CN118605567A - 一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人机自主巡检技术领域，尤其是一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法，针对现有的无人机执行自动任务时，易出现因气象或环境因素导致的无人机信号弱、精准度缺失、作业误差大等问题，降低作业质量并产生飞行安全隐患的问题，现提出如下方案，其包括以下步骤：步骤S1，通过地面站实时获取外部信息后生成计划航线；步骤S2，地面控制站通过无线传输的方式将计划航线发送给无人机，使无人机按照计划的航线执行任务；步骤S3，无人机通过无线传输实时将实时状态信息传输给地面站。本发明为无人机偏航场景提供纠偏功能，提高无人机控制的精准性，提升无人机自主航拍作业的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及无人机自主巡检技术领域，尤其涉及一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操作的不载人飞行器。无人机按照已知航线点集合遍历飞行，完成巡检任务。航线点集合包括冗余点，因此无人机自主巡检的效率及安全性将会受到影响。无人机到达巡检拍照点后，会执行云台对焦，对目标进行拍照但是路点精度不够导致拍摄精度不够。同时电力设备尺寸各异，拍摄要求不一，在规范化作业的过程中,不同设备的特性决定了它在画面中的大小。部分巡检目标在照片中占用画幅大，无人机垂直高度精度稍差就可能导致拍不全。进一步的，由于无人机在巡检过程中到达每处悬停位置时，均有一定的位置偏差，反应在照片中会导致目标设备偏出镜头获取范围，造成数据采集失败。
经检索，公开(公告)号：CN112711267B的专利文件提供了基于RTK高精度定位与机器视觉融合的无人机自主巡检方法，该方法在无人机自动巡检前能够进行航线选取，通过基于关键点和轨迹夹角的轨迹筛选方法进行冗余点过滤，输出优化后的巡检航线；无人机在飞行至接近拍照点时，无人机通过基于RTK的高精度定位方法调整无人机空间位置，精确到达拍照点；无人机通过基于巡检对象差异特性的动态优化定位方法在拍照前控制云台转动，在目标设备图片位于照片中心位置后进行拍照。该种无人机自主巡检方法解决了航线采集以及定位优化问题,贯穿航线学习到自主巡检的流程之中，兼顾了巡检效率以及巡检精确度，提供了精细化巡检的高效率解决方案。
现有的无人机执行自动任务时，易出现因气象或环境因素导致的无人机信号弱、精准度缺失、作业误差大等问题，降低作业质量并产生飞行安全隐患。
现有的解决方法为手动操作遥控器指导无人机返航，待环境因素解决后重新作业，该方法可满足手动纠偏需求，但灵活性较差、智能化水平较低、成本较高，不利于无人机领域长期发展。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的无人机执行自动任务时，易出现因气象或环境因素导致的无人机信号弱、精准度缺失、作业误差大等问题，降低作业质量并产生飞行安全隐患的缺点，而提出的一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法，包括以下步骤：
步骤S1，通过地面站实时获取外部信息后生成计划航线；
步骤S2，地面控制站通过无线传输的方式将计划航线发送给无人机，使无人机按照计划的航线执行任务；
步骤S3，无人机通过无线传输实时将实时状态信息传输给地面站；
步骤S4，地面站通过无线传输方式接收无人机的实时状态信息；
步骤S5，结合以上操作所得到的坐标数据以及航向角度再通过空间位置算法进行计算坐标参数；
步骤S6，实时对比坐标参数与规划路径参数的误差值，检测异常偏离场景，及时反馈偏离状态数据信息。
优选的，所述步骤S1中，在发送航线指令给无人机前在本地存储中预存数据，方便无人机在自主作业执行过程中进行数据读取。
优选的，所述步骤S1中，记无人机计划航线为Xi＝(xi，yi，zi),代表第i个路径点的三维空间数据，其中，xi表示第i个路径点的x轴坐标，yi表示第i个路径点的y轴坐标，zi表示第i个路径点的z轴坐标，则任意两个点路径为||XiXi+1||。
优选的，所述步骤S4中，当无人机的垂直速度与水平速度为零时，即表明无人机已经到达指定位置，获取当前t时刻的无人机的空间位置信息数据(xt，yt，zt)。
优选的，所述步骤S4中，实时状态信息包括无人机的垂直速度、水平速度、航向角；
无人机的垂直速度计算公式为：
其中，vx表示无人机的水平速度，xt-1表示t-1时刻无人机的x轴坐标，xt表示t时刻无人机的x轴坐标，Δt表示单位时间。vz表示无人机的垂直速度，zt-1表示t-1时刻无人机的z轴坐标，zt表示t时刻无人机的z轴坐标。
优选的，所述步骤S5中，空间坐标采用WGS-84坐标系(L，B，H)标准，根据空间直角坐标系(x，y，z)计算WGS-84坐标系(L，B，H)，其中
其中，a为地球的长半轴，e是地球的第一偏心率；
N表地球的曲率半径参数，b为地球的短半轴。
优选的，所述步骤S6中，当产生的误差值大于对应设定阈值时需要进行校正时，地面控制站生成对应的修正指令通过无线传输发送给无人机。
优选的，所述步骤S6中，当无人机接收到指令后再执行修正操作，修正动作完成后继续执行后续任务。
本发明中，所述一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法的有益效果：
本发明提出无人机自主巡检轨迹纠偏技术，面向无人机自主巡检作业场景，实时检测飞行数据，针对突发不稳定因素及偏离计划轨道场景，自动纠正偏差并调整飞行状态，动态匹配当前可行性航线；
该技术实现步骤方法包括：首先，实时获取地面站计划航线数据，发送指令指导无人机高空作业；随后，实时计算作业过程中相关空间参数，动态检测异常偏离场景；最后，检测任务过程中各项航线偏差值，偏差数据达到阈值即启动航线纠偏模式，纠偏结束自动衔接后续任务。
本发明为无人机偏航场景提供纠偏功能，提高无人机控制的精准性，提升无人机自主航拍作业的生产效率。
附图说明
图1为一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法的流程图；
图2为航线数据处理步骤的示意图，本步骤中负责接收数据来源并且将数据通过无线传输给无人机进行执行，同时数据进行本地存储，方便后续步骤取用；
图3为无人机收到任务指令后进行高空后的的步骤示意图，地面控制器需要实时获取无人机的状态参数，方便后续步骤使用；
图4为计算偏差判断是否超出阈值以及后续动作指令的过程的示意图。
具体实施方式
下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-图4，一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法，其目的是为无人机偏航场景提供纠偏功能，提高无人机控制的精准性，提升无人机自主航拍作业的生产效率；
具体包括以下步骤：
步骤S1，通过地面站实时获取外部信息后生成计划航线；
步骤S2，地面控制站通过无线传输的方式将计划航线发送给无人机，使无人机按照计划的航线执行任务；
步骤S3，无人机通过无线传输实时将实时状态信息传输给地面站；
步骤S4，地面站通过无线传输方式接收无人机的实时状态信息；
步骤S5，结合以上操作所得到的坐标数据以及航向角度再通过空间位置算法进行计算坐标参数；
步骤S6，实时对比坐标参数与规划路径参数的误差值，检测异常偏离场景，及时反馈偏离状态数据信息；
步骤S7，当产生的误差值大于对应设定阈值时需要进行校正时，地面控制站生成对应的修正指令通过无线传输发送给无人机。
步骤S8，当无人机接收到指令后再执行修正操作，修正动作完成后继续执行后续任务。
本实施例中，步骤S1中，在发送航线指令给无人机前在本地存储中预存数据，方便无人机在自主作业执行过程中进行数据读取，记无人机计划航线为Xi＝(xi,yi,zi),代表第i个路径点的三维空间数据，其中，xi表示第i个路径点的x轴坐标，yi表示第i个路径点的y轴坐标，zi表示第i个路径点的z轴坐标，则任意两个点路径为||XiXi+1||。
本实施例中，步骤S4中，当无人机的垂直速度与水平速度为零时，即表明无人机已经到达指定位置，获取当前t时刻的无人机的空间位置信息数据(xt，yt，zt)；
实时状态信息包括无人机的垂直速度、水平速度、航向角等；无人机的垂直速度计算公式为：
其中，vx表示无人机的水平速度，xt-1表示t-1时刻无人机的x轴坐标，xt表示t时刻无人机的x轴坐标，Δt表示单位时间。vz表示无人机的垂直速度，zt-1表示t-1时刻无人机的z轴坐标，zt表示t时刻无人机的z轴坐标。
本实施例中，步骤S5中，空间坐标采用WGS-84坐标系(L，B，H)标准，根据空间直角坐标系(x，y，z)计算WGS-84坐标系(L，B，H)，其中
其中，a为地球的长半轴，e是地球的第一偏心率；
N表地球的曲率半径参数，b为地球的短半轴。
以上所述，仅为本实施例较佳的具体实施方式，但本实施例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实施例揭露的技术范围内，根据本实施例的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实施例的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，通过地面站实时获取外部信息后生成计划航线；
步骤S2，地面控制站通过无线传输的方式将计划航线发送给无人机，使无人机按照计划的航线执行任务；
步骤S3，无人机通过无线传输实时将实时状态信息传输给地面站；
步骤S4，地面站通过无线传输方式接收无人机的实时状态信息；
步骤S5，结合以上操作所得到的坐标数据以及航向角度再通过空间位置算法进行计算坐标参数；
步骤S6，实时对比坐标参数与规划路径参数的误差值，检测异常偏离场景，及时反馈偏离状态数据信息。
2.根据权利要求1所述的一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S1中，在发送航线指令给无人机前在本地存储中预存数据，方便无人机在自主作业执行过程中进行数据读取。
3.根据权利要求1所述的一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S1中，记无人机计划航线为Xi＝(xi，yi′zi)，代表第i个路径点的三维空间数据，其中，xi表示第i个路径点的x轴坐标，yi表示第i个路径点的y轴坐标，zi表示第i个路径点的z轴坐标，则任意两个点路径为||XiXi+1||。
4.根据权利要求1所述的一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S4中，当无人机的垂直速度与水平速度为零时，即表明无人机已经到达指定位置，获取当前t时刻的无人机的空间位置信息数据(xt，yt，zt)。
5.根据权利要求1所述的一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S4中，实时状态信息包括无人机的垂直速度、水平速度、航向角；
无人机的垂直速度计算公式为：
其中，vx表示无人机的水平速度，xt-1表示t-1时刻无人机的x轴坐标，xt表示t时刻无人机的x轴坐标，Δt表示单位时间；vz表示无人机的垂直速度，zt-1表示t-1时刻无人机的z轴坐标，zt表示t时刻无人机的z轴坐标。
6.根据权利要求1所述的一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S5中，空间坐标采用WGS-84坐标系(L，B，H)标准，根据空间直角坐标系(x，y，z)计算WGS-84坐标系(L，B，H)，其中
其中，a为地球的长半轴，e是地球的第一偏心率；
N表地球的曲率半径参数，b为地球的短半轴。
7.根据权利要求1所述的一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S6中，当产生的误差值大于对应设定阈值时需要进行校正时，地面控制站生成对应的修正指令通过无线传输发送给无人机。
8.根据权利要求1所述的一种无人机自主巡检轨迹纠偏方法，其特征在于，所述步骤S6中，当无人机接收到指令后再执行修正操作，修正动作完成后继续执行后续任务。
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN118605567A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119002505A (zh) * | 2024-10-21 | 2024-11-22 | 农业农村部南京农业机械化研究所 | 一种蔬菜移栽机垄沟作业的前进纠偏控制方法 |
| CN119148746A (zh) * | 2024-11-15 | 2024-12-17 | 西安睿诺航空装备有限公司 | 一种基于机器视觉的无杆飞机牵引车自动纠偏方法和系统 |
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2024
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN119002505A (zh) * | 2024-10-21 | 2024-11-22 | 农业农村部南京农业机械化研究所 | 一种蔬菜移栽机垄沟作业的前进纠偏控制方法 |
| CN119002505B (zh) * | 2024-10-21 | 2025-01-24 | 农业农村部南京农业机械化研究所 | 一种蔬菜移栽机垄沟作业的前进纠偏控制方法 |
| CN119148746A (zh) * | 2024-11-15 | 2024-12-17 | 西安睿诺航空装备有限公司 | 一种基于机器视觉的无杆飞机牵引车自动纠偏方法和系统 |
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