一种巡线机器人GPS位置校正定位方法及系统与流程

一种巡线机器人gps位置校正定位方法及系统
技术领域
1.本发明涉及电力设备巡检技术领域，特别是一种巡线机器人gps位置校正定位方法及系统。


背景技术：

2.输电线路作为电力输送的重要组成部分，其因为管线较长、电力设备较多等特点，经常需要巡检人员沿线进行管线和设备的运维巡检。随着科技的不断进步，出现了能够对输电线路进行巡检的机器人，机器人在架空的高压线路上用滑轮来回巡检工作。适用于森林、高山等地形复杂地带的电路运输巡检工作，减轻巡检人员的工作负担。
3.导航定位是保障线路架空检修机器人正常运行的必要条件，只有精准可靠的定位，才能保证巡检机器人出色的完成作业任务，维护电路安全运行。常用的导航定位系统为gps，但是，gps的导航解算需要在可见范围内涵盖至少四颗卫星，而检修机器人的工作环境复杂，当机器人运行在山区或城市等信号容易被覆盖的区域，会出现可见范围内卫星数量小于4颗的情况，从而导致gps信号丢失，造成定位信息不准确，最终有可能导致巡检机器人脱离轨道，从而造成设备的损坏的情况所发生。


技术实现要素：

4.针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种巡线机器人gps位置校正定位方法及系统。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种巡线机器人gps位置校正定位方法，包括以下步骤：步骤s1：获取机器人在丢失信号前的最后一刻的gps位置以及机器人的运动方向；步骤s2：确认离机器人就近塔杆的经纬度，通过塔杆的经纬度与机器人的运动方向确认机器人在巡检线路的所处直线段；步骤s3：将机器人最后一刻的gps位置转化为经纬度信息，标记为第一经纬度，获取机器人在输电线的所处直线段两端塔杆的经纬度，并分别标记为第二经纬度与第三经纬度；通过第一经纬度、第二经纬度以及第三经纬度对机器人当前的位置进行校正；步骤s4：获取机器人行走的距离，再通过机器人校正后的位置确定当前机器人所在的模拟定位。
6.优选的，在步骤s3中通过第一经纬度、第二经纬度以及第三经纬度对机器人当前的位置进行校正包括如下步骤：将机器人和两个塔杆两两进行组合，组合后分别与地心所构成三个球面角，并分别标记为第一球面角、第二球面角与第三球面角；通过第一球面角、第二球面角、第三球面角以及地球半径获取得到机器人与两个塔杆三者之间的距离，其中距离获取公式一如下：
公式一：，表示其两个塔杆之间的距离长度、r为地球半径、a为两个塔杆与地心形成球面角的角度，同样可以通过公式一获取得到、分别为机器人到两个塔杆的距离，，，其中b、c分别为不同塔杆、机器人与地心形成球面角的角度，、分别表示两个塔杆到机器人的的距离长度；获取以机器人与两个塔杆为顶点所构成的三角形的夹角，通过其中一塔杆为顶点所对应的夹角与该塔杆到机器人的距离计算得出得到机器人在gps定位上的误差值h；判断误差值h是否大于阈值，若是，则所述机器人并未处于该直线段所在路径上，重复步骤s2
‑
s3；若误差值h小于阈值，则使用误差值h对机器人的位置进行校正；其中误差值h的获取公式二如下：；其中为机器人到其中一塔杆的距离，为对应塔杆的夹角。
7.优选的，所述使用误差值h对机器人的位置进行校正包括以下步骤：通过误差值h、机器人与其中一塔杆的距离以及该塔杆为顶点所对应的夹角获取机器人在两个塔杆之间的映射距离，其中映射距离的获取公式三如下：，其中d为机器人在两个塔杆之间的映射距离，为机器人到其中一塔杆的距离，为对应塔杆的夹角；判断映射距离d是否大于，若是，则说明机器人已经脱离当前选取两个塔杆的巡检线路直线段，重复步骤s2
‑
s3，若否，则说明机器人在塔杆之间。
8.优选的，在获取映射距离d前，判断两个塔杆为顶点所对应的夹角大小，选取较小的夹角作为计算映射距离d的夹角。
9.优选的，步骤s1前，还需要对巡检线路上的采集所有塔杆经纬度，并存储在机器人的读写区域内。
10.优选的，所述步骤s4包括以下步骤：通过机器人在正常巡逻时的行走速度、运动频率以及信号丢失的时长得到机器人的行走距离；以机器人校正后的位置作为机器人的起点，通过机器人的运动方向以及行走距离计算得到机器人的模拟定位。
11.一种巡线机器人gps位置校正定位系统，使用上述一种巡线机器人gps位置校正定位方法，包括设置于机器人内的机器人信号获取模块、塔杆位置信号获取模块、线段确认模块、校正模块以及模拟定位模块；所述机器人信号获取模块包括：机器人定位信息获取模块与机器人运动信息获取模块，所述机器人定位信息获取模块用于获取机器人在信号丢失前最后一刻的gps位置；所述机器人运动信息获取模块用于获取机器人的运动方向、运动速度以及运动频率；所述塔杆位置信号获取模块用于调用存储于机器人内塔杆的经纬度信息；
所述线段确认模块用于根据机器人的运动方向与塔杆的经纬度信息确认机器人在巡检线路的所处直线段；所述校正模块用于根据机器人的gps位置以及塔杆的经纬度信息对机器人的定位进行校正；模拟定位模块用于根据机器人校正后的位置与机器人的运动信息得到出机器人的模拟定位。
12.优选的，所述校正模块包括：距离获取模块、误差值获取模块与映射距离获取模块；所述距离获取模块用于根据机器人经纬度与塔杆经纬度获取三者之间的距离；所述误差值获取模块用于获取机器人在gps定位与实际定位的误差值；所述映射距离获取模块用于根据误差值、机器人与其中一塔杆的距离以及对应塔杆的夹角获取机器人在两个塔杆之间的映射距离。
13.优选的，还包括判断模块，所述判断模块用于在获取映射距离前，判断两个塔杆的夹角大小，选取夹角较小的塔杆夹角作为计算映射距离的夹角。
14.优选的，还包括设置于机器人内的存储模块；所述存储模块用于记录所有塔杆的经纬度。
15.本发明的有益效果：1.本技术采用模拟定位方法，可以判断机器人是否丢失了gps信号，采用经纬度进行定位以及校正，能够提高机器人模拟定位的精准度，保证设备的安全。
16.2.本技术方案中的算法简单，计算量少，更加适用于长期处于不良网络状态下的机器人，保证机器人能够及时算出模拟定位，确保设备安全。
附图说明
17.图1是本发明中方法的流程图；图2是本发明系统的结构示意图；图3是机器人与两个塔杆经纬度的俯视图；图4是地球球心、机器人与塔杆的位置示意图。
具体实施方式
18.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.如图1~2所示，一种巡线机器人gps位置校正定位方法，包括以下步骤：步骤s1：获取机器人在丢失信号前的最后一刻的gps位置以及机器人的运动方向；步骤s2：确认离机器人就近塔杆的经纬度，通过塔杆的经纬度与机器人的运动方向确认机器人在巡检线路的所处直线段；步骤s3：将机器人最后一刻的gps位置转化为经纬度信息，标记为第一经纬度，获取机器人在输电线的所处直线段两端塔杆的经纬度，并分别标记为第二经纬度与第三经纬度；通过第一经纬度、第二经纬度以及第三经纬度对机器人当前的位置进行校正；步骤s4：获取机器人行走的距离，再通过机器人校正后的位置确定当前机器人所在的模拟定位。
23.机器人为了网络安全的原因，是无法连接到外网，无法通过现有的软件来输入gps定位获取到机器人的位置。而且gps定位会有一定的误差，获取到的机器人gps定位不一定会在巡检线路上，但是这种误差是有限的，是能够被接收的。
24.在丢失信号的最后一刻，需要获取得到机器人附近塔杆的经纬度确定机器人所在的巡检线路，但是可能存在多段巡检线路，但是每一段巡检线路均为直线段，而且相邻的巡检线路的方向大部分是不相同的，此时只需要知道机器人的运动方向即可筛选掉大部分的巡检线路，当确认巡检线路后，巡检线路两端塔杆的经纬度就能求出。在遇到误差时，机器人与巡检线路上的前后两个塔杆在俯视或者仰视的角度观察刚好形成一个三角形，通过第一经纬度、第二经纬度以及第三经纬度即可计算三角形的三条边的长度，即三者之间的距离，在通过三角函数计算可得出机器人在巡检线路上的映射位置，在通过计算机器人行走的距离就能得到机器人所在的模拟定位。本技术的计算方案，能快速计算得到机器人的模拟定位，而且采用经纬度进行定位以及校正，能够提高机器人模拟定位的精准度，保证设备的安全。机器人其自身设计的影响，无法在内设置发展的运算方法，当使用复杂算法时需要通过云端计算后通过网络传输给机器人，但是机器人工作的网络环境通常情况下都不佳，导致了复杂的算法无法实施。而本技术所采用简单三角函数以及球体的运算方法，能够适用于巡线机器人内。
25.优选的，在步骤s3中通过第一经纬度、第二经纬度以及第三经纬度对机器人当前的位置进行校正包括如下步骤：将机器人和两个塔杆两两进行组合，组合后分别与地心所构成三个球面角，并分别标记为第一球面角、第二球面角与第三球面角；通过第一球面角、第二球面角、第三球面角以及地球半径获取得到机器人与两个塔杆三者之间的距离，其中距离获取公式一如下：公式一：，其中，如图3~4所示，表示其两个塔杆之间的距离长度、r
为地球半径、a为两个塔杆与地心形成球面角的角度，同样可以通过公式一获取得到、分别为机器人到两个塔杆的距离，，，其中b、c分别为不同塔杆、机器人与地心形成球面角的角度，、分别表示两个塔杆到机器人的的距离长度；获取以机器人与两个塔杆为顶点所构成的三角形的夹角，通过其中一塔杆为顶点所对应的夹角与该塔杆到机器人的距离计算得出得到机器人在gps定位上的误差值h；判断误差值h是否大于阈值，若是，则所述机器人并未处于该直线段所在路径上，重复步骤s2
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s3；若误差值h小于阈值，则使用误差值h对机器人的位置进行校正；其中误差值h的获取公式二如下：；其中为机器人到其中一塔杆的距离，为对应塔杆的夹角。
26.在现有的技术中，通过两个经纬度的点直接计算可以得到两个经纬度点的距离，但是由于地球为一个球面，通过经纬度直接计算会影响到数据的准确性，故本技术的技术方案球面角的方法来计算，即地球球心到两个经纬度点的角度是可以通过计算得出，如图4所示o点为地球的球心、a、b、c分别为两个塔杆和机器人，在通过公式一代入第一球面角、地球半径可计算得出两个经纬度点之间的距离。同理可以计算得到两个塔杆分别到机器人的距离以及两个塔杆的距离（巡检线路直线段的长度）。此时，塔杆与机器人之间形成一个三角形，由于无法知道机器人gps定位的具体误差方向，为了减少误差所带来的影响，本技术将机器人到巡检线路直线段的最短距离作为误差值h，此时误差值h、机器人到塔杆的距离可以看作为一个直角三角形，此时通过三角函数即可获取得到误差值h的具体值，判断误差值h是否大于阈值，若是大于阈值，则说明了选取的机器人在巡检线路的所处直线段选取错误，应该重新选取机器人在巡检线路的所处直线段，直到误差值h小于阈值。采用此方法能够大大提高在确认巡检路线是的精准度，保证机器人的定位准确。
27.优选的，所述使用误差值h对机器人的位置进行校正包括以下步骤：通过误差值h、机器人与其中一塔杆的距离以及该塔杆为顶点所对应的夹角获取机器人在两个塔杆之间的映射距离，其中映射距离的获取公式三如下：，其中d为机器人在两个塔杆之间的映射距离，为机器人到其中一塔杆的距离，为对应塔杆的夹角；判断映射距离d是否大于，若是，则说明机器人已经脱离当前选取两个塔杆的巡检线路直线段，重复步骤s2
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s3，若否，则说明机器人在塔杆之间。
28.如图3所示的为机器人与两个塔杆经纬度的俯视图，a点和b点为分别为两个塔杆的经纬度，c点为机器人在最后一刻的经纬度，是塔杆a到塔杆b的距离，所述为机器人到塔杆a的距离，为机器人到塔杆b的距离，此时a、b、c三个点从俯视的角度看构成一个三角形，因为机器人在实际始终是在这个线段内的，但是获取到机器人的定位有所偏差，所以会出现误差值h，在本技术将机器人到巡检线路直线段的最短距离作为误差值h，此时可以将机器人通过最短距离到达巡检线路直线段的这个一点为机器人在信号丢失前的实际
定位，即误差值h到巡检线路直线段的垂点为机器人的在信号丢失前的实际定位，具体的可以作出c点的垂线至，d点为误差值h在上的垂足，d为a点到d点的距离，此时可以通过余弦定理计算得出机器人在两个塔杆之间的映射距离d。当然，此时不能确认该映射距离是否为正确的定位，需要再次判断映射距离是否大于两个塔杆之间的距离（巡检线路直线段的长度），若大于，则说明当前机器人已经脱离两个塔杆的巡检线路直线段，需要重新选取巡检线路直线段，直到映射距离小于选取两个塔杆的距离。
29.采用此方法能够大大提高在确认巡检路线是的精准度，保证机器人的定位准确。
30.在重复步骤s2中，选取的塔杆应当与重复选取前的塔杆为部不重复的塔杆，避免重新计算时对已选取的塔杆进行计算，造成重复的计算。
31.优选的，在获取映射距离d前，判断两个塔杆为顶点所对应的夹角大小，选取较小的夹角作为计算映射距离d的夹角。
32.本技术中是采用余弦定理来计算得到映射距离，当机器人脱离当选择的直线段时，其中一塔杆的夹角会大于90
°
，当使用该角度来代入所述公式三计算得出的映射距离d同样会小于两个塔杆之间的距离，故在计算映射距离前必须要先获取得到较小的夹角，以确保计算映射距离的准确性，同样在重新选取夹角时，应当重新计算映射距离中的数据，即重新选取夹角除以外的邻边。
33.优选的，步骤s1前，还需要对巡检线路上的采集所有塔杆经纬度，并存储在机器人的读写区域内。
34.在运行机器人前需要将巡检线路上的采集所有塔杆经纬度采集下来，采集的方法可以通过工作人员在地图上定位获取或者直接采用gps定位获取，获取后将其写入机器人的读写区域内，在每次进行模拟定位时就不用获取巡检线路上的采集所有塔杆经纬度，直接调用读写区域内的数据即可。
35.优选的，所述步骤s4包括以下步骤：通过机器人在正常巡逻时的行走速度、运动频率以及信号丢失的时长得到机器人的行走距离；以机器人校正后的位置作为机器人的起点，通过机器人的运动方向以及行走距离计算得到机器人的模拟定位。
36.一种巡线机器人gps位置校正定位系统，使用上述一种巡线机器人gps位置校正定位方法，包括设置于机器人内的机器人信号获取模块、塔杆位置信号获取模块、线段确认模块、校正模块以及模拟定位模块；所述机器人信号获取模块包括：机器人定位信息获取模块与机器人运动信息获取模块，所述机器人定位信息获取模块用于获取机器人在信号丢失前最后一刻的gps位置；所述机器人运动信息获取模块用于获取机器人的运动方向、运动速度以及运动频率；所述塔杆位置信号获取模块用于调用存储于机器人内塔杆的经纬度信息；所述线段确认模块用于根据机器人的运动方向与塔杆的经纬度信息确认机器人在巡检线路的所处直线段；所述校正模块用于根据机器人的gps位置以及塔杆的经纬度信息对机器人的定位进行校正；
模拟定位模块用于根据机器人校正后的位置与机器人的运动信息得到出机器人的模拟定位。
37.优选的，所述校正模块包括：距离获取模块、误差值获取模块与映射距离获取模块；所述距离获取模块用于根据机器人经纬度与塔杆经纬度获取三者之间的距离；所述误差值获取模块用于获取机器人在gps定位与实际定位的误差值；所述映射距离获取模块用于根据误差值、机器人与其中一塔杆的距离以及对应塔杆的夹角获取机器人在两个塔杆之间的映射距离。
38.优选的，还包括判断模块，所述判断模块用于在获取映射距离前，判断两个塔杆的夹角大小，选取夹角较小的塔杆夹角作为计算映射距离的夹角。
39.优选的，还包括设置于机器人内的存储模块；所述存储模块用于记录所有塔杆的经纬度。
40.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
41.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。