[發明專利]一種水電站引水管道內無人機自動巡檢的定位導航方法

在審

• 申請號: 202210975309.7
• 申請日: 2022-08-15
• 公開（公告）號: CN115290093A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 沈潤杰;何斌;占全喜
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G05D1/08
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

1.一種水電站引水管道內無人機自動巡檢的定位導航方法，其特征在于，包括：

利用無人機搭載的激光雷達掃描引水管道內部，得到點云數據，并將點云數據擬合為圓柱體模型；

確定所述圓柱體模型的中軸線；

確定機體坐標系下無人機的當前位置坐標在所述中軸線的垂足點，根據所述垂足點計算無人機的目標點位置；

根據前后兩幀中軸線的距離變化，計算中軸線坐標系下無人機的實際速度，并將中軸線坐標系下無人機的實際速度轉換至世界坐標系下；

根據無人機的實際速度和期望速度，對無人機進行姿態調整。

2.根據權利要求1所述的一種水電站引水管道內無人機自動巡檢的定位導航方法，其特征在于，還包括：對點云數據進行預處理；所述預處理包括：

確定點云數據的中心點，截取點云數據中各點到中心點距離大于1m且小于10m范圍內的點云數據；

采用統計濾波方法計算所截取的點云數據中每個點到其最近的K個點的平均距離和標準差，根據標準差準則，剔除噪聲點云。

3.根據權利要求1所述的一種水電站引水管道內無人機自動巡檢的定位導航方法，其特征在于，所述確定圓柱體模型的中軸線，包括：

沿世界坐標系的X軸方向等距切割當前幀的所述圓柱體模型，得到多個切割平面；引水管道的布設方向與世界坐標系的X軸重合；

基于RANSAC算法將各個所述切割平面上的點云擬合為橢圓模型；

將當前幀下的橢圓中心點簇擬合為直線或曲線，作為當前幀圓柱體模型的中軸線。

4.根據權利要求3所述的一種水電站引水管道內無人機自動巡檢的定位導航方法，其特征在于，當上一幀圓柱體模型的中心線為直線時，切割點為：

過切割點且垂直上一幀中心線做平面，得到切割平面，切割平面的表達式為：

x'(x-x_i)+b'(y-y_i)+c'(z-z_i)＝0

其中，(x_i，y_i，z_i)表示切割平面上一點，同時是圓柱體模型中心軸線上一點；表示切割平面的間距，x_max表示點云三維坐標集中x方向最大值，x_min表示點云三維坐標集中x方向最小值；i表示當前幀的切割平面數量；x₀表示上一幀圓柱體中心線經過的點X方向坐標；y'₀表示當前幀圓柱體中心線經過的點Y方向坐標；z'₀表示當前幀圓柱體中心線經過的點Z方向坐標；a'表示當前幀圓柱體中心線的方向向量X方向；b'表示當前幀圓柱體中心線的方向向量Y方向；c'表示當前幀圓柱體中心線的方向向量Z方向。

5.根據權利要求3所述的一種水電站引水管道內無人機自動巡檢的定位導航方法，其特征在于，當上一幀圓柱體模型的中心線為曲線時，切割點為：

過切割點做切線，切線表達式為：

經過切割點，且垂直于該切線做平面，得到切割平面，切割平面的表達式為：

其中，w'₀表示上一幀圓柱體模型中心線的曲線多項式的常數項，w'₁表示上一幀圓柱體模型中心線的曲線多項式的一次項，w'₂表示上一幀圓柱體模型中心線的曲線多項式的二次項，w'₃表示上一幀圓柱體模型中心線的曲線多項式的三次項；w₁表示當前幀圓柱體模型中心線的曲線多項式的一次項，w₂表示當前幀圓柱體模型中心線的曲線多項式的二次項，w₃表示當前幀圓柱體模型中心線的曲線多項式的三次項；x_ic表示第i個切割平面經過點的X方向坐標；z_ic表示第i個切割平面經過點的Z方向坐標。