基于三维模型和北斗CORS差分定位的无人机自主巡检方法与流程

基于三维模型和北斗cors差分定位的无人机自主巡检方法
技术领域
1.本技术涉及无人机遥感数据应用技术领域，尤其涉及一种基于三维模型和北斗cors差分定位的无人机自主巡检方法。


背景技术：

2.输电线路巡检可以分为人工巡检、航测法、机器人巡检法。
3.人工巡检主要依靠巡检人员在地面或者携带检测爬塔设备进行巡检，劳动强度大，且人工成本高，对跨江河和高山等人员难以到达的线塔，巡检人员则无法对这一部分线塔进行巡检。
4.航测法分为直升机巡检和无人机巡检。航测法巡检速度快，但为了保持飞机与线塔的安全距离，无法对线塔进行近距离检查，并且直升机巡检需培养飞行员，作业程序繁琐，涉及飞行、地勤、加油、通信、气象、维修等问题,导致运行成本高。在大雾大风等天气条件恶劣的情况下则无法通过直升机或无人机对输电线路进行巡检。
5.机器人巡检法以高压输电线路的相线或地线为作业路径，携带检测设备，对输电线路走廊进行侦查。
6.传统的依靠人力为主的人工巡检工作要做到高效率的开展存在较大的难度，利用无人机、机器人搭载不同载荷设备代替人工巡检，在一定程度上可以克服地理环境带来的影响，扩大巡检的范围，提高巡检作业的效率。但无人机、机器人巡检存在诸多问题：巡检受限于人员数量和水平，无法规范化作业；当前所采用的遥控控制无人机、机器人进行巡检的方法，其作业半径受限制，且作业效率低。


技术实现要素：

7.本技术提供了一种基于三维模型和北斗cors差分定位的无人机自主巡检方法，以解决传统输电线路巡检方法的巡检作业效率低、无法规范化作业的问题。
8.本技术解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
9.基于三维模型和北斗cors差分定位的无人机自主巡检方法，包括以下步骤：
10.根据输电线路的预设特征，确定初始巡检路径；
11.根据所述初始巡检路径，进行自主巡检路径的规划；
12.所述无人机根据定向、定位的位置信息进行自主巡检作业，其中所述位置信息是通过无人机的北斗差分机载定位单元和北斗cors集群基站获取。
13.进一步的，所述确定初始巡检路径包括以下步骤：
14.对输电线路点云进行分档；
15.提取所述输电线路的巡检关键点；
16.根据遗传算法和所述巡检关键点，进行输电线路廊道和杆塔精细化的初始巡检路径的自动设计；
17.对所述初始巡检路径进行仿真验证。
18.进一步的，所述对输电线路点云进行分档包括以下步骤：
19.截取所述输电线路中的杆塔的空间结构特征图，其中在截取杆塔的空间结构特征图时，根据所述杆塔的塔形的不同，设置与所述杆塔的塔形相对应的几何形状截取阈值，所述几何形状截取阈值为包括所述杆塔的任何一个绝缘子串。
20.进一步的，所述提取所述输电线路的巡检关键点包括以下步骤；
21.基于所述输电线路的杆塔与电力线激光点云数据，根据典型杆塔类型的空间分布与所述空间结构特征图，获取所述杆塔的巡检关键点；
22.根据所述杆塔的巡检关键点，获取所述杆塔的巡检关键点的三维空间位置信息。
23.进一步的，对所述初始巡检路径进行仿真验证包括以下步骤：
24.对所述初始巡检路径进行危险点检测；
25.剔除所述空间结构特征图中的所述危险点；
26.对所述空间结构特征图进行仿真验证，确定所述空间结构特征图中是否包含所有预设特征。
27.进一步的，所述根据所述初始巡检路径，进行自主巡检路径的规划包括以下步骤：
28.建立遗传算法模型；
29.生成航迹点；
30.根据所述航迹点，从巡检起始点到巡检目标点之间生成若干条路径；
31.对所述路径进行可行性检查；
32.若检查出不可行路径，则通过路径修复机制对所述不可行路径进行修复；
33.通过适应度函数计算每条所述路径的适应度，确定最优路径，将所述最优路径设定为自主巡检路径。
34.进一步的，所述根据所述初始巡检路径，进行自主巡检路径的规划还包括以下步骤：
35.s1:对所述自主巡检路径进行安全高度与爬升率的检测；
36.s2:若检测结果不符合预设条件，则对所述自主巡检路径的所述航迹点的位置进行编辑；
37.s3:重复s1
‑
s2，直至所述检测结果符合预设条件。
38.进一步的，所述路径修复机制包括一个插入算子和一个删除算子。
39.本技术提供的技术方案包括以下有益技术效果：
40.本技术提供的基于三维模型和北斗cors差分定位的无人机自主巡检方法，首先根据输电线路的预设特征，确定初始巡检路径；然后根据初始巡检路径，进行自主巡检路径的规划；最后无人机根据定向、定位的位置信息进行自主巡检作业，其中该位置信息是通过无人机的北斗差分机载定位单元和北斗cors集群基站获取。该方法将输电线路巡检路径中的多个杆塔串联起来，以适应多种电力巡检地形及工况，提高了无人机巡检的自动化、自主化、智能化程度，提升了工作效率，将无人机巡检无人化，解决了无人机巡检业务需要专业技能强的人员，且人员缺员率高的问题。
附图说明
41.图1为本技术实施例提供的基于三维模型和北斗cors差分定位的无人机自主巡检
方法流程图；
42.图2为本技术实施例提供的遗传算法流程图。
具体实施方式
43.为便于对申请的技术方案进行描述和理解，以下结合附图及实施例对本技术的技术方案作进一步的说明。
44.本技术实施例提供的基于三维模型和北斗cors差分定位的无人机自主巡检方法的主要过程为：巡检前，结合输电线路走廊的点云数据，选择性对点云数据校正后，实现无人机/机器人的巡检的路径规划，生成包含无人机航线悬停点、机器人行驶轨迹及载荷的拍照点等信息的路径规划文件和任务数据。巡检中，根据提前规划好的航线规划文件实现无人机/机器人自主巡检，对不同的杆塔部位进行自主拍照，图片视频数据基于杆塔台账信息自动实现重新命名和分类保存。巡检后，作业人员在地面站软件导出巡检数据，并将巡检数据提交。
45.参见图1，本技术实施例提供的基于三维模型和北斗cors差分定位的无人机自主巡检方法流程图。该方法包括以下步骤：
46.步骤1：输电线路点云分档。
47.杆塔截取模块主要是根据杆塔的空间结构对杆塔的照片进行截取，针对不同的塔形，对杆塔的照片截取采用不同策略，截取的几何形状阈值也有不同的要求，原则是能够包含不同塔形的完整性，尤其是不能缺失绝缘子串，比如对于复杂的耐张塔，通常会有多个引流串，对于拐弯角度较大的耐张塔，需要设置较大的截取阈值，并且需要计算截取方向向量。
48.步骤2：输电线路巡检关键点提取。
49.基于输电线路杆塔与电力线激光点云数据，根据典型杆塔类型空间分布与杆塔空间结构特点，从获得的杆塔空间结构图中对杆塔巡检关键点，如绝缘子挂点、跳线挂点等进行自动提取，从而获取杆塔巡检关键点的三维空间位置信息，为后续无人机航线自动规划提供依据。
50.步骤3：基于遗传算法的输电线路廊道和杆塔精细化自主巡检路径规划。
51.基于遗传算法和已提取的巡检关键点，完成输电线路廊道和杆塔精细化自主巡检路径的自动设计。输电线路的关键节点为杆塔，杆塔一般分为直线塔、转角塔、耐张塔、分歧塔、换位塔、终端塔等，每一种塔型均具有不同的巡视路径参数：包含塔脚，塔顶悬停位置、相机拍摄角度、照片拍摄数量、每相序导线、地线悬停位置等。考虑到无人机/机器人的最小步长、最大航程等因素，依托线路点云数据和已提取的线路巡检关键点为主要参考，基于遗传算法自动计算出最佳路径点，然后通过与杆塔安全距离检测，编辑不符合要求的航迹点，重新检测合格后，航迹文件可以导出。
52.步骤4：航线仿真验证。
53.对已规划好的航线进行危险点检测，并且对拍照点拍摄的空间结构特征图进行逐个仿真验证，使航线巡视范围完全覆盖巡视线路中重点设备，如线路绝缘子串、跳线等设备。
54.步骤5：作业及数据获取。
55.通过遥控器传输提前规划好的航线规划文件，发送无人机/机器人控制指令和载荷控制命令给无人机飞控，从而实现自主巡检，对不同的杆塔部位进行自主拍照，作业完成后可将巡检数据下载并提交。
56.其中，自主巡检路径规划还包括：首先建立遗传算法模型，结合自主路径规划设备约束条件(最小步长、续航时间等)，进行航迹点的生成。遗传算法模型在需要进行路径重规划的空间内随机生成初始种群，即生成若干条从巡检起始点到巡检目标点的路径，对生成路径进行可行性检查，若检查出不可行路径，则通过路径修复机制尽可能把不可行路径修复为可行性路径，路径修复机制包含一个插入算子和一个删除算子。再通过适应度函数计算每条路径的适应度，从而确定并保存最优路径。种群通过遗传、变异、交叉生成新一代种群，如果满足终止条件则输出可行性路径，不满足则继续进化。
57.自主巡检路径规划结果还需要经过安全高度与爬升率的检测，若检测结果不符合条件，可通过手动编辑路径点的位置或鼠标移动航迹点，对完成编辑后的航迹规划再做安全高度与爬升率的检测，直至检测结果符合要求。
58.当确定好自主巡检路径后，采用北斗差分机载定位单元和北斗cors集群基站获取无人机的定向、定位的高精度位置信息，根据该位置信息，沿自主巡检路径即可进而自主巡检作业需求。
59.本技术实施例提供的基于三维模型和北斗cors差分定位的无人机自主巡检方法将输电线路巡检路径中的多个杆塔串联起来，以适应多种电力巡检地形及工况，提高了无人机巡检的自动化、自主化、智能化程度，提升了工作效率，将无人机巡检无人化，解决了无人机巡检业务需要专业技能强的人员，且人员缺员率高的问题。