CN112230676A - 一种无人机飞行航线矫正***、方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种无人机飞行航线矫正***、方法及相关装置，***包括：定位模块用于实时获取无人机的位置信息，得到无人机三维坐标；激光雷达用于测量无人机与输电线路的相对距离；数据处理模块用于根据无人机三维坐标和相对距离计算无人机与输电线路的相对夹角；在相对距离超出预置距离范围时，触发控制模块进行航线矫正；控制模块，用于实时显示无人机状态信息，并在无人机偏离航线且超出预置距离范围时，根据相对距离和相对夹角矫正无人机的飞行航线，或者提示操作人员进行手动航线矫正。解决了现有无人机在巡检过程中受电磁场影响无法实现精准飞行，导致无人机巡检效率降低，巡检结果较差，且风险较高的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及无人机巡检技术领域，尤其涉及一种无人机飞行航线矫正***、方法及相关装置。
背景技术
随着航空工业的不断发展，等级高、距离长、变电容量大、特高压、高安全输电线路愈来愈多，分布点多且广，从而导致巡视难度增大，要求变高。无人机开始广泛运用于电力杆塔巡检，无人机巡视工作也趋于频繁，基于无人机电力线路巡检的技术应用较为普遍。
无人机在巡检时，高压电力可能会产生复杂又强大的电磁场，电磁场会干扰无人机内部指南针，导致无人机无法判断当前位置和飞行方向，影响无人机的信号获取和定位精度，使得无人机无法正常的导航和巡检，继而降低无人机工作效率，获取的巡检结果较差，且无人机损坏风险较高。
发明内容
本申请提供了一种无人机飞行航线矫正***、方法及相关装置，用于解决现有无人机在巡检过程中受电磁场影响无法实现精准飞行，导致无人机巡检效率降低，巡检结果较差，且风险较高的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种无人机飞行航线矫正***，包括：定位模块、激光雷达、数据处理模块和控制模块；
所述定位模块，用于通过RTK双天线实时获取无人机的位置信息，得到无人机三维坐标；
所述激光雷达，用于向输电线路发射探测光束测量无人机与所述输电线路的相对距离；
所述数据处理模块，用于根据所述无人机三维坐标和所述相对距离计算无人机与所述输电线路的相对夹角；在所述相对距离超出预置距离范围时，触发所述控制模块进行航线矫正；
所述控制模块，用于实时显示无人机状态信息，控制所述定位模块、激光雷达和所述数据处理模块，并在无人机偏离航线且超出所述预置距离范围时，根据所述相对距离和所述相对夹角矫正无人机的飞行航线，或者提示操作人员进行手动航线矫正，所述无人机状态信息包括所述无人机三维坐标和所述相对距离。
可选的，所述数据处理模块具体用于：
根据所述无人机三维坐标和所述相对距离计算所述输电线路的当前检测点三维坐标；
根据所述无人机三维坐标和所述当前检测点三维坐标构建极坐标系；
根据所述相对距离和所述极坐标系求取无人机与所述输电线路之间的相对夹角；
在所述相对距离大于最大距离值时，触发所述控制模块进行自动航线矫正；
在所述相对距离小于最小距离值时，触发所述控制模块提示操作人员进行手动航线矫正，所述预置距离范围包括所述最大距离值和所述最小距离值。
可选的，还包括：距离设置模块；
所述距离设置模块，用于获取所述输电线路两端杆塔的杆塔坐标，根据所述杆塔坐标确定所述输电线路的位置，根据所述输电线路的位置设置所述预置距离范围。
本申请第二方面提供了一种无人机飞行航线矫正方法，包括：
实时获取无人机的位置信息，得到无人机三维坐标；
通过向输电线路发射探测光束测量无人机与所述输电线路的相对距离；
根据所述无人机三维坐标和所述相对距离计算无人机与所述输电线路的相对夹角；
在所述相对距离超出预置距离范围时，根据所述相对距离和所述相对夹角矫正无人机的飞行航线。
可选的，所述根据所述无人机三维坐标和所述相对距离计算无人机与所述输电线路的相对夹角，包括：
根据所述无人机三维坐标和所述相对距离计算所述输电线路的当前检测点三维坐标；
根据所述无人机三维坐标和所述当前检测点三维坐标构建极坐标系；
根据所述相对距离和所述极坐标系求取无人机与所述输电线路之间的相对夹角。
可选的，所述在所述相对距离超出预置距离范围时，根据所述相对距离和所述相对夹角矫正无人机的飞行航线，包括：
在所述相对距离大于最大距离值时，根据所述相对距离和所述相对夹角进行自动航线矫正；
在所述相对距离小于最小距离值时，根据所述相对距离和所述相对夹角提示操作人员进行手动航线矫正，所述预置距离范围包括所述最大距离值和所述最小距离值。
可选的，所述在所述相对距离超出预置距离范围时，根据所述相对距离和所述相对夹角矫正无人机的飞行航线，包括：
在所述相对距离大于最大距离值时，根据所述相对距离和所述相对夹角进行自动航线矫正；
在所述相对距离小于最小距离值时，根据所述相对距离和所述相对夹角提示操作人员进行手动航线矫正，所述预置距离范围包括所述最大距离值和所述最小距离值。
本申请第三方面提供了一种无人机飞行航线矫正设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第二方面所述的无人机飞行航线矫正方法。
本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第二方面所述的无人机飞行航线矫正方法。
本申请第五方面提供了一种包括指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行第二方面所述的无人机飞行航线矫正方法。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中，提供了一种无人机飞行航线矫正***，包括：定位模块，用于通过RTK双天线实时获取无人机的位置信息，得到无人机三维坐标；激光雷达，用于向输电线路发射探测光束测量无人机与输电线路的相对距离；数据处理模块，用于根据无人机三维坐标和相对距离计算无人机与输电线路的相对夹角；在相对距离超出预置距离范围时，触发控制模块进行航线矫正；控制模块，用于实时显示无人机状态信息，控制定位模块、激光雷达和数据处理模块，并在无人机偏离航线且超出预置距离范围时，根据相对距离和相对夹角矫正无人机的飞行航线，或者提示操作人员进行手动航线矫正，无人机状态信息包括无人机三维坐标和相对距离。
本申请提供的无人机飞行航线矫正***，通过实时定位和测量的方法监测无人机的飞行状态，根据无人机与输电线路之间的相对距离判定无人机是否出现偏差，如果出现偏差，则根据相对距离和相对夹角矫正无人机的飞行航线，就可以将无人机拉回安全范围内，完成巡检任务，在预置距离范围内巡检得到的巡检结果也更加可靠，且无人机不存在撞击风险。因此，本申请能够解决现有无人机在巡检过程中受电磁场影响无法实现精准飞行，导致无人机巡检效率降低，巡检结果较差，且风险较高的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种无人机飞行航线矫正***的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种无人机飞行航线矫正方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的可完成航线矫正的无人机结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种无人机飞行航线矫正***的实施例，包括：定位模块101、激光雷达102、数据处理模块103和控制模块104。
定位模块101，用于通过RTK双天线实时获取无人机的位置信息，得到无人机三维坐标。
需要说明的是，由于无人机飞行过程中容易受到电磁场的影响，所以在无人机定位上采用RTK双天线，当其中一套天线出现异常时，***立即切换另一套天线，这在一定程度上可以缓解高压电线带来的强电磁干扰，从而确保无人机飞行定位更加精准。定位模块首先获取到的是无人机的经纬度信息，经纬度信息是绝对坐标信息，因此，还需要根据无人机的经纬度信息进行坐标转换，得到地理意义上的无人机三维坐标。定位模块可以设置在无人机机身顶部内，便于接收信号。
激光雷达102，用于向输电线路发射探测光束测量无人机与输电线路的相对距离。
需要说明的是，本实施例中的激光雷达为单线激光雷达，挂载在无人机平台上，可以实现360°全方位扫描，实现无死角测量，但本实施例中主要针对输电线路进行测量。激光雷达的工作过程是：首先向被测目标发射一束激光，然后测量反射或散射信号到达发射机的时间、信号强弱程度和频率变化等参数，从而确定被测目标的距离；本实施例中为了实时监测无人机的飞行状态，需要不间断地发出激光，然后进行相对距离测量。
数据处理模块103，用于根据无人机三维坐标和相对距离计算无人机与输电线路的相对夹角；在相对距离超出预置距离范围时，触发控制模块进行航线矫正。
需要说明的是，相对距离可以直接判断出无人机是否偏离航线，但是后续的矫正却需要更加准确的偏离信息，因此，还需要根据无人机三维坐标和相对距离计算无人机与输电线路的相对夹角，换言之，求得了相对夹角，那么矫正过程中就不仅仅是矫正无人机的距离，还有航向角。预置距离范围可以是一个由最大距离和最小距离构成的可调整范围，可以认为无人机安全范围内的波动不会产生较大的影响，不需要进行矫正，也较少了矫正次数，提高了无人机的巡检工作效率。一旦无人机超出阈值距离范围，就会影响无人机的飞行和巡检工作，所以，不论是超出最大距离还是超出最小距离范围，都属于需要矫正的情况。数据处理模块主要就是数据的处理和计算，以及无人机飞行的状态判断。
控制模块104，用于实时显示无人机状态信息，控制定位模块、激光雷达和数据处理模块，并在无人机偏离航线且超出预置距离范围时，根据相对距离和相对夹角矫正无人机的飞行航线，或者提示操作人员进行手动航线矫正，无人机状态信息包括无人机三维坐标和相对距离。
需要说明的是，控制定位模块和激光雷达主要是实现实时监测，控制数据处理模块是为了完成数据的处理、计算和判断等任务；***中由控制模块进行指令控制和调整，实现***的合理运行。最主要的控制是针对无人机，在无人机出现偏差，且超出预置距离范围外时，就需要根据已经获得的相对距离和相对夹角对无人机进行航线矫正，将无人机拉回航线范围内。请参阅图3，图3为一种可进行航线矫正的无人机的结构示意图，矫正***应用于无人机巡检中，并不会影响无人机正常功能。
进一步地，具体的判断矫正过程为：根据无人机三维坐标和相对距离计算输电线路的当前检测点三维坐标；根据无人机三维坐标和当前检测点三维坐标构建极坐标系；根据相对距离和极坐标系求取无人机与输电线路之间的相对夹角；在相对距离大于最大距离值时，触发控制模块进行自动航线矫正；在相对距离小于最小距离值时，触发控制模块提示操作人员进行手动航线矫正，预置距离范围包括最大距离值和最小距离值。
需要说明的是，相对距离是直接根据激光雷达测量得到的，但是夹角需要进行分析计算；当前检测点在输电线路上且与无人机的位置相对应，是无人机当前正在检测的位置点；当相对距离大于最大距离值时，说明无人机是往输电线路的外侧偏离，不一定是电磁场影响的偏离，即使是磁场影响，其影响力也会因距离变长而减弱，可以直接根据相对距离和相对夹角进行自动调整即可；当相对距离小于最小距离值时，说明无人机受到了高压线路的强电磁干扰，将无人机拉离了安全飞行距离范围，此时可以根据相对距离和相对夹角实现无人机航线矫正，但是在偏离较为严重时，无人机无法自控，所以这种情况下，为了避免无人机因过度偏离撞上输电线路，需要控制模块提示操作人员直接将无人机拉回安全距离范围内。
进一步地，距离设置模块105，用于获取输电线路两端杆塔的杆塔坐标，根据杆塔坐标确定输电线路的位置，根据输电线路的位置设置预置距离范围。
需要说明的是，通过确定两个杆塔的坐标确定一条与输电线路近似的直线，进而将该直线位置作为输电线路的位置，以输电线路的长短以及位置作为参考，设置距离范围，该距离范围可以确保无人机准确获取线路数据的同时，不会受高压导线的强电磁干扰，或者说干扰足够小，不足以引起飞行轨迹偏离。预置距离范围可以是一个确定的值，也可以是一个动态的范围，如果是前者，飞行要求较高，一旦偏离就需要进行矫正；后者更符合实际应用情况。
本申请实施例提供的无人机飞行航线矫正***，通过实时定位和测量的方法监测无人机的飞行状态，根据无人机与输电线路之间的相对距离判定无人机是否出现偏差，如果出现偏差，则根据相对距离和相对夹角矫正无人机的飞行航线，就可以将无人机拉回安全范围内，完成巡检任务，在预置距离范围内巡检得到的巡检结果也更加可靠，且无人机不存在撞击风险。因此，本申请实施例能够解决现有无人机在巡检过程中受电磁场影响无法实现精准飞行，导致无人机巡检效率降低，巡检结果较差，且风险较高的技术问题。
为了便于理解，请参阅图2，本申请提供了一种无人机飞行航线矫正方法的实施例，包括：
步骤201、实时获取无人机的位置信息，得到无人机三维坐标；
步骤202、通过向输电线路发射探测光束测量无人机与输电线路的相对距离；
步骤203、根据无人机三维坐标和相对距离计算无人机与输电线路的相对夹角；
步骤204、在相对距离超出预置距离范围时，根据相对距离和相对夹角矫正无人机的飞行航线。
进一步地，根据无人机三维坐标和相对距离计算无人机与输电线路的相对夹角，包括：
根据无人机三维坐标和相对距离计算输电线路的当前检测点三维坐标；
根据无人机三维坐标和当前检测点三维坐标构建极坐标系；
根据相对距离和极坐标系求取无人机与输电线路之间的相对夹角。
进一步地，在相对距离超出预置距离范围时，根据相对距离和相对夹角矫正无人机的飞行航线，包括：
在相对距离大于最大距离值时，根据相对距离和相对夹角进行自动航线矫正；
在相对距离小于最小距离值时，根据相对距离和相对夹角提示操作人员进行手动航线矫正，预置距离范围包括最大距离值和最小距离值。
进一步地，在相对距离超出预置距离范围时，根据相对距离和相对夹角矫正无人机的飞行航线，之前还包括：
获取输电线路两端杆塔的杆塔坐标，并根据杆塔坐标确定输电线路的位置；
根据输电线路的位置设置预置距离范围。
本申请还提供了一种无人机飞行航线矫正设备的实施例，设备包括处理器以及存储器：
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行上述方法实施例中的无人机飞行航线矫正方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行上述方法实施例中的无人机飞行航线矫正方法。
本申请还提供了一种包括指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述方法实施例中的无人机飞行航线矫正方法。
在本申请所提供的几个实施例中，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***，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，在本申请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。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元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，本申请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全部或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，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请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、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种无人机飞行航线矫正***，其特征在于，包括：定位模块、激光雷达、数据处理模块和控制模块；
所述定位模块，用于通过RTK双天线实时获取无人机的位置信息，得到无人机三维坐标；
所述激光雷达，用于向输电线路发射探测光束测量无人机与所述输电线路的相对距离；
所述数据处理模块，用于根据所述无人机三维坐标和所述相对距离计算无人机与所述输电线路的相对夹角；在所述相对距离超出预置距离范围时，触发所述控制模块进行航线矫正；
所述控制模块，用于实时显示无人机状态信息，控制所述定位模块、激光雷达和所述数据处理模块，并在无人机偏离航线且超出所述预置距离范围时，根据所述相对距离和所述相对夹角矫正无人机的飞行航线，或者提示操作人员进行手动航线矫正，所述无人机状态信息包括所述无人机三维坐标和所述相对距离。
2.根据权利要求1所述的无人机飞行航线矫正***，其特征在于，所述数据处理模块具体用于：
根据所述无人机三维坐标和所述相对距离计算所述输电线路的当前检测点三维坐标；
根据所述无人机三维坐标和所述当前检测点三维坐标构建极坐标系；
根据所述相对距离和所述极坐标系求取无人机与所述输电线路之间的相对夹角；
在所述相对距离大于最大距离值时，触发所述控制模块进行自动航线矫正；
在所述相对距离小于最小距离值时，触发所述控制模块提示操作人员进行手动航线矫正，所述预置距离范围包括所述最大距离值和所述最小距离值。
3.根据权利要求1所述的无人机飞行航线矫正***，其特征在于，还包括：距离设置模块；
所述距离设置模块，用于获取所述输电线路两端杆塔的杆塔坐标，根据所述杆塔坐标确定所述输电线路的位置，根据所述输电线路的位置设置所述预置距离范围。
4.一种无人机飞行航线矫正方法，其特征在于，包括：
实时获取无人机的位置信息，得到无人机三维坐标；
通过向输电线路发射探测光束测量无人机与所述输电线路的相对距离；
根据所述无人机三维坐标和所述相对距离计算无人机与所述输电线路的相对夹角；
在所述相对距离超出预置距离范围时，根据所述相对距离和所述相对夹角矫正无人机的飞行航线。
5.根据权利要求1所述的无人机飞行航线矫正方法，其特征在于，所述根据所述无人机三维坐标和所述相对距离计算无人机与所述输电线路的相对夹角，包括：
根据所述无人机三维坐标和所述相对距离计算所述输电线路的当前检测点三维坐标；
根据所述无人机三维坐标和所述当前检测点三维坐标构建极坐标系；
根据所述相对距离和所述极坐标系求取无人机与所述输电线路之间的相对夹角。
6.根据权利要求1所述的无人机飞行航线矫正方法，其特征在于，所述在所述相对距离超出预置距离范围时，根据所述相对距离和所述相对夹角矫正无人机的飞行航线，包括：
在所述相对距离大于最大距离值时，根据所述相对距离和所述相对夹角进行自动航线矫正；
在所述相对距离小于最小距离值时，根据所述相对距离和所述相对夹角提示操作人员进行手动航线矫正，所述预置距离范围包括所述最大距离值和所述最小距离值。
7.根据权利要求1所述的无人机飞行航线矫正方法，其特征在于，所述在所述相对距离超出预置距离范围时，根据所述相对距离和所述相对夹角矫正无人机的飞行航线，之前还包括：
获取所述输电线路两端杆塔的杆塔坐标，并根据所述杆塔坐标确定所述输电线路的位置；
根据所述输电线路的位置设置所述预置距离范围。
8.一种无人机飞行航线矫正设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求4-7任一项所述的无人机飞行航线矫正方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求4-7任一项所述的无人机飞行航线矫正方法。
10.一种包括指令的计算机程序产品，其特征在于，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求4-7任一项所述的无人机飞行航线矫正方法。
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Application publication date: 20210115 Assignee: Guangdong Suixin Energy Technology Co.,Ltd. Assignor: DALI BUREAU OF ULTRA HIGH VOLTAGE TRANSMISSION COMPANY, CHINA SOUTHERN POWER GRID Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980051117 Denomination of invention: A drone flight path correction system, method, and related device Granted publication date: 20220513 License type: Common License Record date: 20231208 |