基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法及装置与流程

1.本技术涉及航空器控制技术领域，尤其涉及一种基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法及装置。


背景技术：

2.随着以直升机为代表的航空器在工农业生产与应急救援中应用越发广泛，无人机相关产业的迅猛发展以及我国低空空域开放改革的不断深入，在可以预见的未来，中国通用航空产业将会迎来一段发展的黄金时期，航空器的保有量将会呈现出迅猛上升的势头。航空器低空飞行具有高度低、速度快、环境复杂的特点，在飞行过程中，航空器驾驶员主要依靠目视搜索辨认地面障碍物，存在发现距离短、判断准确性低、受气象条件限制大的问题，特别是驾驶员在对架空输电线缆辨认时，在能见度良好的情况下，距离100～200m才能发现高压线，低云、多雾等能见度较差的天气时发现距离会成倍缩短，使飞行员不能准确、迅速地发现架空输电线缆，并有效避让，存在安全隐患，极易发生撞线事故。
3.目前，低空航空器的架空输电线缆探测技术主要分为主动探测式和被动探测式。
4.主动探测式主要有激光雷达与毫米波雷达，其工作原理较为类似，都是通过发射并接收障碍物反射的电磁波，通过信号处理技术对其进行处理，从而得到目标的位置与距离等信息。作为主动式的探测雷达，需要消耗较大的功率，成本较高，占据机体空间较大，以上原因限制了探测雷达在中小型低成本航空器上的应用，同时毫米波雷达的分辨率低的问题以及激光雷达易受恶劣天气影响的问题目前也需要进一步改善。
5.被动探测式主要有图像识别与电磁场探测两种方法。图像识别主要是通过拍摄红外、可见光、紫外等波段的图像，通过图像处理技术及配套算法提取和识别架空输电线缆。目前此种方法已经有了一定的研究进展，但与激光雷达类似，在恶劣天气时，受到的影响较大，尤其可见光波段图像识别系统在夜间时探测能力会较白天大幅下降。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供一种基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法、装置、电子设备及存储介质，可获得精准的航空器到架空输电线的距离数值，从而保障飞行安全。
7.一方面，本技术一实施例提供了一种基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法，包括：
8.分别获取当前时刻和上一时刻时所述航空器上的每个磁场强度传感器采集的磁场强度；其中，所述航空器上包括至少两个安装在不同位置的磁场强度传感器；
9.基于架空输电线在三维空间中的磁场强度分布模型、获取的磁场强度以及磁场强度传感器之间的相对位置关系，确定所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系；其中，所述磁场场强分布模型用于表示三维空间内每个点的磁场强度和每个点到架空输电线的垂直距离之间的关系；
10.基于所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系，对所述航空器进行控制。
11.可选地，所述航空器的中轴线两侧对称设置了磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2，磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2之间的间距为l；所述磁场强度分布模型为：其中，i所述架空输电线的电流强度，r为三维空间内某一点到所述架空输电线的垂直距离，b为所述架空输电线在三维空间内某一点处产生的磁场强度。
12.可选地，所述基于架空输电线在三维空间中的磁场强度分布模型、获取的磁场强度以及磁场强度传感器之间的相对位置关系，确定所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系，包括：
13.基于如下方程组，计算所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系：
[0014][0015]
其中，l为磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2之间的间距，为t1时刻磁场强度传感器q1采集的磁场强度，为t1时刻磁场强度传感器q2采集的磁场强度，为t2时刻磁场强度传感器q1采集的磁场强度，为t2时刻磁场强度传感器q2采集的磁场强度，为t1时刻磁场强度传感器q1到所述架空输电线的垂直距离，为t1时刻磁场强度传感器q2到所述架空输电线的垂直距离，为t2时刻磁场强度传感器q1到所述架空输电线的垂直距离，为t2时刻磁场强度传感器q2到所述架空输电线的垂直距离，i为所述架空输电线的电流强度，α为所述航空器的飞行方向和所述架空输电线的电力线走向之间的夹角。
[0016]
可选地，所述方法还包括：
[0017]
获取当前时刻所述航空器上的磁场方向传感器测量的磁场方向和电场方向传感器测量的电场方向；
[0018]
基于测量的磁场方向和电场方向，获得所述航空器当前所在位置的坡印廷矢量；
[0019]
基于所述坡印廷矢量确定所述架空输电线的电力线走向；
[0020]
基于所述电场方向、当前时刻所述航空器到所述架空输电线的垂直距离和所述电力线走向，确定所述架空输电线相对于所述航空器的三维空间位置。
[0021]
可选地，所述基于架空输电线在三维空间中的磁场强度分布模型、获取的磁场强度以及磁场强度传感器之间的相对位置关系，确定所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系，具体包括：
[0022]
基于架空输电线在三维空间中的磁场强度分布模型、获取的磁场强度、对称设置的两个磁场强度传感器之间的间距、所述航空器在所述上一时刻到所述当前时刻之间的飞行距离，确定所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系。
[0023]
可选地，所述方法还包括：
[0024]
若磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2采集的磁场强度保持相同，则确定所述航空器正沿着所述架空输电线飞行。
[0025]
可选地，所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系包括以下至少一项：所述航空器到所述架空输电线的垂直距离，所述航空器到所述架空输电线的撞击距离，所述航空器的飞行方向和所述架空输电线的电力线走向之间的夹角，所述航空器和所述架空输电线之间的高度差。
[0026]
一方面，本技术一实施例提供了一种基于架空输电线磁场强度的飞行防撞装置，包括：
[0027]
测量模块，用于分别获取当前时刻和上一时刻时所述航空器上的每个磁场强度传感器采集的磁场强度；其中，所述航空器上包括至少两个安装在不同位置的磁场强度传感器；
[0028]
处理模块，用于基于架空输电线在三维空间中的磁场强度分布模型、获取的磁场强度以及磁场强度传感器之间的相对位置关系，确定所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系；其中，所述磁场场强分布模型用于表示三维空间内每个点的磁场强度和每个点到架空输电线的垂直距离之间的关系；
[0029]
控制模块，用于基于所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系，对所述航空器进行控制。
[0030]
一方面，本技术一实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行计算机程序时实现上述任一种方法的步骤。
[0031]
一方面，本技术一实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被处理器执行时实现上述任一种方法的步骤。
[0032]
一方面，本技术一实施例提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述任一种tcp传输性能的控制的各种可选实现方式中提供的方法。
[0033]
本技术实施例提供的基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法、装置、电子设备及存储介质，将航空器附近的架空输电线看作长度远大于直径的近似直导线，构建了磁场强度分布模型，并在航空器上多个点位设置了磁场强度传感器，基于航空器飞行过程中磁场强度传感器多次采集的数据，准确测量出航空器和架空输电线的位置关系，进而防止航空器撞到架空输电线，保障航空器的飞行安全。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0035]
图1为本技术实施例提供的基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法的应用场景示意图；
[0036]
图2为本技术实施例提供的一种基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法的流程示意图；
[0037]
图3为本技术实施例提供的二维模型的示意图；
[0038]
图4a为本技术实施例提供的三维模型的示意图；
[0039]
图4b为t1时刻和t2时刻的航空器所处位置之间的关系示意图；
[0040]
图4c为将和om投射到垂直于架空输电线的平面内的示意图；
[0041]
图5为本技术实施例提供的一种基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法的流程示意图；
[0042]
图6为本技术实施例提供的航空器和架空输电线之间的空间关系的示意图；
[0043]
图7为本技术实施例提供的基于架空输电线磁场强度的飞行防撞装置的结构示意图；
[0044]
图8为本技术实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0045]
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
[0046]
需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0047]
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0048]
为了方便理解，下面对本技术实施例中涉及的名词进行解释：
[0049]
航空器(aircraft)：是航空器中的一个大类，是指通过机身与空气的相对运动(不是由空气对地面发生的反作用)而获得空气动力升空飞行的任何机器。本技术实施例中的航空器包括但不限于气球、飞艇、飞机、滑翔机、旋翼机、直升机、扑翼机、倾转旋翼机等。本技术实施例中的航空器可以是有人驾驶或无人驾驶的航空器。
[0050]
架空输电线：主要是指在室外架设的直流或交流输电线，尤其是在野外的高压输电线。高压输电线缆所输送就是工频频率的交流电，包括中国在内的大多数国家使用的交
流输电线的工频频率为50hz，在美国、加拿大等少数国家的使用的交流输电线的工频频率为60hz，高压输电线缆所输送就是工频频率的交流电。
[0051]
撞击距离：是航空器沿飞行方向到达架空输电线所在竖直面的距离。
[0052]
坡印廷矢量(poynting vector)：是指电磁场中的能流密度矢量。空间某处的电场强度为e，磁场强度为h，该处电磁场的能流密度为s＝e
×
h，方向由e和h按右手螺旋定则确定，沿电磁波的传播方向。大小为s＝ehsinθ，θ为e和h的夹角，表示单位时间通过垂直单位面积的能量，单位为瓦/(米)。
[0053]
附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
[0054]
在具体实践过程中，现有较为成熟的主动探测式和被动探测式的架空输电线缆探测技术，均具有无法适应各种恶劣环境和探测精准度低的问题。
[0055]
交流输电线在工作时线缆电流会产生工频电磁场，当航空器接近输电线时，可通过探测电力线所发射电磁场，提取到其中所包含的电磁场特征信息，并通过算法转化后，可以获得电力线相对于航空器的距离、方向等信息，从而提醒航空器驾驶员及时规避。工频电磁场是一种超长波电磁场，按我国使用的50hz工频频率来计算，工频电磁场的波长大约在6000km，通常航空器的电力线探测距离在10km以内，远远小于一个波长的距离。虽然目前电磁波远近场区域还没有严格的定义，但是不论以任何模型来判断，此时航空器都处于工频电磁场的近场区域。在电磁场近场区域，电场与磁场是可以分别测量的独立分量，同时也没有同步的相位关系，不同于一般意义上的远场区域电磁波，电场矢量与磁场矢量以波阻抗关系紧密耦合，此时可以认为存在于空间中的是独立的工频电场与工频磁场。
[0056]
利用输电线发出的工频电磁场来进行航空器撞线防范的构想最早始于1978年，young提出了一种通过探测工频磁场强度来对电力线附近航空器进行示警的方法，随着航空器不断接近电力线，其探测到的工频磁场强度也不断增大，从而提示飞行员提高警惕。1989年，merritt又提出了通过探测工频电场来对接近电力线的航空器飞行员进行示警的方法，同样是根据电场强度来对相对距离进行判断。1998年，greene设计了一套通过检测电力线发出的50hz或者60hz特定频率交流信号的声光示警系统，通过检测交流信号强度来警告飞行员正在接近电力线。在2003年，greene又继续改进了基于交流信号检测的航空器防撞线示警系统，通过与gps系统协同，把探测到的电力线信息整合到了视觉导航系统上，实现了电力线相对位置的可视化显示。
[0057]
上述研究与技术开发工作完善了基于工频电磁场探测的航空器防撞线技术，但是也存在着一些不足。例如，通过上述探测手段获得的电力线位置信息通常是模糊信息，一般只能通过信号强度的增强来提醒飞行员距离接近，但不会显示具体的距离数值；早期方案中因为电磁波近场理论尚不成熟，对于电力线周围工频电磁场的物理模型设定的较为简单，与实际情况存在偏差；上述方案受限于当时电子元器件性能与计算机的处理能力，在实际应用中，反应时间较长，误报率较高，因此没有进行大规模推广。但随着无人机，高速直升机等新型低空通用航空器的大量使用，无论在军事还是民用领域，进一步探索和研究新一代电磁探测防撞线技术已变得更加迫切。
[0058]
为此，本技术提供了一种基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法，将航空器附近的架空输电线看作长度远大于直径的近似直导线，构建了磁场强度分布模型，并在航空
器上多个点位设置了磁场强度传感器，基于航空器飞行过程中磁场强度传感器多次采集的数据，准确测量出航空器和架空输电线的位置关系，进而防止航空器撞到架空输电线，保障航空器的飞行安全。
[0059]
在介绍完本技术实施例的设计思想之后，下面对本技术实施例的技术方案能够适用的应用场景做一些简单介绍，需要说明的是，以下介绍的应用场景仅用于说明本技术实施例而非限定。在具体实施时，可以根据实际需要灵活地应用本技术实施例提供的技术方案。
[0060]
参考图1，其为本技术实施例提供的基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法的应用场景示意图。该应用场景包括航空器10和架空输电线20，航空器10内部的不同位置分别设置了磁场强度传感器30，用于测量架空输电线20在不同位置处的磁场强度。基于航空器10内部的数据处理设备对多个磁场强度传感器30测量的磁场强度进行处理，以获得航空器相10对架空输电线20的位置，进而指导航空器10躲避架空输电线，保证航空器飞行安全。此外，还可以获取到架空输电线20的精准位置，进而将架空输电线20的位置信息添加到地图数据中，向其它航空器提供包含架空输电线位置信息的地图数据。
[0061]
当然，本技术实施例提供的方法并不限用于图1所示的应用场景中，还可以用于其它可能的应用场景，本技术实施例并不进行限制。对于图1所示的应用场景的各个设备所能实现的功能将在后续的方法实施例中一并进行描述，在此先不过多赘述。
[0062]
为进一步说明本技术实施例提供的技术方案，下面结合附图以及具体实施方式对此进行详细的说明。虽然本技术实施例提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本技术实施例提供的执行顺序。
[0063]
下面结合图1所示的应用场景，对本技术实施例提供的技术方案进行说明。
[0064]
参考图2，本技术实施例提供一种基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法，包括以下步骤：
[0065]
s201、分别获取当前时刻和上一时刻时航空器上的每个磁场强度传感器采集的磁场强度。
[0066]
其中，航空器上包括至少两个安装在不同位置的磁场强度传感器，这样可以测量到架空输电线在三维空间中不同位置处产生的磁场强度。磁场强度传感器的安装位置和数量，可根据实际应用需求设定。
[0067]
具体实施时，磁场强度传感器可以是高斯计、霍尔效应传感器等，不作限定。
[0068]
其中，获取磁场强度的间隔周期(即当前时刻和上一时刻时的间隔周期)可根据实际情况设定，如每间隔2秒获取一次磁场强度传感器采集的磁场强度。也可以结合航空器的飞行速度动态调整间隔周期，飞行速度越快，间隔周期越短。需要说明的是，每个磁场强度传感器在不同时刻采集的是：航空器的飞行轨迹上不同位置处的磁场强度。
[0069]
s202、基于架空输电线在三维空间中的磁场强度分布模型、获取的磁场强度以及磁场强度传感器之间的相对位置关系，确定航空器与架空输电线之间的位置关系。
[0070]
其中，磁场场强分布模型用于表示三维空间内每个点的磁场强度和每个点到架空输电线的垂直距离之间的关系。可通过模拟电荷法、矩量法等方法建立工频电磁场三维空
间场强分布的数学模型，进而获得场强与距离关系的分布函数，即磁场场强分布模型。
[0071]
具体实施时，可将航空器附近的架空输电线看作长度远大于直径的近似直导线，从而获得架空输电线在三维空间中的磁场强度分布模型。具体地磁场强度分布模型可通过如下公式表示：其中，i为架空输电线的电流强度，r为三维空间内某一点到架空输电线的垂直距离，b为架空输电线在三维空间内某一点处产生的磁场强度，μ0为真空磁导率，π为圆周率。
[0072]
将不同时刻采集的磁场强度代入磁场强度分布模型，并结合磁场强度传感器之间的相对位置关系对磁场强度传感器对应的垂直距离r的限定，获得航空器与架空输电线之间的位置关系。
[0073]
具体实施时，航空器与架空输电线之间的位置关系包括以下至少一项：航空器到架空输电线的垂直距离，航空器到架空输电线的撞击距离，航空器的飞行方向和架空输电线的电力线走向之间的夹角，航空器和架空输电线之间的高度差。
[0074]
其中，航空器的飞行方向可基于航空器上的gps、陀螺仪等定位系统获取，具体过程不再赘述。基于架空输电线相对于航空器的空间位置和航空器的飞行方向，可确定航空器到架空输电线的撞击距离。
[0075]
s203、基于航空器与架空输电线之间的位置关系，对航空器进行控制。
[0076]
具体实施时，可预先设置一个安全距离阈值，若航空器到架空输电线的垂直距离小于安全距离阈值，则进行防撞报警，用以提示航空器距离架空输电线过近。航空器操控员在接收到防撞报警后，可手动调整航空器的飞行高度、飞行方向和飞行速度等，使得航空器远离架空输电线。
[0077]
进一步地，若航空器到架空输电线的垂直距离小于安全距离阈值，则可以根据航空器到架空输电线的垂直距离，自动调整航空器的飞行高度、飞行方向和飞行速度中的至少一项参数，使得航空器避开架空输电线。自动调整航空器姿态的防撞方式可以保证无人驾驶航空器的飞行安全。
[0078]
当然，也可以设置撞击距离对应的安全距离阈值，当航空器到架空输电线的撞击距离小于该安全距离阈值时，对航空器进行防撞控制。具体的防撞控制方式不再赘述。
[0079]
根据撞击距离和架空输电线相对于航空器的空间位置等数据，可以更精准地调整飞行高度、飞行方向和飞行速度等，防止航空器与架空输电线发生碰撞。基于高精度的测距和防撞控制方式，使得航空器在对架空输电线进行巡检时，可以贴近架空输电线进行飞行，在提高巡检准确度的同时，保证航空器安全。
[0080]
本技术实施例的基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法，将航空器附近的架空输电线看作长度远大于直径的近似直导线，构建了磁场强度分布模型，并在航空器上多个点位设置了磁场强度传感器，基于航空器飞行过程中磁场强度传感器多次采集的数据，准确测量出航空器和架空输电线的位置关系，进而防止航空器撞到架空输电线，保障航空器的飞行安全。
[0081]
在一种可能的实施方式中，为了方便后续的数据处理，可在航空器的中轴线两侧对称设置磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2，磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2之间的间距为l。对称设置的磁场强度传感器，可以降低数据处理的难度。
[0082]
具体实施时，在航空器沿直线匀速飞行过程中，对称设置的磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2采集的磁场强度始终保持相同，表明磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2到架空输电线的距离始终相等，即表明航空器正沿着架空输电线飞行，此时可根据航空器的飞行轨迹，确定出架空输电线的空间位置。为此，本技术实施例的方法还包括如下步骤：若磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2采集的磁场强度保持相同，则确定航空器正沿着架空输电线飞行。
[0083]
具体实施时，在航空器飞行过程中每个磁场强度传感器采集的磁场强度不变，表明航空器到架空输电线的距离保持不变，则可以确定航空器的飞行方向于架空输电线平行。
[0084]
通过比较多个磁场强度传感器的输出，可以快速判断航空器与架空输电线之间的位置关系。若航空器的飞行方向与架空输电线平行，则磁场强度传感器q1和q2输出的磁场强度相同或维持不变；若航空器的飞行方向与架空输电线之间有一定角度，则可基于磁场强度传感器q1和q2输出的差值，利用设定好的模型得到航空器飞行方向与架空输电线的位置关系。
[0085]
下面介绍利用简化的二维模型或三维模型，确定航空器飞行方向与架空输电线的位置关系的具体方式。
[0086]
在低空飞行场景中，航空器的飞行高度与架空输电线的高度较为相近，因此，在一种实施方式中，可将计算航空器和架空输电线的位置关系的模型简化为二维模型，即忽略航空器和架空输电线的高度差，将两者视为处于同一高度内。以图3为例，磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2分别安装在航空器10两侧的机翼上，磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2之间的间距为l，实线的航空器10代表t1时刻航空器10所处位置，虚线的航空器10代表t2时刻航空器10所处位置，v表示航空器10的飞行方向，一般认为t1～t2时刻航空器10是沿直线匀速飞行的，根据图3所示的几何关系可知t1时刻：同理也可以得到t2时刻：
[0087]
为此，步骤s202的具体实施方式可以是：基于如下方程组计算航空器与架空输电线之间的位置关系，
[0088][0089]
其中，l为磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2之间的间距，为t1时刻磁场强度传感器q1采集的磁场强度，为t1时刻磁场强度传感器q2采集的磁场强度，为t2时刻磁场强度传感器q1采集的磁场强度，为t2时刻磁场强度传感器q2采集的磁场强度，为t1时刻磁场强度传感器q1到架空输电线的垂直距离，为t1时刻磁场强度传感器q2到架空输电线的垂直距离，为t2时刻磁场强度传感器q1到架空输电线的垂直距离，为t2时刻磁场强度传感器q2到架空输电线的垂直距离，i架空输电线的电流强度，α为航空器的飞行方向和架空输电线的电力线走向在水平面上的夹角。其中，的飞行方向和架空输电线的电力线走向在水平面上的夹角。其中，i和α为未知量，其它为已知量。
[0090]
通过求解上述方程组，可获得i和α，然后根据和可求得t1时刻航空器中心点o到架空输电线的垂直距离航空器中心点o到架空输电线的撞击距离op＝d1sinα；根据和可求得t2时刻航空器中心点o到架空输电线的垂直距离航空器中心点o到架空输电线的撞击距离op＝d2sinα。
[0091]
在另一种可能的实施方式中，为了获得更加精准的航空器与架空输电线之间的位置关系，可采用三维模型进行计算。为此，步骤s202的具体实施方式可以是：基于架空输电线在三维空间中的磁场强度分布模型、获取的磁场强度、对称设置的两个磁场强度传感器之间的间距、航空器在上一时刻到当前时刻之间的飞行距离，确定航空器与架空输电线之间的位置关系。其中，上一时刻记为t1时刻，当前时刻记为t2时刻。
[0092]
以图4a为例，磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2分别安装在航空器10两侧的机翼上，磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2之间的间距为l，q1b、fc、q2c、cg均垂直于架空输电线，cg垂直于航空器所在的高度平面，o为q1q2的中点，由此可见fc＝q1b；直线i’是架空输电线i平移到航空器所在的高度平面的，因此直线i’与架空输电线i平行，由于架空输
电线i垂直于平面cgq2，因此直线i’也垂直于平面cgq2，由此可见q1f垂直于q2f；设航空器的飞行方向v和架空输电线的电力线走向i在水平面上的夹角为α，由于v
⊥
q1q2，因此∠q1q2f＝α，q2f＝lcosα。以t1时刻为例，设cg＝h，根据勾股定理可获得h和lcosα之间的关系：由于t1时刻和t2时刻较近，可认为t1～t2时段内，航空器在航空器高度内匀速直线飞行的，且航空器和输电线的高度差维持在h，同理可获得t2时刻h和lcosα之间的关系：
[0093]
图4b为t1时刻和t2时刻的航空器所处位置之间的关系示意图。其中，实线q1q2对应t1时刻航空器所处位置，虚线q1q2对应t2时刻航空器所处位置，oo’为t1～t2时刻航空器的飞行距离δs，具体可根据航空器飞行速度计算飞行距离，即δs＝v(t2‑
t1)，或者可根据t1时刻和t2时刻航空器的坐标位置计算飞行距离δs。∠oo’m＝α，所以om＝δs
·
sinα。
[0094]
图4c为将和om投射到垂直于架空输电线的平面内的示意图，根据勾股定理可知：图，根据勾股定理可知：
[0095]
求解以下方程组：
[0096][0097]
以获得α、h的具体数值，基于这些量进一步计算获得垂直距离、撞击距离等。参考图4a，其中o点到架空输电线的垂直距离即为航空器到架空输电线的垂直距离，参考图4b，op即为撞击距离。
[0098]
在另一种可能的实施方式中，航空器上还设置了与磁场强度传感器q1和磁场强度
传感器q2不在同一直线上的磁场强度传感器q3。通过三点定位的方式，确定航空器和架空输电线之间的位置关系，包括：航空器到架空输电线的垂直距离、航空器到架空输电线的撞击距离、航空器的飞行方向和架空输电线的电力线走向之间的夹角，航空器和架空输电线之间的高度差等。
[0099]
具体实施时，利用二维模型，基于磁场强度传感器q1和q2采集的数据计算出一个二维平面内的一组结果，再基于磁场强度传感器q1和q2采集的数据计算出另一个二维平面内的一组结果，然后两个二维平面相交就形成了三维空间，综合两组结果获得航空器和架空输电线在三维空间的位置关系。
[0100]
在另一种可能的实施方式中，航空器上还可以设置测量电场方向和磁场方向的传感器。具体实施时，测量电场方向的传感器可以是三维电场传感器，测量磁场方向的传感器可以是三分量磁通门传感器。其中，磁场方向传感器输出的磁场方向和电场方向传感器输出的电场方向均为三维矢量。
[0101]
为此，参考图5，本技术实施例的方法还包括如下步骤：
[0102]
s501、获取当前时刻航空器上的磁场方向传感器测量的磁场方向和电场方向传感器测量的电场方向。
[0103]
其中，磁场方向和磁场方向是同一时刻采集的数据。
[0104]
s502、基于测量的磁场方向和电场方向，获得航空器当前所在位置的坡印廷矢量，基于坡印廷矢量确定架空输电线的电力线走向。
[0105]
其中，坡印廷矢量是一个三维矢量，坡印廷矢量s＝e
×
h，e表示电场方向，h表示磁场方向。根据坡印廷定理，坡印廷矢量的方向即为电磁场中能流密度的方向，在近似无限长直导线模型中，可以认为坡印廷矢量的方向与架空输电线的电力线走向重合，因此，坡印廷矢量表示的方向即为架空输电线的电力线走向。
[0106]
s503、基于当前时刻的电场方向、航空器到架空输电线的垂直距离和电力线走向，确定架空输电线相对于航空器的三维空间位置。
[0107]
步骤s503中的垂直距离可以通过前述二维模型确定的。以图6为例，从航空器的测量点o开始沿着电场方向e经过垂直距离r到达架空输电线上的点a，在点a处沿电力线走向s，即可获得架空输电线相对于航空器的三维空间位置。其中，电场方向e和电力线走向s相互垂直。根据电场方向与竖直方向的夹角β和垂直距离r，可计算得到航空器和交流输电线的高度差h＝rcosβ。将交流输电线平移到航空器所在高度，即可计算出航空器到交流输电线的撞击距离d，其中，oa’＝rsinβ，根据航空器的飞行方向v和电力线走向s，计算出v和s的夹角α，进而计算出撞击距离d＝rsinβ/sinα。
[0108]
具体实施时，还可以根据电力线走向和航空器的飞行方向，确定航空器的飞行方向和架空输电线的电力线走向在水平面上的夹角α，获取当前时刻航空器上的磁场强度传感器q1采集的磁场强度b1和磁场强度传感器q2采集的磁场强度b2，基于磁场强度分布模型、b1、b2、夹角α以及磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2之间的相对位置关系，确定航空器与架空输电线之间的位置关系。
[0109]
以二维模型为例，通过以下方程组，获得航空器和架空输电线的位置关系：
[0110][0111]
其中，l为磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2之间的间距，r1为磁场强度传感器q1到架空输电线的垂直距离，r2为磁场强度传感器q2到架空输电线的垂直距离，i架空输电线的电流强度。其中，r1、r2和i为未知量，其它为已知量。通过求解上述方程组可获得r1和r2，然后根据r1和r2可求得航空器中心点o到架空输电线的垂直距离d＝(r1 r2)/2，航空器中心点o到架空输电线的撞击距离d＝dsinα。
[0112]
通过坡印廷矢量获得电力线走向，并结合飞行器方向获得夹角α，可进一步地简化二维模型。
[0113]
具体实施时，还可以实时获取航空器的飞行高度，若飞行高度大于预设的安全高度时，则选择三维模型计算航空器和架空输电线之间的位置关系，若飞行高度不大于安全高度，则选择简化的二维维模型计算航空器和架空输电线之间的位置关系。其中，安全高度可根据航空器当前所处的地势环境进行动态调整。
[0114]
在上述任一实施方式的基础上，可通过gps、陀螺仪等定位系统获取航空器的位置信息，基于航空器的位置信息和架空输电线相对于航空器的空间位置，确定架空输电线的空间位置。通过上述方式，在航空器飞行过程中，获得航空器飞行轨迹上每个位置处测量得到的架空输电线的准确的三维空间位置信息，从而基于大量位置信息绘制出架空输电线在地图数据中的分布位置，并记录在数据库，以更新三维导航地图数据中的障碍物数据。目前我国的架空输电线的位置信息是不公开的，所以通过航空器的测量数据可不断更新三维导航地图数据，以提高航空器的飞行安全。
[0115]
如图7所示，基于与上述基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法相同的发明构思，本技术实施例还提供了一种基于架空输电线磁场强度的飞行防撞装置70，包括：
[0116]
测量模块701，用于分别获取当前时刻和上一时刻时所述航空器上的每个磁场强度传感器采集的磁场强度；其中，所述航空器上包括至少两个安装在不同位置的磁场强度传感器；
[0117]
处理模块702，用于基于架空输电线在三维空间中的磁场强度分布模型、获取的磁场强度以及磁场强度传感器之间的相对位置关系，确定所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系；其中，所述磁场场强分布模型用于表示三维空间内每个点的磁场强度和每个点到架空输电线的垂直距离之间的关系；
[0118]
控制模块703，用于基于所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系，对所述航空器进行控制。
[0119]
可选地，所述航空器的中轴线两侧对称设置了磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2，磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2之间的间距为l；所述磁场强度分布模型为：
其中，i所述架空输电线的电流强度，r为三维空间内某一点到所述架空输电线的垂直距离，b为所述架空输电线在三维空间内某一点处产生的磁场强度。
[0120]
可选地，所述处理模块702具体用于：
[0121]
基于如下方程组，计算所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系：
[0122][0123]
其中，l为磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2之间的间距，为t1时刻磁场强度传感器q1采集的磁场强度，为t1时刻磁场强度传感器q2采集的磁场强度，为t2时刻磁场强度传感器q1采集的磁场强度，为t2时刻磁场强度传感器q2采集的磁场强度，为t1时刻磁场强度传感器q1到所述架空输电线的垂直距离，为t1时刻磁场强度传感器q2到所述架空输电线的垂直距离，为t2时刻磁场强度传感器q1到所述架空输电线的垂直距离，为t2时刻磁场强度传感器q2到所述架空输电线的垂直距离，i为所述架空输电线的电流强度，α为所述航空器的飞行方向和所述架空输电线的电力线走向之间的夹角。
[0124]
可选地，所述处理模块702还用于：
[0125]
获取当前时刻所述航空器上的磁场方向传感器测量的磁场方向和电场方向传感器测量的电场方向；
[0126]
基于测量的磁场方向和电场方向，获得所述航空器当前所在位置的坡印廷矢量；
[0127]
基于所述坡印廷矢量确定所述架空输电线的电力线走向；
[0128]
基于所述电场方向、当前时刻所述航空器到所述架空输电线的垂直距离和所述电力线走向，确定所述架空输电线相对于所述航空器的三维空间位置。
[0129]
可选地，所述处理模块702具体用于：基于架空输电线在三维空间中的磁场强度分布模型、获取的磁场强度、对称设置的两个磁场强度传感器之间的间距、所述航空器在所述上一时刻到所述当前时刻之间的飞行距离，确定所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系。
[0130]
可选地，所述处理模块702还用于：若磁场强度传感器q1和磁场强度传感器q2采集的磁场强度保持相同，则确定所述航空器正沿着所述架空输电线飞行。
[0131]
可选地，所述航空器与所述架空输电线之间的位置关系包括以下至少一项：所述航空器到所述架空输电线的垂直距离，所述航空器到所述架空输电线的撞击距离，所述航空器的飞行方向和所述架空输电线的电力线走向之间的夹角，所述航空器和所述架空输电线之间的高度差。
[0132]
本技术实施例提的基于架空输电线磁场强度的飞行防撞装置与上述基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法采用了相同的发明构思，能够取得相同的有益效果，在此不再赘述。
[0133]
基于与上述基于架空输电线磁场强度的飞行防撞方法相同的发明构思，本技术实施例还提供了一种电子设备，该电子设备具体可以为航空器内部的控制设备或控制系统，也可以是额外设置的处理系统等。如图8所示，该电子设备80可以包括处理器801和存储器802。
[0134]
处理器801可以是通用处理器，例如中央处理器(cpu)、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本技术实施例中公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
[0135]
存储器802作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。存储器可以包括至少一种类型的存储介质，例如可以包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器、随机访问存储器(random access memory，ram)、静态随机访问存储器(static random access memory，sram)、可编程只读存储器(programmable read only memory，prom)、只读存储器(read only memory，rom)、带电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read
‑
only memory，eeprom)、磁性存储器、磁盘、光盘等等。存储器是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。本技术实施例中的存储器802还可以是电路或者其它任意能够实现存储功能的装置，用于存储程序指令和/或数据。
[0136]
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；上述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于：移动存储设备、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(mo)等)、光学存储器(例如cd、dvd、bd、hvd等)、以及半导体存储器(例如rom、eprom、eeprom、非易失性存储器(nand flash)、固态硬盘(ssd))等各种可以存储程序代码的介质。
[0137]
或者，本技术上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施
例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(mo)等)、光学存储器(例如cd、dvd、bd、hvd等)、以及半导体存储器(例如rom、eprom、eeprom、非易失性存储器(nand flash)、固态硬盘(ssd))等各种可以存储程序代码的介质。
[0138]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。