器执行如上所述的方法。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，需要指出的是，在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行，某些步骤可以并行或彼此独立地执行。对本领域的普通技术人员而言，能够理解本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算装置(包括处理器、存储介质等)或者计算装置的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在阅读了本发明的说明的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的。

因此，本发明的目的还可以通过在任何计算装置上运行一个程序或者一组程序来实现。所述计算装置可以是公知的通用装置。因此，本发明的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者装置的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本发明，并且存储有这样的程序产品的存储介质也构成本发明。显然，所述存储介质可以是任何公知的存储介质或者将来所开发出来的任何存储介质。还需要指出的是，在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。