[發明專利]基于同步定位與建圖的無人機監測電線桿傾斜度系統

有效

• 申請號: 202011413246.3
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112200863B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 柯峰;譚詠雯;彭陶峰;柯永達;敬偉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;廣東中網電力有限公司
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06T7/68;G06T7/00;G06F16/29;G06F16/906;G06Q10/00;G06Q50/06;G01C9/00
• 代理公司: 北京中譽至誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11858
• 代理人: 霍麗惠

1.基于同步定位與建圖的無人機監測電線桿傾斜度系統，用于測量電線桿的傾斜度，其特征在于：包括電線桿結構模型數據庫模塊、無人機飛行與測量模塊和無人機數據處理模塊；

所述電線桿結構模型數據庫模塊用于對電線桿進行分類并構建對應的電線桿數學結構模型，以及根據所述電線桿數學結構模型設計無人機的初始巡檢路線；所述無人機飛行與測量模塊用于獲取所述電線桿的三維坐標數據和所述無人機的位姿數據并實現同步定位與建圖；所述無人機數據處理模塊用于根據所述電線桿的三維坐標數據和所述無人機的位姿數據擬合出電線桿的中心軸線以及計算出電線桿的傾斜度；

所述無人機飛行與測量模塊包括無人機，所述無人機根據不同的電線桿選擇不同的所述初始巡檢路線；所述無人機數據處理模塊對所述三維坐標數據進行切割、拼接、消除雜點以得到所需數據，根據所需數據按照初始設定的電線桿數學結構模型擬合出電線桿的中心軸線，計算所述中心軸線的傾斜度；所述擬合出電線桿的中心軸線是通過無人機圍繞電線桿在不同高度下做圓周飛行，實現無人機的同步定位與建圖，獲取多組同一高度下的電線桿的二維坐標數據，調整無人機飛行的高度，重復獲取多組不同高度下的電線桿的二維坐標數據，利用最小二乘法將這些二維坐標數據擬合出多個不同高度上的擬合圓，獲取這些擬合圓的圓心坐標數據，將不同高度上的擬合圓的圓心坐標數據擬合出三維空間中的直線方程，得到電線桿的中心軸線。

2.根據權利要求1所述的基于同步定位與建圖的無人機監測電線桿傾斜度系統，其特征在于：所述電線桿采用鋼結構桿、木結構桿或鋼筋混凝土結構桿，所述電線桿的簡化模型為立于地面的圓柱體。

3.根據權利要求1所述的基于同步定位與建圖的無人機監測電線桿傾斜度系統，其特征在于：所述無人機飛行與測量模塊還包括前置攝像頭、激光雷達和慣性測量單元，所述激光雷達、所述前置攝像頭和所述慣性測量單元搭載在所述無人機上，所述前置攝像頭用于獲取電線桿的圖像數據，所述激光雷達用于獲取電線桿的三維坐標數據，所述慣性測量單元用于提供所述無人機的角速度和線速度以獲取無人機的位姿數據。

4.根據權利要求3所述的基于同步定位與建圖的無人機監測電線桿傾斜度系統，其特征在于：所述無人機為具有GPS系統的四旋翼無人機，所述無人機的運動模型為圍繞電線桿做圓周飛行，所述電線桿的三維坐標數據基于所述前置攝像頭的坐標系計算獲取。

5.根據權利要求3所述的基于同步定位與建圖的無人機監測電線桿傾斜度系統，其特征在于：所述慣性測量單元包括加速計和陀螺儀，通過所述慣性測量單元不斷更新無人機的運動模型和狀態方程，改變無人機的巡檢路線，以實現同步定位與建圖進行地圖數據采集。

6.根據權利要求5所述的基于同步定位與建圖的無人機監測電線桿傾斜度系統，其特征在于：所述前置攝像頭獲取的圖像數據與所述慣性測量單元提供的角速度和線速度通過采用視覺慣導里程計進行融合，先對兩幀采集圖像數據的時間差內的慣性測量單元提供的角速度和線速度進行積分解算出位姿數據，然后融合所述積分得到的位姿數據和根據所述前置攝像頭獲取的圖像數據，得到視覺慣導里程計的無人機的位姿數據。

7.根據權利要求5所述的基于同步定位與建圖的無人機監測電線桿傾斜度系統，其特征在于：所述同步定位與建圖包括觀測點提取和數據關聯；所述觀測點提取是對所述電線桿的三維坐標數據和所述無人機的位姿數據進行觀測點提取，所述觀測點為無人機停下來進行測量的位置，通過所述數據關聯判斷該觀測點是否為之前觀測到的，如果不是，則將該觀測點加入更新狀態方程；所述數據關聯是在不同時間、不同地點的傳感器測量之間、傳感器測量與地圖特征之間或不同的地圖特征之間建立對應的關系，以確定它們是否源于環境中同一物理實體的過程。

8.根據權利要求1所述的基于同步定位與建圖的無人機監測電線桿傾斜度系統，其特征在于：同一高度下的電線桿的二維坐標數據大于或等于10組。