CN112478968A - 电梯井道巡检控制方法、装置、***和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电梯井道巡检控制方法、装置、***和存储介质。其中，电梯井道巡检控制方法，包括步骤：在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令；高度升降指令用于指示雷达云台中相应结构件动作、以调整激光雷达的位置；井道边界区域包括井道门洞及圈梁；接收经位置调整的激光雷达输出的井道边界区域的采集信息，将采集信息传输给地面控制终端，确认本站点的采集结束；移动至下一个站点悬停并采集，直至满足巡检结束条件。本申请能够显著提升井道安装关键部位勘测的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及电梯技术领域，特别是涉及一种电梯井道巡检控制方法、装置、***和存储介质。
背景技术
目前电梯井道的勘测主要是采用人工勘测，耗时且很多地方无法准确测量或无法通过人工测量出来，且无法保证人员安全，传统采用自动巡检无人机携带激光雷达对电梯井道进行勘测，若边起飞边采集数据，会因为抖动、定位***和采集率不一致的动态时延等引起误差，多种误差叠加而使测量误差更大，基于这一情况，传统技术提出采用悬停进行数据采集。
在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：目前，悬停位置一般参照设计图纸事先设定，但土建实物本身与设计图纸可能会存在偏差，传统技术存在采集精度差、无法准确采集数据的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高采集数据精度的电梯井道巡检控制方法、装置、***和存储介质。
为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种电梯井道巡检控制方法，包括步骤：
在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令；高度升降指令用于指示雷达云台中相应结构件动作、以调整激光雷达的位置；井道边界区域包括井道门洞及圈梁；
接收经位置调整的激光雷达输出的井道边界区域的采集信息，将采集信息传输给地面控制终端，确认本站点的采集结束；
移动至下一个站点悬停并采集，直至满足巡检结束条件。
在其中一个实施例中，在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令的步骤，包括：
获取相机拍摄的当前图像数据，将当前图像数据传输给地面控制终端；当前图像数据用于指示地面控制终端获取激光雷达当前采集位置点与井道边界区域的偏差值并反馈；
接收到地面控制终端反馈的偏差值的情况下，确认本站点临近井道边界区域，根据偏差值输出高度升降指令；高度升降指令用于指示雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
在其中一个实施例中，当前图像数据用于指示地面控制终端在偏差值超出阈值的情况下，向雷达云台输出高度控制指令；高度控制指令用于指示雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
在其中一个实施例中，
高度升降指令或高度控制指令用于指示雷达云台带动激光雷达进行预设高度范围的升降；预设高度范围包括±1mm、±2mm和±3mm。
在其中一个实施例中，还包括步骤：
在接收到井道边界区域的感应数据的情况下，确认本站点临近井道边界区域；感应数据包括以下数据中的任意一种或任意组合：激光雷达感应数据、光电开关感应数据以及视觉识别传感器感应数据；
根据感应数据输出高度升降指令；高度升降指令用于指示雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
在其中一个实施例中，
采集信息包括二维激光测距数据和当前距离数据；当前距离数据为激光雷达输出的无人机本体至井道底坑的当前距离与激光雷达的升降高度之和；
巡检结束条件包括以下条件中的任意一种或任意组合：各站点均采集完毕，无人机本体当前与井道顶部的距离落入安全距离范围，以及当前接收到巡检结束指令；
在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令的步骤之前，还包括步骤：
在到达本站点的情况下，进入悬停状态并确认当前是否恢复至初始化位姿；
若确认当前恢复至初始化位姿则启动采集，输出本站点的电梯井道采集数据至地面控制终端，确认本站点的悬停采集结束；电梯井道采集数据包括激光雷达数据和图像数据。
在其中一个实施例中，在到达本站点的情况下，进入悬停状态并确认当前是否恢复至初始化位姿的步骤之前，还包括步骤：
接收激光雷达输出的无人机本体至井道底坑的当前高度数据，以及惯性测量单元输出的当前姿态数据；当前姿态数据包括翻滚角、俯仰角和偏航角；
处理当前高度数据和当前姿态数据，得到当前高度位置；
在当前高度位置满足站点高度位置时，确认到达站点高度位置对应的站点；其中，站点高度位置为土建图纸数据经处理得到；土建图纸数据包括孔洞高度方向边界位置，圈梁高度方向边界位置，无人机本体离井道顶部安全距离，以及着陆状态下无人机本体离井道底坑安全位置。
在其中一个实施例中，处理当前高度数据和当前姿态数据，得到当前高度位置的步骤中，基于以下公式得到当前高度位置：
Zn估计＝Hn·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2))
其中，Zn估计表示当前高度位置；Hn表示当前高度数据；Φn表示翻滚角；θn表示俯仰角；Ψn表示偏航角；Lb为激光雷达光束中心到下直角发射棱镜放射面的距离；Lc为雷达云台的各摆臂旋转轴线交汇点到激光雷达光束中心的距离。
一种电梯井道巡检控制装置，包括：
动作控制模块，用于在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令；高度升降指令用于指示雷达云台中相应结构件动作、以调整激光雷达的位置；井道边界区域包括井道门洞及圈梁；
信息输出模块，用于接收经位置调整的激光雷达输出的井道边界区域的采集信息，将采集信息传输给地面控制终端，确认本站点的采集结束；其中，动作控制模块还用于移动至下一个站点悬停并采集，直至满足巡检结束条件。
一种电梯井道巡检控制***，包括无人机和地面控制终端；
无人机包括设于本体上的雷达云台，以及设于雷达云台上的激光雷达；其中，雷达云台包含用于带动激光雷达升降的结构件；
无人机用于执行上述电梯井道巡检控制方法的步骤。
在其中一个实施例中，结构件包括一端固定在无人机本体底盘上的升降装置；升降装置为直线电缸或直线电机。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
本申请在无人机悬停后，若确认本站点临近井道边界区域，则通过控制雷达云台上的结构件(例如，直线升降装置)来升降云台，雷达随之升降更精准的到达设定目标位置，或微调激光雷达高度进行高密度水平面(井道横截面)数据采集。本申请可以在飞机悬停的情况下，完成井道边界区域如孔洞的高度方向边界位置数据的采集、圈梁高度方向边界位置的采集，显著提升井道安装关键部位勘测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为电梯井道巡检控制方法的应用场景示意图；
图2为一实施例的电梯井道巡检控制方法流程示意图；
图3为另一实施例的电梯井道巡检控制方法流程示意图；
图4为一实施例的电梯井道巡检控制装置结构框图；
图5为一实施例的无人机结构前视图；
图6为一实施例中无人机结构左视图；
图7为一实施例中雷达云台结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
目前，悬停位置一般参照设计图纸事先设定，然而土建实物本身与设计图纸可能会存在偏差；即使土建实物与设计图纸不存在偏差，传统无人机也无法完全精准的悬停在的所要求采集的位置。此外，特殊情况如孔洞的高度方向边界位置数据的采集、圈梁高度方向边界位置的采集，需要比较精准的悬停位置。又如，关键部位可能会进行高密度水平面(井道横截面)数据采集，这样的情况，传统通过起飞、悬停的方式进行采集精确度较差。
本申请提出在无人机上增加一升降装置，在无人机悬停可以采集数据的状况下，升降微调激光雷达的高度能更精准的达到设定目标位置，或微调激光雷达高度对关键部位进行高密度水平面(井道横截面)数据采集，能够提升井道安装关键部位勘测的准确性。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的电梯井道巡检控制方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，无人机102可以与地面控制终端104进行通信；无人机102用于在井道垂直起降，并达到相应站点时悬停采集数据，并在该站点临近井道边界区域的情况下，由无人机102和/或地面控制终端104的控制下，通过控制雷达云台中相应结构件动作、以调整激光雷达的位置(升降)，进而输出的井道边界区域的采集信息；相应的采集信息可以传输给地面控制终端104完成数据处理和建模。
需要说明的是，无人机102可以采用结构紧凑、体积小、旋翼无人机，进而在井道垂直起降，并按设定的位置悬停摄像拍摄、激光雷达数据采集。地面控制终端104可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，也可以用独立的服务器或者是多个服务器的服务器集群来实现。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种电梯井道巡检控制方法，以该方法应用于图1中的无人机为例进行说明，包括以下步骤：
步骤202，在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令；高度升降指令用于指示雷达云台中相应结构件动作、以调整激光雷达的位置；
其中，井道边界区域可以指具有高密度水平面(井道横截面)的位置，例如，井道门洞及圈梁。如图1所示，本申请可以完成孔洞的高度方向边界位置数据的采集、圈梁高度方向边界位置的采集。
具体地，无人机悬停后，本申请提出可以通过在雷达云台上增设相应的结构件来升降云台，激光雷达随之升降更精准的到达设定目标位置，或微调激光雷达高度进行高密度水平面(井道横截面)数据采集。
其中，本站点的悬停采集可以指无人机可以在井道垂直起降，按设定的站点悬停，即无人机可以按设定的位置悬停；进一步的，悬停位置可以参照设计图纸事先设定，即各站点可以是依据为土建图纸数据预先设定的位置；在一个示例中，土建图纸数据可以包括孔洞高度方向边界位置，圈梁高度方向边界位置，无人机本体离井道顶部安全距离，以及着陆状态下无人机本体离井道底坑安全位置。
无人机在悬停至相应的站点后，可以利用激光雷达等进行电梯井道数据采集，例如，可以进行摄像拍摄、激光雷达数据采集。本申请中无人机可以利用IMU(InertialMeasurement Unit，惯性测量单元)对无人机位置、姿态以及速度等的估算，且利用激光雷达扫描周围井道四壁的轮廓相对位置变化，或采用光电位置传感器装置感知无人机位移增量来对无人机进行航线的定位飞行。进一步的，本申请中电梯井道采集数据可以包括激光雷达数据，该激光雷达数据可以是通过激光测距得到，例如二维的激光测距，不仅保障了数据精确度还降低了成本。即，本申请中的激光雷达数据可以包括二维激光测距数据。
进一步的，在一个示例中，电梯井道采集数据还可以包括图像数据。该图像数据可以是设置在本体上的图像采集设备采集得到，其中，图像采集设备可以为通过相机云台设置在本体上的相机。在悬停后，相机云台中旋转柱可以旋转360°进行井道的图像数据采集。
此外，该相机可以是HDR(High-Dynamic Range，高动态范围图像)相机；该HDR相机可以捕捉井道内的扫描数据；地面控制终端在接收到扫描数据后，可以对井道的三维模型进行颜色叠加，进而井道内的部分结构，可以在模型中标定出来，例如有圈梁的井道，可以通过颜色叠加指示出其位置，进而能够显著提高井道模型的精确度。
在完成上述电梯井道数据的采集后，即可确认本站点的悬停采集结束，进而需确认本站点是否临近井道边界区域，并在确认时，向雷达云台输出高度升降指令。
对此，本申请提出可以通过地面控制终端或者无人机本体确认本站点当前是否临近井道边界区域。在一个具体的实施例中，在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令的步骤，包括：
获取相机拍摄的当前图像数据，将当前图像数据传输给地面控制终端；当前图像数据用于指示地面控制终端获取激光雷达当前采集位置点与井道边界区域的偏差值并反馈；
接收到地面控制终端反馈的偏差值的情况下，确认本站点临近井道边界区域，根据偏差值输出高度升降指令；高度升降指令用于指示雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
具体而言，无人机悬停后，可通过高清无线图传与相应的通信模块将相机拍摄的图像数据(可以包含雷达采集位置点)实时传输回地面控制终端。而若地面控制终端确认雷达采集位置点临近井道门洞或圈梁，则可确认本站点临近井道边界区域，进而可以获取激光雷达当前采集位置点与井道边界区域的偏差值，从而将该偏差值传输给无人机，由无人机根据偏差值输出相应的高度升降指令，以指示雷达云台中结构件的动作、调整激光雷达的升降。
在一个具体的实施例中，当前图像数据可以用于指示地面控制终端在偏差值超出阈值的情况下，向雷达云台输出高度控制指令；高度控制指令用于指示雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
具体而言，若地面控制终端确认偏差值超过阈值(即偏差较大)的情况下，地面控制终端可以通过RC(Remote control，无线电控制)模块夺回无人机的控制权(例如，直接向雷达云台输出高度控制指令)，并确认雷达采集位置点大致离门洞或圈梁等边界(高度方向)位置的偏差，进而由地面控制终端操纵升降装置升降云台使雷达采集位置点更接近门洞或圈梁边界(高度方向)位置，以到达减少边界采集的偏差。
需要说明的是，也可以由人工向地面控制终端输入相应控制指令的方式，直接控制雷达的升降位置。
在一个具体的实施例中，高度升降指令或高度控制指令可以用于指示雷达云台带动激光雷达进行预设高度范围的升降；预设高度范围包括±1mm、±2mm和±3mm。
具体地，按设计图纸提供的高度位置悬停在门洞或圈梁等边界(高度方向)位置也可能是近似边界位置，对此，本申请提出在可以采集信息的状况下，升降装置升降云台来达到微调激光雷达高度进行此段位置高密度水平面(井道横截面)数据采集，以到达减少边界采集的偏差。例如，可以采用升降±1mm，±2mm，±3mm等水平层面密集采集。
在一个具体地实施例中，还包括步骤：
在接收到井道边界区域的感应数据的情况下，确认本站点临近井道边界区域；感应数据包括以下数据中的任意一种或任意组合：激光雷达感应数据、光电开关感应数据以及视觉识别传感器感应数据；
根据感应数据输出高度升降指令；高度升降指令用于指示雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
具体而言，无人机悬停后，可以根据雷达上或雷达云台上增设的光电开关/视觉识别传感器，在感应到门洞或圈梁边界(高度方向)位置后，升降装置微调激光雷达到所确定的高度进行数据采集。
本申请可以在飞机悬停的情况下，完成井道边界区域如孔洞的高度方向边界位置数据的采集、圈梁高度方向边界位置的采集，显著提升井道安装关键部位勘测的准确性。
步骤204，接收经位置调整的激光雷达输出的井道边界区域的采集信息，将采集信息传输给地面控制终端，确认本站点的采集结束；移动至下一个站点悬停并采集，直至满足巡检结束条件。
具体而言，在接收到经上述位置调整的激光雷达输出的井道边界区域的采集信息后，可以将采集信息传输给地面控制终端，进而确认本站点的采集结束，无人机可以移动至下一个站点悬停并采集，直至满足巡检结束条件。
在一个具体的实施例中，巡检结束条件可以包括以下条件中的任意一种或任意组合：各站点均采集完毕，无人机本体当前与井道顶部的距离落入安全距离范围，以及当前接收到巡检结束指令；
具体而言，本申请中无人机可以重复起飞、定点悬停工作，直到所有站点采集完成或当离顶层楼层预设安全距离ZS估(此值可以由上直角发射棱镜输出值融合IMU估算出)进行最后一站采集工作。
而本申请中的巡检结束指令可以包括回航着陆指令和/或异常情况下的紧急着陆指令。其中，无人机在回航过程也可以添加回航过程中的数据采集工作，也可以直接回航着陆。直接回航着陆或异常情况下紧急着陆可以依靠激光雷达进行避障策略的导航。即在起航采集的整个过程中，可以由人工通过地面终端装置实时监察采集点位置，对于遗漏的采集点位置或需要重新采集的位置，设定采集高度，在回航的过程中进行采集。或在回航的过程中通过RC模块操作人员夺回无人机的控制权进行数据采集的控制。否则依靠激光雷达进行避障策略的导航着陆。
其中，本申请中的遗漏采集点的采集，可以根据采集位置是否需要精准定位来决定是否需要‘升降装置’的介入。本申请中的重新采集可以是对原起航采集数据的验证，也可以是根据实际情况是否需要‘升降装置’的介入，如起航采集没有‘升降装置’的介入，则回航采集也可以不采用。
在一个具体的实施例中，采集信息可以包括二维激光测距数据和当前距离数据；当前距离数据为激光雷达输出的无人机本体至井道底坑的当前距离与激光雷达的升降高度之和；
具体而言，在站点n悬停后，光电位置传感器可以记录该位置相对处于激光光斑初始位置的偏差值(Xn偏，Yn偏)，而激光雷达可以通过下发射直角棱镜测出到底坑的精确距离为Zn精。
激光雷达数据Xni＝rni·cosεi+Xn偏，Yni＝rni·sinεi+Yn偏。
其中，rni为第n站激光雷达各线束光在一个周期扫描中返回的距离值。εi为激光雷达各线束光在一个周期扫描中返回的扫描角度值。第n站采集数据的高度为Zn精。
在采用本申请方案后，如升降H微进行数据采集，则此时采集信息的高度可以为Zn精+H微，且激光雷达数据Xni＝rnicosεi+Xn偏，Yni＝rnisinεi+Yn偏。其中，(Xn偏，Yn偏)为光电位置传感器记录n站激光雷达相对处于激光光斑初始位置的偏差值。
本申请可以在本站点的悬停采集结束的情况下，采用上述各示例中提出的方案，完成井道边界区域的数据采集。此外，关于无人机按设定的站点悬停；在一个具体的实施例中，如图3所示，在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令的步骤之前，还可以包括步骤：
步骤302，在到达本站点的情况下，进入悬停状态并确认当前是否恢复至初始化位姿；
步骤304，若确认当前恢复至初始化位姿则启动采集，输出本站点的电梯井道采集数据至地面控制终端，确认本站点的悬停采集结束；电梯井道采集数据包括激光雷达数据和图像数据。
其中，图3所示的步骤306-308的具体实现过程，可以参阅前文中对步骤202-204的描述，此处不再赘述；
具体而言，在无人机悬停后，可以确认当前是否恢复至初始化位姿，例如，本体是否恢复初始化位姿，又如，设置在本体上的数据采集设备等是否恢复至初始化位姿。在一个示例中，初始化位姿可以包括激光雷达初始化位姿和/或相机初始化位姿。
在悬停后，通过确认当前是否恢复至初始化位姿，可进一步防止无人机的倾斜、抖动，进而确保后续数据的精确采集。其中，可以通过向雷达云台，相机云台的电机强加相应方向动力，进而防止激光雷达及相机随无人机倾斜、抖动，当相机及雷达恢复到初始化的位姿信息后，开始进行数据的采集。
又如，可以通过设置在本体上的惯性测量单元输出的姿态数据，调整本体姿态，进而确认是否恢复初始化位姿。在一个具体的实施例中，确认当前恢复至初始化位姿的步骤可以包括：
根据翻滚角和俯仰角，输出动作控制指令；动作控制指令用于指示雷达云台的动作组件和/或相机云台的动作组件旋转相应的角度，以恢复至初始化位姿。
具体地，无人机可以包括设置在本体上的IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)模块，该IMU模块可以采用9轴MEMS惯性测量单元(三轴陀螺仪、三轴加速计、三轴磁场计)，进而能够输出三轴加速度、三轴转速度和三轴地磁场强度，也能够无漂移输出翻滚角Φ、俯仰角θ与偏航角Ψ，并且可以采用抗振陀螺仪设计。
悬停后，无人机可以向雷达云台、相机云台电机强加相应方向动力，防止激光雷达及相机随无人机倾斜、抖动。雷达云台的动作组件可以包括摆臂等，相机云台的动作组件可以包括摆臂等，例如，无人机可以依据惯性测量单元输出的翻滚角Φ、俯仰角θ，调整雷达云台上摆臂绕支架左右旋转-Φ，一摆臂绕另一摆臂前后旋转俯仰角-θ；又如，调整相机云台上摆臂绕支架左右旋转翻滚角-Φ，摆臂式相机安装卡槽绕摆臂前后旋转俯仰角-θ。即相机及雷达恢复到初始化的位姿信息后，开始进行数据的采集。
在一个具体的实施例中，在到达本站点的情况下，进入悬停状态并确认当前是否恢复至初始化位姿的步骤之前，还包括步骤：
接收激光雷达输出的无人机本体至井道底坑的当前高度数据，以及惯性测量单元输出的当前姿态数据；当前姿态数据包括翻滚角、俯仰角和偏航角；
处理当前高度数据和当前姿态数据，得到当前高度位置；
在当前高度位置满足站点高度位置时，确认到达站点高度位置对应的站点；其中，站点高度位置为土建图纸数据经处理得到；土建图纸数据包括孔洞高度方向边界位置，圈梁高度方向边界位置，无人机本体离井道顶部安全距离，以及着陆状态下无人机本体离井道底坑安全位置。
具体地，悬停的站点可以是依据设计图纸预先设定的，对此提出了相应的站点到达策略；无人机在井道的升降过程中，可以实时接收激光雷达输出的本体至井道底坑的当前高度数据，以及惯性测量单元输出的当前姿态数据；当前姿态数据可以包括翻滚角、俯仰角和偏航角；进而，无人机可以依据上述数据确认当前高度位置，并比对站点高度位置，在当前高度位置满足站点高度位置，即可确认到达站点高度位置对应的站点。
在一个具体的实施例中，处理当前高度数据和当前姿态数据，得到当前高度位置的步骤中，基于以下公式得到当前高度位置：
Zn估计＝Hn·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2))
其中，Zn估计表示当前高度位置；Hn表示当前高度数据；Φn表示翻滚角；θn表示俯仰角；Ψn表示偏航角；Lb为激光雷达光束中心到下直角发射棱镜放射面的距离；Lc为雷达云台的各摆臂旋转轴线交汇点到激光雷达光束中心的距离。
具体而言，以当前站点为站点n为例说明，无人机如何到达设定的采集位置Zn估计时定点悬停工作。无人机在移动中，惯性测量单元可以输出翻滚角Φn、俯仰角θn与偏航角Ψn(所有角度逆时针转为正)，而激光雷达扫描仪可以输出到底坑的高度为Hn。
n站悬停高度估计值Zn估计＝Hn·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2))。
其中，Zn估计可以表示当前高度位置；Hn表示当前高度数据；Φn表示翻滚角；θn表示俯仰角；Ψn表示偏航角；Lb为激光雷达光束中心到下直角发射棱镜放射面的距离；Lc为雷达云台的各摆臂旋转轴线交汇点到激光雷达光束中心的距离。
上述电梯井道巡检控制方法，在无人机悬停后，若确认本站点临近井道边界区域，则通过控制雷达云台上的结构件(例如，直线升降装置)来升降云台，雷达随之升降更精准的到达设定目标位置，或微调激光雷达高度进行高密度水平面(井道横截面)数据采集。本申请可以在飞机悬停的情况下，完成井道边界区域如孔洞的高度方向边界位置数据的采集、圈梁高度方向边界位置的采集，显著提升井道安装关键部位勘测的准确性。
应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种电梯井道巡检控制装置，包括：
动作控制模块410，用于在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令；高度升降指令用于指示雷达云台中相应结构件动作、以调整激光雷达的位置；井道边界区域包括井道门洞及圈梁；
信息输出模块420，用于接收经位置调整的激光雷达输出的井道边界区域的采集信息，将采集信息传输给地面控制终端，确认本站点的采集结束；其中，动作控制模块410还用于移动至下一个站点悬停并采集，直至满足巡检结束条件。
在一个具体的实施例中，动作控制模块用于：
获取相机拍摄的当前图像数据，将当前图像数据传输给地面控制终端；当前图像数据用于指示地面控制终端获取激光雷达当前采集位置点与井道边界区域的偏差值并反馈；
接收到地面控制终端反馈的偏差值的情况下，确认本站点临近井道边界区域，根据偏差值输出高度升降指令；高度升降指令用于指示雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
在其中一个实施例中，当前图像数据用于指示地面控制终端在偏差值超出阈值的情况下，向雷达云台输出高度控制指令；高度控制指令用于指示雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
在其中一个实施例中，高度升降指令或高度控制指令用于指示雷达云台带动激光雷达进行预设高度范围的升降；预设高度范围包括±1mm、±2mm和±3mm。
在其中一个实施例中，还包括：
感应模块，用于在接收到井道边界区域的感应数据的情况下，确认本站点临近井道边界区域；感应数据包括以下数据中的任意一种或任意组合：激光雷达感应数据、光电开关感应数据以及视觉识别传感器感应数据；
动作控制模块，用于根据感应数据输出高度升降指令；高度升降指令用于指示雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
在其中一个实施例中，采集信息包括二维激光测距数据和当前距离数据；当前距离数据为激光雷达输出的无人机本体至井道底坑的当前距离与激光雷达的升降高度之和；
巡检结束条件包括以下条件中的任意一种或任意组合：各站点均采集完毕，无人机本体当前与井道顶部的距离落入安全距离范围，以及当前接收到巡检结束指令；
还包括：
悬停模块，用于在到达本站点的情况下，进入悬停状态并确认当前是否恢复至初始化位姿；
信息输出模块，还用于若确认当前恢复至初始化位姿则启动采集，输出本站点的电梯井道采集数据至地面控制终端，确认本站点的悬停采集结束；电梯井道采集数据包括激光雷达数据和图像数据。
在其中一个实施例中，还包括：
数据接收模块，接收激光雷达输出的无人机本体至井道底坑的当前高度数据，以及惯性测量单元输出的当前姿态数据；当前姿态数据包括翻滚角、俯仰角和偏航角；
数据处理模块，处理当前高度数据和当前姿态数据，得到当前高度位置；在当前高度位置满足站点高度位置时，确认到达站点高度位置对应的站点；其中，站点高度位置为土建图纸数据经处理得到；土建图纸数据包括孔洞高度方向边界位置，圈梁高度方向边界位置，无人机本体离井道顶部安全距离，以及着陆状态下无人机本体离井道底坑安全位置。
在其中一个实施例中，数据处理模块基于以下公式得到当前高度位置：
Zn估计＝Hn·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2))
其中，Zn估计表示当前高度位置；Hn表示当前高度数据；Φn表示翻滚角；θn表示俯仰角；Ψn表示偏航角；Lb为激光雷达光束中心到下直角发射棱镜放射面的距离；Lc为雷达云台的各摆臂旋转轴线交汇点到激光雷达光束中心的距离。
关于电梯井道巡检控制装置的具体限定可以参见上文中对于电梯井道巡检控制方法的限定，在此不再赘述。上述电梯井道巡检控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，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。
在一个实施例中，提供了一种电梯井道巡检控制***，包括无人机和地面控制终端；
无人机包括设于本体上的雷达云台，以及设于雷达云台上的激光雷达；其中，雷达云台包含用于带动激光雷达升降的结构件；
无人机用于执行上述电梯井道巡检控制方法的步骤。
在一个具体的实施例中，结构件可以包括一端固定在无人机本体底盘上的升降装置；升降装置为直线电缸或直线电机。
具体而言，如图5所示为无人机结构前视图；图6为无人机结构左视图；图7为雷达云台结构示意图。
本申请可以包括螺旋桨1、无人机本体2、固定式起落架3、上发射直角棱镜4、下发射直角棱镜5、二维激光雷达6、雷达云台7、HDR相机8、相机云台9、IMU模块10、机载处理器11、电源12、无线图传与通信模块13、SOS模块14、RC模块15(图中未示出)、激光对准***16。主要结构可以参阅图5、图6和图7。
其中，无人机总体布局尽可能保证无人机的重心位于几何中心位置。
两个上\下直角发射棱镜4\5同激光雷达6一样装在云台7中的摆臂7d上，与雷达相对位置始终保持一致，其将二维激光雷达6的一小部分光束，反射到井道的顶部\底坑，用于测量无人机相对顶面的高度\底坑的高度。
二维激光雷达6固定于云台7中的摆臂7d上，调整其重心通过两个摆臂电机的轴心。初始状况下，工作起始点，激光雷达中心调整与无人机重心Z轴方向重合。
雷达云台7可以是安装在无人机底板上用来挂载激光雷达6的机械构架，其可以包括升降装置7a、支架7b、摆臂7c和摆臂7d。升降装置(如直线电缸、直线电机)7a使支架7b垂直升降，微调云台上下高度。摆臂7c可绕支架7b左右旋转，摆臂7d可绕摆臂7c前后旋转，每个轴心都安有电机。雷达6安装在摆臂7d上随之摆动。
相机云台9安装在无人机顶部上用来挂HDR相机8的机械架构，其可以包括旋转柱9a、支架9b、摆臂9c和摆臂式相机安装卡槽9d。支架9b可绕旋转柱9a中心旋转，以便相机同一水平面360度无死角拍摄。摆臂9c绕支架9b左右旋转，摆臂式相机安装卡槽9d绕摆臂9c前后旋转，每个轴心都安有电机。HDR相机8安装在摆臂式相机安装卡槽9d上随之摆动。
IMU模块10可以采用9轴MEMS惯性测量单元(三轴陀螺仪、三轴加速计、三轴磁场计)，能够输出三轴加速度、三轴转速度和三轴地磁场强度，能够无漂移输出翻滚角Φ、俯仰角θ与偏航角Ψ，并且采用抗振陀螺仪设计。
SOS模块14通过红色信号闪烁灯及超声波在紧急情况下发出求救信号。
RC模块15可以用于紧急情况下由操作人员夺回无人机的控制权，人工控制无人机控制运行与作业或SOS模块13发出求救信号时，人工控制将无人机带到地面。
激光对准***16，包括激光发射装置16a、光电位置传感器装置16b。光电位置传感器可以采用面阵CCD。激光发射装置16a装在井道底坑内。光电位置传感器装置16b装在激光雷达上，其靶心同激光雷达重心一致调整与无人机重心Z轴方向重合。同激光雷达6一样随雷达云台7的摆动，与雷达6相对位置始终保持一致。
其中，本申请雷达云台主要涉及的结构件可以包括雷达云台7的升降装置7a，7a一端固定在无人机本体底盘上，通过升降装置(如直线电缸、直线电机)来调整雷达云台7的上下高度，从而雷达高度随之调整。相机及一些传感器协助位置的确定。
为了进一步阐释本申请的方案，下面对本申请电梯井道巡检控制方法的实现过程进行说明：
无人机起飞到达设定的采集位置Zn估计时定点悬停，准备采集工作。
IMU模块10输出翻滚角Φn、俯仰角θn与偏航角Ψn(所有角度逆时针转为正)，激光雷达扫描仪输出到底坑的高度为Hn。
n站悬停高度估计值Zn估计＝Hn·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2))
悬停后，雷达云台7，相机云台9电机强加相应方向动力，防止激光雷达及相机随无人机倾斜、抖动。即摆臂7b绕支架7a左右旋转-Φn，摆臂7c绕摆臂7b前后旋转-θn；摆臂9c绕支架9b左右旋转-Φn，摆臂式相机安装卡槽9d绕摆臂9c前后旋转-θn。即相机及雷达恢复到初始化的位姿信息后，开始进行数据的采集。
Zn精为n站激光雷达6通过下发射直角棱镜5测出到底坑的精确距离为Zn精，即第n站采集数据的高度为Zn精，且激光雷达数据Xni＝rni·cosεi+Xn偏，Yni＝rni·sinεi+Yn偏。(Xn偏，Yn偏)为光电位置传感器记录n站激光雷达相对处于激光光斑初始位置的偏差值。
同时相机云台9中旋转柱9a旋转360°进行井道的图像数据采集。
本申请针对特殊情况如孔洞的高度方向边界位置数据的采集、圈梁高度方向边界位置的采集需要比较精准的悬停位置，提出如下方案：在进行Zn精数据采集完成后，再通过以下方法一、方法二或方法三进行数据采集。
1)方法一：在进行Zn精数据采集完成后，升降装置升降云台来达到微调激光雷达高度进行此段位置高密度水平面(井道横截面)数据采集，以到达减少边界采集的偏差。例如可以采用升降±1mm，±2mm，±3mm等水平层面密集采集。
2)方法二：在进行Zn精数据采集完成后，可通过高清无线图传与通信模块13将相机拍摄雷达采集位置点实时传输回地面终端装置。基于RC模块15，操作人员在此段可夺回无人机的控制权，并通过地面终端装置观察雷达采集位置点大致离门洞或圈梁等边界(高度方向)位置的偏差，进而人工可通过终端装置设定升降装置升降云台高度使雷达采集位置点更接近门洞或圈梁边界(高度方向)位置，以到达减少边界采集的偏差。
3)方法三：在进行Zn精数据采集完成后，升降装置升降云台，当雷达或雷达安装支架摆臂7d上增设的光电开关/视觉识别传感器(结构图未指示)感应到门洞/圈梁边界(高度方向)位置后，升降到门洞/圈梁边界(高度方向)位置进行采集数据。其中，激光雷达可以根据激光雷达光束中心到门洞/圈梁边界(高度方向)的位置差，确认具体采集位置，即光电开关、视觉识别传感器安装时其光源本身可能与激光雷达光束中心存在位置差。
如升降H微进行数据采集而此时采集数据的高度为Zn精+H微，且激光雷达数据Xni＝rnicosεi+Xn偏，Yni＝rnisinεi+Yn偏。(Xn偏，Yn偏)为光电位置传感器记录n站激光雷达相对处于激光光斑初始位置的偏差值。
数据采集完成后，升降平台升降到最初设定位置，摆臂7b绕支架7a左右旋转Φn，摆臂7c绕摆臂7b前后旋转θn；摆臂9c绕支架9b左右旋转Φn，摆臂式相机安装卡槽9d绕摆臂9c前后旋转θn。即相机及雷达恢复相对无人机本体不变的位姿。
需要说明的是，关于上述方法一和方法三，也可以结合人工通过地面终端装置中显示的图像查看雷达采集位置点位置，当偏差太大，紧急情况下可以通过RC模块15，由操作人员夺回无人机的控制权，并采用方法二进一步采集。
重复起飞、定点悬停工作，直达所有站点采集完成或当离顶层楼层预设安全距离ZS估(此值由上直角发射棱镜4输出值融合IMU估算出)进行最后一站采集工作。
在起航采集的整个过程中人工通过地面终端装置实时监察采集点位置，对于遗漏的采集点位置或需要重新采集的位置，设定采集高度，在回航的过程中进行采集。或在回航的过程中通过RC模块15操作人员夺回无人机的控制权进行数据采集的控制。否则依靠激光雷达进行避障策略的导航着陆。
井道门洞及圈梁高度方向边界采集位置可以参阅图1；本申请提出在无人机上增加升降装置，在无人机悬停可以采集数据的状况下，升降微调激光雷达的高度能更精准的达到设定目标位置，或微调激光雷达高度对关键部位进行高密度水平面(井道横截面)数据采集，来提升井道安装关键部位勘测的准确性。
本领域技术人员可以理解，图5-7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤；
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种电梯井道巡检控制方法，其特征在于，包括步骤：
在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令；所述高度升降指令用于指示所述雷达云台中相应结构件动作、以调整激光雷达的位置；所述井道边界区域包括井道门洞及圈梁；
接收经位置调整的所述激光雷达输出的所述井道边界区域的采集信息，将所述采集信息传输给地面控制终端，确认本站点的采集结束；
移动至下一个站点悬停并采集，直至满足巡检结束条件。
2.根据权利要求1所述的电梯井道巡检控制方法，其特征在于，在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令的步骤，包括：
获取相机拍摄的当前图像数据，将所述当前图像数据传输给所述地面控制终端；所述当前图像数据用于指示所述地面控制终端获取激光雷达当前采集位置点与所述井道边界区域的偏差值并反馈；
接收到所述地面控制终端反馈的所述偏差值的情况下，确认本站点临近所述井道边界区域，根据所述偏差值输出所述高度升降指令；所述高度升降指令用于指示所述雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
3.根据权利要求2所述的电梯井道巡检控制方法，其特征在于，所述当前图像数据用于指示所述地面控制终端在所述偏差值超出阈值的情况下，向所述雷达云台输出高度控制指令；所述高度控制指令用于指示所述雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
4.根据权利要求1至3任一项所述的电梯井道巡检控制方法，其特征在于，
所述高度升降指令或所述高度控制指令用于指示所述雷达云台带动所述激光雷达进行预设高度范围的升降；所述预设高度范围包括±1mm、±2mm和±3mm。
5.根据权利要求1至3任一项所述的电梯井道巡检控制方法，其特征在于，还包括步骤：
在接收到所述井道边界区域的感应数据的情况下，确认本站点临近所述井道边界区域；所述感应数据包括以下数据中的任意一种或任意组合：激光雷达感应数据、光电开关感应数据以及视觉识别传感器感应数据；
根据所述感应数据输出所述高度升降指令；所述高度升降指令用于指示所述雷达云台中升降装置动作、以调整激光雷达的升降。
6.根据权利要求1所述的电梯井道巡检控制方法，其特征在于，
所述采集信息包括二维激光测距数据和当前距离数据；所述当前距离数据为激光雷达输出的无人机本体至井道底坑的当前距离与激光雷达的升降高度之和；
所述巡检结束条件包括以下条件中的任意一种或任意组合：各所述站点均采集完毕，无人机本体当前与井道顶部的距离落入安全距离范围，以及当前接收到巡检结束指令；
在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令的步骤之前，还包括步骤：
在到达本站点的情况下，进入悬停状态并确认当前是否恢复至初始化位姿；
若确认当前恢复至初始化位姿则启动采集，输出本站点的电梯井道采集数据至地面控制终端，确认本站点的悬停采集结束；所述电梯井道采集数据包括激光雷达数据和图像数据。
7.根据权利要求6所述的电梯井道巡检控制方法，其特征在于，在到达本站点的情况下，进入悬停状态并确认当前是否恢复至初始化位姿的步骤之前，还包括步骤：
接收激光雷达输出的无人机本体至井道底坑的当前高度数据，以及惯性测量单元输出的当前姿态数据；所述当前姿态数据包括翻滚角、俯仰角和偏航角；
处理所述当前高度数据和所述当前姿态数据，得到当前高度位置；
在所述当前高度位置满足站点高度位置时，确认到达所述站点高度位置对应的站点；其中，所述站点高度位置为土建图纸数据经处理得到；所述土建图纸数据包括孔洞高度方向边界位置，圈梁高度方向边界位置，无人机本体离井道顶部安全距离，以及着陆状态下无人机本体离井道底坑安全位置。
8.根据权利要求7所述的电梯井道巡检控制方法，其特征在于，处理所述当前高度数据和所述当前姿态数据，得到当前高度位置的步骤中，基于以下公式得到所述当前高度位置：
Zn估计＝Hn·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2))
其中，Zn估计表示所述当前高度位置；Hn表示所述当前高度数据；Φn表示所述翻滚角；θn表示所述俯仰角；Ψn表示所述偏航角；Lb为激光雷达光束中心到下直角发射棱镜放射面的距离；Lc为雷达云台的各摆臂旋转轴线交汇点到激光雷达光束中心的距离。
9.一种电梯井道巡检控制装置，其特征在于，包括：
动作控制模块，用于在本站点的悬停采集结束的情况下，若确认本站点临近井道边界区域，则向雷达云台输出高度升降指令；所述高度升降指令用于指示所述雷达云台中相应结构件动作、以调整激光雷达的位置；所述井道边界区域包括井道门洞及圈梁；
信息输出模块，用于接收经位置调整的所述激光雷达输出的所述井道边界区域的采集信息，将所述采集信息传输给地面控制终端，确认本站点的采集结束；其中，所述动作控制模块还用于移动至下一个站点悬停并采集，直至满足巡检结束条件。
10.一种电梯井道巡检控制***，包括无人机和地面控制终端；
所述无人机包括设于本体上的雷达云台，以及设于所述雷达云台上的激光雷达；其中，所述雷达云台包含用于带动所述激光雷达升降的结构件；
所述无人机用于执行权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
11.根据权利要求1所述的电梯井道巡检控制方法，其特征在于，所述结构件包括一端固定在无人机本体底盘上的升降装置；所述升降装置为直线电缸或直线电机。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
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