[發明專利]基于輸電線路電磁感知的巡線無人機飛行軌跡控制方法

有效

• 申請號: 201710564330.7
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107515621B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 胡軍;歐陽勇;王博;張波;何金良;王善祥;趙根;吳陽;王中旭;莊池杰;余占清;曾嶸
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05D1/12
• 分類號: G05D1/12;G05D1/00;G05B17/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發明提出的一種基于輸電線路電磁感知的巡線無人機飛行軌跡控制方法，屬于無人機飛行控制技術領域，該方法先獲取輸電線路周圍的空間電磁信號及無人機實時姿態信息，然后利用輸電線路周圍空間電磁信號強度與輸電線路距離具有顯著相關性這一特性對獲取的空間電磁信號通過反演算法計算輸電線路的特性參數，得到輸電線路與無人機的實時相對位置信息；最后根據該實時相對位置信息及獲取的無人機實時姿態信息，通過內外環雙閉環的控制算法對無人機的飛行軌跡進行控制；本發明可校正無人機因GPS信號精度不足、輸電線路吸附等造成的位置信息的偏差，達到無人機自主飛行控制的目的，解決了人工目測手動遙控的弊端，適應現代化電網建設與發展的需要。

技術領域

本發明涉及一種基于輸電線路電磁感知的巡線無人機飛行軌跡控制方法，屬于無人機飛行控制技術領域。

背景技術

近年來，將無人機應用到輸電線路巡檢(以下簡稱“巡線”)來代替傳統人工巡檢的方式逐漸興起，這大大提高電力維護和檢修的速度和效率，提高作業人員安全性。目前國內電網巡線應用最多的是通過巡線人員目測手動遙控來控制無人機沿輸電線路飛行，無人機飛出巡線人員視距后無法對該無人機進行控制，因此現場目視操作制約了巡線的范圍和效率。

目前關于無人機自主飛行控制的研究在不斷展開，國外對計算機視覺在無人機巡線導航中的應用進行了研究，利用圖像數據處理算法和跟蹤技術，在GPS(GlobalPositioning System，全球定位系統)的輔助下實現無人機的巡線導航，得到無人機相對輸電線路的位置和運動姿態。澳大利亞相關機構也開發了具有自行巡路、探測和避障功能的巡線無人機。在實際應用中，常規無人機配置有GPS定位系統，慣性測量單元(IMU)：包括三軸加速度計，三軸陀螺儀，電子羅盤等用于獲取姿態信息的傳感器。在電力巡線中的自主飛行軌跡辨識與控制一般通過GPS導航實現，但由于無人機常用GPS坐標精度不足、輸電導線電磁場吸附引起的電磁干擾等因素，難以對無人機與輸電線路的相對位置進行實時判斷，因此在飛行軌跡的控制上容易產生偏差，很有可能發生無人機撞擊導線墜毀的情況，嚴重影響巡線作業的實際效果。上述國外的相關研究均結合GPS信號和圖像信號，通過高級算法進行軌跡設計，在一定程度上實現軌跡校正，都可實現不確定環境下無人機飛行軌跡的規劃，達到無人機在巡線中的自主飛行控制的目的，但方法算法復雜，實時計算量大，并且實際效果受現場環境下拍攝圖像質量的影響非常大。因此，在現行的無人機自主飛行的控制方法中，因GPS坐標精度和輸電導線電磁場吸附引起的電磁干擾等因素帶來的飛行軌跡的偏差問題還沒有簡單有效的解決方案。

利用輸電線路電磁場、電磁環境分布與輸電線路距離具有顯著相關性這一特性應用在電力系統方面已有大量研究，通過對輸電線路下方地面附近一定數量測點的電場強度進行的測量，反演計算得到輸電線路中的電壓及周圍的實際電場分布，降低測量強度；根據二維輸電線路的磁場到三相電流的反演，通過遺傳算法進行迭代計算實現，而無人機巡線的場域反演問題與上述反演問題相比具有位置的不確定性，傳感信號特殊情況下(如換相，桿塔等)的提取等困難需要解決。

發明內容

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種基于輸電線路電磁感知的巡線無人機飛行軌跡控制方法。本發明基于輸電線路自身固有的周邊空間電磁場效應，將電磁傳感量測信號作為巡線無人機的引導信號，進行空間位置辨識和軌跡校正，解決GPS導航坐標精度不足和電磁干擾對飛行軌跡控制造成偏差的問題，實現無人機飛行軌跡的自主控制，從而極大地提升巡線無人機的實際作業成效。

本發明提出的基于輸電線路電磁感知的巡線無人機智能控制系統，其特征在于，將用于測量輸電線路周圍空間電磁信號的電磁傳感量測裝置搭載在巡線無人機上，該無人機內部設有各類姿態信息傳感器，根據無人機飛行速度及控制精度設置多個定位點，相鄰定位點之間設置N個采樣點；將無人機預期的飛行軌跡在各定位點的位置信息作為初始位置信息數據，相鄰兩定位點間該方法具體包括以下步驟：