CN111896983B - 一种纠正非rtk多旋翼无人机定位坐标的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纠正非RTK多旋翼无人机定位坐标的方法，通过RTK***测定地面标记的某一基准点的RTK高精度坐标，然后将坐标输入到无人机自动驾驶飞行控制移动应用中，手动将非RTK飞机飞行到基准点上方，通过图传画面确定飞机对准基准点，然后开始进行坐标采样，移动应用会在一定时间内采集飞机当前获取到的定位卫星坐标，经滤波和求取平均值，最后将采样结果与基准点坐标进行对比，得到卫星定位坐标与RTK坐标的差值，使用计算出来的坐标差值将用于导航飞机航点的坐标进行纠正，就可以将飞行飞行的实际轨迹纠正到RTK坐标的位置。本发明的方法纠偏后的非RTK无人机与航线坐标之间的偏差缩小到了0.5米以内，完全可以满足自动驾驶精细作业的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种确定无人机定位坐标的方法，尤其涉及一种纠正非RTK多旋翼无人机定位坐标的方法，属于无人机电力线路作业技术领域。
背景技术
目前，无人机自动驾驶技术已经日趋成熟，正在被越来越多行业使用。
一般情况下，无人机的定位和导航需要依赖定位卫星(GPS/北斗)进行坐标位置数据获取，但是定位卫星的民用频段定位精度通常只有10米级，不能满足高精度定位的使用场景。所以需要使用带RTK差分定位的多旋翼无人机进行高精度的自动驾驶作业，RTK(Real-time kinematic，实时动态载波相位差分)技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标，利用该技术可以使小型多旋翼无人机的定位精度达到分米级(10厘米以内)，可以使用无人机开展精细化巡检、航拍测绘、三维数字建模等对定位精度要求较高的作业，大量运用在测绘、建筑、农业、军事、交通、电力等行业。
尤其是电力行业，目前无人机电力线路精细巡检、电力线路可见光点云采集、无人机树障分析数据采集等作业，都离不开基于RTK技术的无人机。
现有的基于网络RTK差分定位技术的无人机在飞行时会实时接收定位卫星的数据，同时会实时通过网络链路获取RTK基站观测到的定位卫星数据，通过飞机内的RTK解算芯片实时解算出当前飞机的精确坐标，实现将普通定位坐标纠正到高精度坐标的效果。
基于普通定位技术的无人机，定位水平精度只有10米级，垂直偏差甚至有几十米，与航线坐标之间有3-4米左右的偏差，基于RTK差分定位技术的无人机价格较高，平均为普通无人机的3-4倍的价格，对于个人或小微型企业来说是一笔不小的开支，对于电力行业来说，从2020年开始，无人机自动驾驶技术开始在配网域推广，但是实际推广中发现，配网运维人员大多是供电企业基层单位，甚至是乡镇供电所，基本负担不起RTK飞机昂贵的费用。另外，网络RTK无人机在飞行时对遥控器通信链路依赖较大，由于RTK的原理，飞机必须通过遥控器通信链路实时接收来自基站的坐标数据，但是配网线路大多数处于环境复杂的地方，树木、建筑的遮挡，甚至人口密集区域的无线电干扰都会影响飞机和遥控器之间的通讯链路，所以，配网自动驾驶需要让飞机断开遥控器链路，超视距自动作业，这时，过分依赖通讯链路的RTK飞机就无法完成任务，一旦RTK失去连接，飞机可能会偏离既定航线，导致意外发生，如果使用RTK飞机作业，就只能把作业半径限制在一个很小的范围，大大降低了作业效率。
因此，现有的多旋翼无人机定位导航技术存在一定的问题，普通飞机定位精度低，不满足高精度作业要求，RTK无人机成本高、作业范围小，作业效率低，这些因素都增加了无人机自动驾驶技术的应用成本，尤其在电力行业配网域，严重影响了自动驾驶技术的推广和使用，增加了基层供电单位的负担，不利于提高供电可靠性，制约技术的发展。
发明内容
经过调查研究，供电企业在无人机技术推广初期，购置了大量普通非RTK无人机，由于技术的发展迅速和自动驾驶的普及，之前用于手动控制巡检的无人机已经不再适用于基于RTK定位自动驾驶作业的技术，由于政策限制和成本问题，供电企业不可能大量淘汰之前的普通无人机而购买RTK无人机。无人机的飞行本身存在一定的风险，因此，无人机相对于一般工器具而言，其损毁率较高，所以，对于一些小微型企业或者一些乡镇级单位(如供电所等)而言，昂贵的RTK无人机让他们望而却步，不利于自动驾驶技术的推广。
本发明的总体构思是通过RTK***(价格约为一台普通非RTK无人机)测定地面标记的某一基准点的RTK高精度坐标，然后将坐标输入到无人机自动驾驶飞行控制移动应用中，手动非RTK飞机飞行到基准点上方，通过图传画面确定飞机对准基准点，然后开始进行坐标采样，移动应用会在一定时间内采集飞机当前获取到的定位卫星坐标，然后进行滤波，过滤跳跃较大的坐标，然后求取平均值，最后将采样结果与基准点坐标进行对比，得到卫星定位坐标与RTK坐标的差值，在自动驾驶的作业执行前，使用计算出来的坐标差值将用于导航飞机航点的坐标进行纠正，就可以将飞行飞行的实际轨迹纠正到RTK坐标的位置。
具体而言，本发明的一种纠正非RTK多旋翼无人机定位坐标的方法包括以下步骤：
(1)选择开阔无遮挡的空地，标记基准点，将RTK***开机放置于基准点上，待RTK***测定到固定解的精准坐标后，记录基准点的RTK坐标；
(2)将基准点RTK坐标输入自动驾驶移动应用，启动非RTK无人机，手动启飞，将飞机飞到基准点正上方，把镜头调整至垂直向下，利用图传画面里的网格线在镜头画面的交叉点确定中心位置，将镜头中心对准基准点；
(3)待飞机获到多颗卫星后，稳定悬停，开始坐标采样；
(4)采样完成后对采样结果进行坐标过滤处理，去除坐标点中由于采集时的异常情况导致的偏差较大的坐标点，保证结果数据的标准差较小，将剩余的坐标点进行平均值计算，计算出非RTK无人机定位坐标的平均量。
(5)利用测定好的非RTK无人机卫星定位坐标和基准点的RTK精准坐标进行对比，求取偏移差值：
经度偏移量＝卫星获取经度-基准点RTK坐标经度坐标；
纬度偏移量＝卫星获取纬度-基准点RTK坐标纬度坐标。
(6)在进行自动驾驶作业前，利用求取的经纬度偏移量将航线坐标进行纠正：
非RTK无人机导航坐标纬度＝航线纬度-经度偏移量；
非RTK无人机导航坐标经度＝航线经度-经度偏移量；
非RTK无人机导航坐标高度＝航线高程-基准点RTK坐标经度坐标高程；
利用纠正好的坐标控制无人机进行自动驾驶作业，可以使RTK无人机在一个比较准确的位置上飞行作业。
本发明的技术方案的特点有：
(1)空中坐标纠偏
本发明独有的空中采样坐标纠正方法，避免GPS多路径效应(GPS***天线在地面时,除直接收到卫星发射的信号外还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号叠加会使观测量产生误差)产生的定位偏差，使纠偏结果更准确；
(2)采样坐标过滤算法
本发明在空中进行坐标采样时，可能会因为阵风或者飞机抖动时某几个采样数据偏移较大，影响结果数据的平均值，使数据标准差较大，所以采样结束后进行了坐标过滤计算，通过算法将不符合规定的异常数据去除，保证纠偏结果更准确。
本发明的有益技术效果为：
(1)本发明创造了一种纠正非RTK多旋翼无人机定位坐标的方法，利用一个RTK坐标作为基准点，通过在同一位置进行卫星定位坐标数据采样，采样结果处理，差值计算等操作，得到非RTK无人机定位的偏差，最后将无人机自动驾驶的航线坐标利用差值进行处理，就可以控制非RTK无人机完成RTK级定位精度要求的作业任务，经过大量实验测算，纠偏后的非RTK无人机与航线坐标之间的偏差缩小到了0.5米以内，完全可以满足自动驾驶精细作业的要求。
(2)本发明通过经济可行的技术手段与特殊设计的方法，将普通非RTK无人机的定位坐标精度进行纠正，达到精细化作业要求，这样用户只需要购买一台相对便宜的RTK***，再购买大量便宜的普通非RTK无人机，或者直接使用大批存量非RTK无人机就行精细巡检作业，对于电力行业配网域而言，此举大大降低了基层供电单位的运维成本，并且非RTK飞机在飞行时不需要依赖遥控器链路传输数据以纠正坐标，也就是说只需在起飞前通过本发明的方法纠偏后，飞机就可以自主进行断遥控，超视距，大范围的自动驾驶作业。就算考虑无人机损毁的因素，相对便宜的非RTK无人机损毁也是比昂贵的RTK无人机更容易接受的。
附图说明
图1为本发明的纠正非RTK多旋翼无人机定位坐标的方法示意图。
图2为本发明的纠正非RTK多旋翼无人机定位坐标的方法的流程图。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明的一种纠正非RTK多旋翼无人机定位坐标的方法，具体实施时采用以下步骤：
(1)选择开阔无遮挡的空地，标记基准点，将RTK***开机放置于基准点上，待RTK***测定到固定解的精准坐标后，记录基准点的RTK坐标；
(2)将基准点RTK坐标输入自动驾驶移动应用，启动非RTK无人机，手动启飞，将飞机飞到基准点正上方，把镜头调整至垂直向下，利用图传画面里的网格线在镜头画面的交叉点确定中心位置，将镜头中心对准基准点；
(3)待飞机获到12颗以上卫星(越多越好)，稳定悬停后(漂移距离小于0.1米)，开始坐标采样，GPS刷新频率为10Hz，采样10s共100个坐标点；
(4)采样完成后对采样结果进行坐标过滤处理，去除坐标点中由于采集时的异常情况(大风导致晃动或飞机抖动)导致的偏差较大的坐标点，保证结果数据的标准差较小，将剩余的坐标点进行平均值计算，计算出非RTK无人机定位坐标的平均量。
(5)利用测定好的非RTK无人机卫星定位坐标和基准点的RTK精准坐标进行对比，求取偏移差值：
经度偏移量＝卫星获取经度-基准点RTK坐标经度坐标；
纬度偏移量＝卫星获取纬度-基准点RTK坐标纬度坐标。
(6)在进行自动驾驶作业前，利用求取的经纬度偏移量将航线坐标进行纠正：
非RTK无人机导航坐标纬度＝航线纬度-经度偏移量；
非RTK无人机导航坐标经度＝航线经度-经度偏移量；
非RTK无人机导航坐标高度＝航线高程-基准点RTK坐标经度坐标高程；
利用纠正好的坐标控制无人机进行自动驾驶作业，可以使RTK无人机在一个比较准确的位置上飞行作业。
Claims (3)
1.一种纠正非RTK多旋翼无人机定位坐标的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）选择开阔无遮挡的空地，标记基准点，将RTK***开机放置于基准点上，待RTK***测定到固定解的精准坐标后，记录基准点的RTK坐标；
（2）将基准点RTK坐标输入自动驾驶移动应用，启动非RTK无人机，手动启飞，将飞机飞到基准点正上方，把镜头调整至垂直向下，利用图传画面里的网格线在镜头画面的交叉点确定中心位置，将镜头中心对准基准点；
（3）待飞机获到12颗以上卫星，稳定悬停后，开始坐标采样；
（4）采样完成后对采样结果进行坐标过滤处理，去除坐标点中由于采集时的异常情况导致的偏差较大的坐标点，保证结果数据的标准差较小，将剩余的坐标点进行平均值计算，计算出非RTK无人机定位坐标的平均量；
（5）利用测定好的非RTK无人机卫星定位坐标和基准点的RTK精准坐标进行对比，求取偏移差值：
经度偏移量=卫星获取经度-基准点RTK坐标经度坐标
纬度偏移量=卫星获取纬度-基准点RTK坐标纬度坐标；
（6）在进行自动驾驶作业前，利用求取的经纬度偏移量将航线坐标进行纠正：
非RTK无人机导航坐标纬度=航线纬度-经度偏移量
非RTK无人机导航坐标经度=航线经度-经度偏移量
非RTK无人机导航坐标高度=航线高程-基准点RTK坐标经度坐标高程。
2.根据权利要求1所述的纠正非RTK多旋翼无人机定位坐标的方法，其特征在于：
所述稳定悬停后的漂移距离小于0.1米。
3.根据权利要求1或2所述的纠正非RTK多旋翼无人机定位坐标的方法，其特征在于：
所述开始坐标采样按照GPS刷新频率为10Hz，采样10s共采集100个坐标点。
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