基于移动式机巢的无人机巡检方法与流程

本发明涉及无人机领域，尤其涉及基于移动式机巢的无人机巡检方法。

背景技术：

1、无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作，随着无人机技术的快速发展，凭借着体积小、成本低的特点，在军事领域和民用领域，无人机都展现出了巨大的发展潜力。

2、现有技术中，如中国公开号为：cn106125756b，该发明涉及一种无人机及其巡检方法，用于检修电缆，包括：飞控设备箱，呈中空壳体结构；飞行装置，安装于所述飞控设备箱，包括可转动的旋翼；搭接装置，安装于所述飞控设备箱，所述搭接装置包括搭接件，所述搭接件一端设有抵持部，所述搭接件可相对所述飞控设备箱转动，以使所述抵持部抵持并电连接于所述电缆。上述无人机，可通过搭接装置电连接于电缆，从而实现了无人机在巡检过程中与导线实时等电位连接，降低了无人机在带电作业过程中由于与电缆的电位差导致的放电而带来的损坏风险，提高带电作业效率。

3、综上所述，无人机巡检航线规划常通过人工针对现场地形条件与周围建筑物等情况，人为规划无人机飞行航线，这种方式对无人机的航线规划未能达到精细化，对于复杂地形条件下适用性不强，同时无人机在飞行的过程中，会遇到大量的飞行障碍物，有的是通过人为方式控制无人机避开，这种方式比较麻烦，在符合碰撞要求时，无人机无法自动规避，而且无人机在巡检过程中，为了与障碍物保持最安全距离，会进行多次过弯，飞行距离中会出现拐点导致线路重叠，导致无人机的飞行距离过长，耗电量也较高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决基于移动式机巢的无人机巡检方法用于无人机航线规划更加科学高效，减少航线规划过程中，因人为判断失误引起的撞机或坠机事故，无人机无法自动规避障碍物，无人机在飞行的过程中需要频繁的过弯问题。

2、本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：

3、基于移动式机巢的无人机巡检方法，包括以下步骤：

4、s1、无人机进行倾斜摄影，收集复杂环境地形数据，建立实景三维模型；

5、s2、获取巡检道路范围内工程实体的空间坐标，在实景三维模型上提取路面中线的坐标信息；

6、s3、计算无人机巡检高度，控制无人机的飞行高度，用于实现地形与航线的自适应；

7、s4、建立碰撞规避坐标系，无人机自动规避巡检道路范围内工程实体，巡检过程中与障碍物保持安全距离；

8、s5、对无人机的巡检路径进行规划，计算无人机在对障碍物进行过弯最小半径；

9、s6、对无人机过弯优化，消除无人机飞行路径折叠过程。

10、优选地，在步骤s1中，通过在无人机上安装的高精度激光雷达传感器测绘地形，同时获得生成地形的三维地图和距离数据，并且通过配备实时数据传输系统，将采集到的数据传输至地面控制终端，将无人机采集的数据实时转化为建模结果，用于提供地形的实时可视化。

11、优选地，在步骤s1中，利用sketchup建模软件进行场景建模，同时利用特征提取算法进行准确识别，用于建模结果的可靠性和准确性，特征提取算法数学表达式为：式中：f(x，y)表示为特征提取函数，x和y分别为特征目标的坐标，x1和y1分别为特征目标的中心坐标，θ为目标特征的标准差。

12、优选地，在步骤s2中，使用三维建模软件对模型数据进行处理，先进行云数据处理，将点云数据转换几何模型，用三角网格表示，然后通过滤波、去噪操作，清理模型数据，用于后续处理的准确性，最后使用路面高度特征进行分割，将模型中的路面部分与其他物体进行分离，获取空间坐标。

13、优选地，在步骤s3中，无人机巡检实现地形与航线的自适应，包括以下分步骤：

14、s31、对中线坐标的高程坐标值加上无人机巡检高度；

15、s32、生成与路面中线相适应的无人机巡检航线坐标，坐标在平面上与路面中线一致；

16、s33、无人机巡检高程上高于路面高程，数值上为无人机飞行高度。

17、优选地，在步骤s4中，在碰撞规避坐标系中，无人机视为原点，x、y和z轴分别指向无人机前方、左侧和上方，利用碰撞规避条件的公式，检测无人机与障碍物之间是否碰撞关系，符合碰撞要求时，无人机自动规避。

18、优选地，在步骤s4中，碰撞规避条件公式为：式中：d为碰撞区域内的边界值，v为无人机初始飞行速度，v0为安全系数，ht为碰撞风险值，dl无人机与障碍物之间的最小距离，在ht的数值小于0时，表示无人机与障碍物的距离不断接近，会发生碰撞，此时无人机自动规避巡检道路范围内工程实体。

19、优选地，在步骤s5中，无人机在对障碍物进行过弯时，最小过弯半径公式为：式中：mr1为安全飞行距离参考值，δi为无人机过弯角度，δj为无人机飞行角度，rmax表示为无人机最大过弯半径，rmin表示无人机最小过弯半径。

20、优选地，在步骤s6中，消除无人机飞行路径折叠，用于处理无人机在巡检过程中与障碍物保持最安全距离，会进行多次过弯，飞行距离中会出现拐点导致线路重叠。

21、优选地，在步骤s6中，无人机过弯优化公式为：式中：r为处理之后过弯半径，数值取0，dij表示无人机从过弯点i到j的飞行距离。

22、本发明的有益效果是：

23、1、本发明无人机在进行巡检时，可以保证飞行航线与路面之间的相对高度始终保持恒定，避免地形起伏变化对无人机飞行航线的影响，可实现地形与航线的自适应，使无人机航线规划更加科学高效，降低航线规划对操作人员工作经验的依赖，减少航线规划过程中因人为判断失误引起的撞机或坠机事故。

24、2、本发明利用碰撞规避条件的公式，检测无人机与障碍物之间是否碰撞关系，符合碰撞要求时，无人机自动规避，且对无人机的巡检路径进行规划，对无人机过弯优化，消除无人机飞行路径折叠过程，无人机在飞行的过程中不再需要频繁的过弯，降低了巡检时间，提高了飞行速度，飞行折叠度减少，同时也飞行距离大幅度缩短，提升巡检效率。

技术特征：

1.基于移动式机巢的无人机巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于移动式机巢的无人机巡检方法，其特征在于，在步骤s1中，通过在无人机上安装的高精度激光雷达传感器测绘地形，同时获得生成地形的三维地图和距离数据，并且通过配备实时数据传输系统，将采集到的数据传输至地面控制终端，将无人机采集的数据实时转化为建模结果，用于提供地形的实时可视化。

3.根据权利要求1所述的基于移动式机巢的无人机巡检方法，其特征在于，在步骤s1中，利用sketchup建模软件进行场景建模，同时利用特征提取算法进行准确识别，用于建模结果的可靠性和准确性，特征提取算法数学表达式为：式中：f(x，y)表示为特征提取函数，x和y分别为特征目标的坐标，x1和y1分别为特征目标的中心坐标，θ为目标特征的标准差。

4.根据权利要求1所述的基于移动式机巢的无人机巡检方法，其特征在于，在步骤s2中，使用三维建模软件对模型数据进行处理，先进行云数据处理，将点云数据转换几何模型，用三角网格表示，然后通过滤波、去噪操作，清理模型数据，用于后续处理的准确性，最后使用路面高度特征进行分割，将模型中的路面部分与其他物体进行分离，获取空间坐标。

5.根据权利要求1所述的基于移动式机巢的无人机巡检方法，其特征在于，在步骤s3中，无人机巡检实现地形与航线的自适应，包括以下分步骤：

6.根据权利要求1所述的基于移动式机巢的无人机巡检方法，其特征在于，在步骤s4中，在碰撞规避坐标系中，无人机视为原点，x、y和z轴分别指向无人机前方、左侧和上方，利用碰撞规避条件的公式，检测无人机与障碍物之间是否碰撞关系，符合碰撞要求时，无人机自动规避。

7.根据权利要求1所述的基于移动式机巢的无人机巡检方法，其特征在于，在步骤s4中，碰撞规避条件公式为：式中：d为碰撞区域内的边界值，v为无人机初始飞行速度，v0为安全系数，ht为碰撞风险值，dl无人机与障碍物之间的最小距离，在ht的数值小于0时，表示无人机与障碍物的距离不断接近，会发生碰撞，此时无人机自动规避巡检道路范围内工程实体。

8.根据权利要求1所述的基于移动式机巢的无人机巡检方法，其特征在于，在步骤s5中，无人机在对障碍物进行过弯时，最小过弯半径公式为：式中：mr1为安全飞行距离参考值，δi为无人机过弯角度，δj为无人机飞行角度，rmax表示为无人机最大过弯半径，rmin表示无人机最小过弯半径。

9.根据权利要求1所述的基于移动式机巢的无人机巡检方法，其特征在于，在步骤s6中，消除无人机飞行路径折叠，用于处理无人机在巡检过程中与障碍物保持最安全距离，会进行多次过弯，飞行距离中会出现拐点导致线路重叠。

10.根据权利要求9所述的基于移动式机巢的无人机巡检方法，其特征在于，在步骤s6中，无人机过弯优化公式为：式中：r为处理之后过弯半径，数值取0，dij表示无人机从过弯点i到j的飞行距离。

技术总结
本发明公开了基于移动式机巢的无人机巡检方法，涉及无人机领域，本发明无人机在进行巡检时，可以保证飞行航线与路面之间的相对高度始终保持恒定，避免地形起伏变化对无人机飞行航线的影响，可实现地形与航线的自适应，使无人机航线规划更加科学高效，降低航线规划对操作人员工作经验的依赖，减少航线规划过程中因人为判断失误引起的撞机或坠机事故，同时利用碰撞规避条件的公式，检测无人机与障碍物之间是否碰撞关系，符合碰撞要求时，无人机自动规避，且对无人机的巡检路径进行规划，对无人机过弯优化，消除无人机飞行路径折叠过程，无人机在飞行的过程中不再需要频繁的过弯，降低了巡检时间，提高了飞行速度。

技术研发人员：骆俊晖,龙夏毅,畅振超,陈德强,韦凯,莫鹏
受保护的技术使用者：广西北投交通养护科技集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17