[發明專利]一種多無人機協同的高速公路智能巡檢系統

在審

• 申請號: 201510890397.0
• 申請日: 2015-12-07
• 公開（公告）號: CN105389988A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 余貴珍;王章宇;王云鵬;丁川;馬亞龍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G05D1/10
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種多無人機協同的高速公路智能巡檢系統，其特征在于：包括地面控制站、地面中轉站以及無人機；

所述地面中轉站為n個，n＞1，沿需巡檢道路設置，在第1到第n-1個中轉站中放置一個無人機；地面中轉站用來為無人機提供著陸平臺；且可實現對無人機的充電，以及與無人機間的無線通信；地面中轉站內具有顏色識別區域，作為無人機提供著陸點標識，利用無人機上安裝的攝像頭模塊對顏色識別區域的顏色進行識別，實現無人機在地面中轉站的精準降落；地面中轉站還具有地面中轉站保護裝置，用來當各個無人機的GPS信號、IMU信號等狀態參數正常后，通過無線通信將自身狀態信息發送給地面中轉站，此時由地面中轉站啟動無人機；

所述無人機上安裝有控制箱、攝像頭模塊；其中，控制箱內載有微處理器、AHRS模塊、GPS模塊、超聲波避障模塊、圖傳模塊、電源管理模塊與電機驅動模塊；微處理器連接電機驅動模塊、AHRS模塊、GPS模塊、超聲波避障模塊；微處理器用來實現對無人機的控制計算，實現各模塊的信息融合；電機驅動模塊用來實現對多旋翼無人機螺旋槳電機的驅動，同時通過接收微處理器的指令實現無人機螺旋槳電機不同的轉速控制，從而實現對無人機運動的控制；AHRS模塊用來獲取無人機的角速度、加速度與磁數據信息，能夠為飛行器提供航向，橫滾和側翻信息；GPS模塊用來實現對無人機的精準定位；超聲波避障模塊用來在無人機飛行過程中，遇到障礙物時能自主避障；攝像頭模塊用來在無人機高速公路巡檢的過程中，實時獲取地面道路信息；圖傳模塊用來將攝像頭模塊獲取的地面道路信息傳輸給地面控制站；

地面控制站與無人機間采用無線通信，對各個無人機航線信息規劃；同時將各個無人機的航線信息分別發送至各個無人機上的微處理器；無人機利用得到的航線信息作為飛行的目標軌跡，各個無人機根據目標軌跡進行自主巡航；地面控制站還對無人機傳輸回來的道路信息進行實時處理，以及對地面中轉站發送無人機著陸指令，由地面中轉站控制無人機著陸。

2.如權利要求1所述一種多無人機協同的高速公路智能巡檢系統，其特征在于：相鄰地面中轉站之間的距離S為：

S＝min{V_lim*t/2,V₀*t}

其中，V_lim為高速公路的車速范圍的下限值；V₀為無人機的速度；t為無人機單次巡航時間為t。

3.如權利要求1所述一種多無人機協同的高速公路智能巡檢系統，其特征在于：顏色識別區域內安裝有力傳感器，用來實現無人機是否精準降落在地面中轉站的識別。

4.如權利要求1所述一種多無人機協同的高速公路智能巡檢系統，其特征在于：各無人機的自身定位采用GPS定位與圖像處理相結合的方法：具體為：

無人機中微處理器獲取GPS模塊定位得到無人機的實際位置，結合預先規劃的無人機航線信息，可以得到無人機與高速公路中心線之間橫向偏移量e1；同時利用無人機搭載的攝像頭模塊通過圖像處理技術感知高速公路道路的中心線，此時以攝像頭模塊采集得到的圖像中心作為無人機的實際位置，從而結合無人機的實際位置，通過圖像處理得到的無人機實際位置與道路中線的橫向偏移量e2；

微控制器應用PID控制算法對無人機的俯仰與偏航進行閉環控制，保證無人機精準的控制在道路中心，拍攝得到穩定完整的道路信息；對無人機偏航控制的偏航控制器設計為：

Yaw＝center_yaw+3×[K_p×(e/2)+K_d×e]/4+last_yaw/4

式中：Yaw為偏航控制器的輸出量，center_yaw為偏航控制器的輸出中值量，last_yaw為偏航控制器上次的輸出量，初始值為0，K_p為比例系數，K_d為微分系數，K_p、K_d的值由具體實驗標定得到；e為上述GPS定位與圖像處理相結合得到的無人機實際位置與目標軌跡的偏差值，e的計算公式如下：

其中，ethre1為偏差第一閾值，ethre2為偏差第二閾值，且K_p，K_d和e之間存在正相關；得到偏差值e后，將此值輸入到偏航控制器中，偏航控制器根據計算結果控制無人機運動。