[發明專利]用于輸電塔場景下的自主巡檢無人機的高精度定位方法及其系統

有效

• 申請號: 202010799997.7
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN112102403B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 郭可貴;熊軍林;唐旭明;萬能;李路遙;孟蔣輝;嚴波;陳永保;汪曉;寧彥;姚輝;王樂笛;周千昂;李小鵬
• 申請（專利權）人: 國網安徽省電力有限公司淮南供電公司;國網安徽省電力有限公司檢修分公司;中國科學技術大學;國家電網有限公司
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/246;G06T7/277;G06T7/33;G06T7/207
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務所(普通合伙) 34125
• 代理人: 李璐

本發明公開了一種用于輸電塔場景下的自主巡檢無人機的高精度定位方法，包括以下步驟：S1：提取巡檢無人機慣性導航裝置中的數據，計算出無人機在輸電塔場景下的絕對姿態與位置；S2：利用巡檢無人機上的視覺傳感器對輸電塔周圍環境進行數據采集，計算相鄰兩幀圖像中像素的位移，得到無人機的相對位姿變化，通過時間和像素的梯度分析得到無人機光流的運動情況，進行輔助導航定位；S3：根據步驟S1得到的無人機絕對姿態與位置以及步驟S2得到的相對位姿變化數據，結合采集到所述圖像的特征點信息，計算無人機位姿，使無人機獲得更精確的位姿信息。還公開了該高精度定位系統。本發明能夠實現無人機在電力系統輸電塔自主巡檢的功能。

技術領域

本發明涉及無人機技術領域，特別是涉及一種用于輸電塔場景下的自主巡檢無人機的高精度定位方法及其系統。

背景技術

目前超高壓輸電線路的巡檢主要靠人工巡視為主，載人直升機與無人機巡檢為輔。人工巡檢方式不但人員的工作強度大、工作條件差、工作效率低，而且存在人身安全的風險，特別是一些原因不明和測距不準的故障會增加工作量，有些線路還受地形因素影響造成巡線困難；而載人直升機受航空管制、天氣、使用成本等因素的制約，不能及時地對事故、異常進行查找，也難以滿足運行規程規定的巡檢周期。

多旋翼無人機擁有機動靈活、懸停穩定性好以及便于操控的特點，目前在輸電線路巡檢中得到一定的推廣應用，但是此類無人機都是非智能化的，還是需要人員操控和進行缺陷識別。在實際操作過程中，傳統的多旋翼巡線無人機是用高清攝像頭進行場景拍攝，通過圖傳系統傳到接收終端，再通過工作人員人工盯查，這往往費時費力，并沒有徹底解決勞動強度大的問題。而現階段基本上是三個人在一起作業，一個飛機遙控操作手，一個視頻檢查員或聯絡員，對于大型桿塔或者線路，需要用對講機來指揮無人機操作手進行作業，但是由于視野和坐標系的不同，往往溝通效率較低。因此為實現由非智能無人機巡檢階段向全自主無人機巡檢階段的跨越，設計研究出一種應用于輸電塔場景下的自主巡檢無人機的高精度定位方案，將會具有重大的現實意義與經濟價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種用于輸電塔場景下的自主巡檢無人機的高精度定位方法及其系統，能夠實現無人機在電力系統輸電塔自主巡檢的功能。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種用于輸電塔場景下的自主巡檢無人機的高精度定位方法，包括以下步驟：

S1：提取巡檢無人機慣性導航裝置中加速度計和陀螺儀中的數據，計算出無人機在輸電塔場景下的絕對姿態與位置；

S2：利用巡檢無人機上的視覺傳感器對輸電塔周圍環境進行數據采集，根據采集到的圖像，計算相鄰兩幀圖像中像素的位移，得到無人機的相對位姿變化，通過時間和像素的梯度分析得到無人機光流的運動情況，進行輔助導航定位；

S3：根據步驟S1得到的無人機絕對姿態與位置以及步驟S2得到的相對位姿變化數據，結合采集到所述圖像的特征點信息，計算無人機位姿，使無人機獲得精確的位姿信息。

在本發明一個較佳實施例中，步驟S1的具體步驟包括：

S101：根據無人機初始速度與位置，及提取加速度計中的無人機在三個軸向運動的加速度，解算出無人機當前速度與位置；

S102：根據提取陀螺儀中的無人機在三個軸向運動的旋轉角速度，合并步驟S101中解算的無人機當前速度與位置，結合姿態初始矩陣解算出無人機的航向與姿態。

在本發明一個較佳實施例中，步驟S2的具體步驟包括：

S201：根據無人機巡檢過程中采集到相鄰兩幀圖像的光強連續情況，利用如下式的光流方程，求得圖像中像素在x軸上的運動速度，記為圖像中像素在y軸上的運動速度，記為圖像在該點x方向處的梯度記為ψ_x；圖像在該點y方向處的梯度記為ψ_y；圖像灰度對時間的變化量記為ψ_t：