[發(fā)明專利]基于無(wú)人機(jī)的風(fēng)機(jī)巡檢航線生成方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211084022.1
• 申請(qǐng)日: 2022-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN115480589B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張觀良;姜廣周
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中科云尚(南京)智能技術(shù)有限公司;北京中科利豐科技有限公司
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 南京群邁知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32690
• 代理人: 王敏

1.一種基于無(wú)人機(jī)的風(fēng)機(jī)巡檢航線生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1,生成到達(dá)風(fēng)機(jī)上方的第一航線L1，第一航線L1包括三個(gè)航點(diǎn)，三個(gè)航點(diǎn)分別為第一風(fēng)機(jī)上方航點(diǎn)、第二風(fēng)機(jī)上方航點(diǎn)和第三風(fēng)機(jī)上方航點(diǎn)；第一風(fēng)機(jī)上方航點(diǎn)的經(jīng)緯度是無(wú)人機(jī)所在的經(jīng)緯度，高度高于周圍的阻礙物；第二風(fēng)機(jī)上方航點(diǎn)的經(jīng)緯度是風(fēng)機(jī)塔筒的經(jīng)緯度，高度是第一風(fēng)機(jī)上方航點(diǎn)的高度；第三風(fēng)機(jī)上方航點(diǎn)的經(jīng)緯度是風(fēng)機(jī)塔筒的經(jīng)緯度，高度大于輪轂高度和葉片長(zhǎng)度之和，控制無(wú)人機(jī)到達(dá)第三風(fēng)機(jī)上方航點(diǎn)后，調(diào)整云臺(tái)垂直向下拍攝，獲取風(fēng)機(jī)頂視圖；

S2，根據(jù)風(fēng)機(jī)頂視圖與當(dāng)前云臺(tái)的偏航角計(jì)算風(fēng)機(jī)當(dāng)前的偏航角；

S3，根據(jù)風(fēng)機(jī)當(dāng)前偏航角，生成到達(dá)輪轂正前方的第二航線L2，第二航線L2包括第一正前方航點(diǎn)和第二正前方航點(diǎn)，第一正前方航點(diǎn)為輪轂正前方的經(jīng)緯度，高度為無(wú)人機(jī)當(dāng)前高度；第二正前方航點(diǎn)是輪轂正前方的經(jīng)緯度，高度為輪轂高度，控制無(wú)人機(jī)到達(dá)云臺(tái)后調(diào)整為水平拍攝，從云臺(tái)中的可見光攝像頭中獲取風(fēng)機(jī)輪轂正視圖，控制無(wú)人機(jī)機(jī)頭方向調(diào)整為風(fēng)機(jī)偏航角-180°；

S4，基于風(fēng)機(jī)輪轂正視圖計(jì)算風(fēng)機(jī)的葉片角度；

S5，基于風(fēng)機(jī)偏航角和葉片角度，生成巡檢航線；

步驟S2計(jì)算風(fēng)機(jī)當(dāng)前的偏航角具體包含以下步驟:

201)利用分割算法獲取只有風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)頂視圖的二值圖，從風(fēng)機(jī)頂視圖的二值圖的四條邊依次向中心搜索葉片，得到葉片延伸至圖像四條邊的區(qū)域，葉片延伸至圖像四條邊的區(qū)域?yàn)槿~片區(qū)域；得到葉片延伸至圖像四條邊的區(qū)域，確定葉片的位置，并獲得葉片端點(diǎn)；

202)去除葉片區(qū)域，基于風(fēng)機(jī)的機(jī)艙所在區(qū)域計(jì)算出機(jī)艙的最大內(nèi)接矩形，將最大內(nèi)接矩形的較長(zhǎng)的中線作為機(jī)艙中線；

203)根據(jù)葉片端點(diǎn)和機(jī)艙中線，計(jì)算出在風(fēng)機(jī)頂視圖上以機(jī)艙尾部為坐標(biāo)原點(diǎn)的偏航角度a，根據(jù)云臺(tái)偏航角b，得到風(fēng)機(jī)偏航角c；

步驟203)具體包括以下步驟：

選取葉片的一個(gè)端點(diǎn)p_y0，機(jī)艙中線的兩個(gè)端點(diǎn)分別為p_c0和p_c1，計(jì)算端點(diǎn)p_y0在中線上的投影點(diǎn)p_⊥，機(jī)艙尾部上的點(diǎn)是機(jī)艙中線端點(diǎn)中距離投影點(diǎn)p_⊥較遠(yuǎn)的點(diǎn)，以投影點(diǎn)p_⊥為端點(diǎn)，計(jì)算得到以機(jī)艙尾部為坐標(biāo)原點(diǎn)的偏航角度a，云臺(tái)偏航角為b，其中以正北為0°，向東為正，向西為負(fù)，得到風(fēng)機(jī)偏航角c＝90°+a+b，得到風(fēng)機(jī)偏航角c，風(fēng)機(jī)偏航角c：

風(fēng)機(jī)偏航角c∈(-180,180]；

步驟S5具體包括以下步驟：

在得到風(fēng)機(jī)偏航角c和葉片角度d后，基于風(fēng)機(jī)的葉輪仰角e、葉片錐角v計(jì)算巡檢航線，基于輪轂的坐標(biāo)系在坐標(biāo)系下，第一葉片的角度為d′＝270°-d；根據(jù)葉輪仰角e，在所述坐標(biāo)系下對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣為：

得到第一葉片方向向量v_b＝R_p[cos(d′)*cos(v),sin(v),sin(d′)*cos(v)]^T，通過(guò)替換葉片角度得到第二葉片和第三葉片的方向向量；

已知葉片長(zhǎng)度l和無(wú)人機(jī)初始位置后，得到巡檢航線；在拍攝第一葉片的前緣時(shí)，以輪轂正前方作為第一個(gè)航點(diǎn)，坐標(biāo)為p₁＝[0,g,0]^T，其中g(shù)是無(wú)人機(jī)離輪轂的距離；葉片長(zhǎng)度為l，葉片葉尖的位置為p₂＝p₁+lv_b，巡檢其中一個(gè)葉片前緣的前緣部分；

基于葉片的方向向量和葉片長(zhǎng)度l，動(dòng)態(tài)生成基于坐標(biāo)系的巡檢航點(diǎn)；基于坐標(biāo)系的巡檢航點(diǎn)轉(zhuǎn)換成無(wú)人機(jī)能夠使用的經(jīng)緯度和高度；

基于坐標(biāo)系的巡檢航點(diǎn)轉(zhuǎn)換成無(wú)人機(jī)能夠使用的經(jīng)緯度和高度具體包括以下步驟：

將基于坐標(biāo)系生成的巡檢航點(diǎn)轉(zhuǎn)成基于站心坐標(biāo)系的航點(diǎn)，已知風(fēng)機(jī)偏航角c和輪轂高度h時(shí)，從坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到基于站心坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為：

巡檢航點(diǎn)用坐標(biāo)表示x＝[x₀,x₁,x₂]^T，齊次坐標(biāo)為x′＝[x₀,x₁,x₂,1]^T，將x′轉(zhuǎn)換為基于站心坐標(biāo)系下的坐標(biāo)公式為得到站心坐標(biāo)后，轉(zhuǎn)換成經(jīng)緯度和海拔。