CN104597907B - 一种架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法，包括以下步骤：对量测设备进行检校；在无人机机体上布置标识；无人机起飞后，量测设备对无人机机体进行测量；对无人机位置进行实时分析；对无人机巡检系统飞行准确性进行评价。本发明对无人机机体的飞行位置和姿态进行测量，对飞行准确性进行评估，筛选合格的无人机巡检系统，保障线路设备安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种评价方法，具体涉及一种架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法。
背景技术
在电力系统中，无人机主要用于巡视输电线路设备本体及通道走廊，检测设备和通道缺陷。无人机种类繁多，按机型可分为固定翼无人机、无人直升机，两种机型均在输电线路巡检中有不同方面的应用。其中，固定翼无人机侧重于开展输电线路通道巡检、灾情普查，可快速发现通道内固定或流动作业、山火、违章建筑等外破隐患，在灾害情况下可迅速确定受灾范围，评估受灾情况。无人直升机侧重于开展输电线路单塔或区段巡检、故障巡检，易于发现线路杆塔瓶口以上缺陷。
目前，输电线路巡检用无人机多为中小型无人机，即空机质量在116千克以下。由于军事、政治等原因，无人机进口技术较少，多为国内生产。国内无人机机体生产厂家主要有三类，一是具备军工背景的研究所，主要制造大中型无人机平台，具备技术研发、检测实验、系统集成和质量管控优势；二是以科研院所为背景的企业，主要制造中小型无人机平台，有科研应用基础，但在生产能力、质量管控、系统集成、检测等方面存在不足；三是从做小型航模发展起来的小型民企，主要制造中小型无人机平台，具有一定成本优势，但在生产研发能力、质量管控、外购设备检测等方面存在不足，且不具备系统集成资质和质量检测手段。
输电线路巡检需要对特定部件进行数据采集，分辨率要求极高；在实际巡检作业时，先在地面设置航线和任务设备参数，再进行飞行巡检。无人机飞行准确性对巡检结果影响质量较大，飞行准确性主要体现在无人机飞行的水平位置和高度位置。影响无人机飞行准确性的因素主要有飞行控制系统、导航定位模块等。但目前国内无人机市场不成熟，飞行控制系统质量参差不齐，导航定位模块质量较差。国内架空输电线路无人机巡检系统发展还处于起步阶段，暂无行业标准、国家标准，暂无输电线路无人机巡检系统相关试验方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法，对无人机机体的飞行位置和姿态进行测量，对飞行准确性进行评估，筛选合格的无人机巡检系统，保障线路设备安全。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：对量测设备进行检校；
步骤2：在无人机机体上布置标识；
步骤3：无人机起飞后，量测设备对无人机机体进行测量；
步骤4：对无人机位置进行实时分析；
步骤5：对无人机巡检系统飞行准确性进行评价。
所述步骤1中，首先布置三维检校场，使用量测设备对三维检校场进行拍摄，使三维检校场占满整幅影像；然后根据三维检校场的已知位置约束条件，使用直接变换方法解算量测设备的内方位元素，包括量测设备的像主点位置、主距和镜头畸变参数，并确定拍摄中心与像平面的关系；最后根据量测设备的拍摄基线确定量测设备中两台拍摄设备的相对位置。
所述步骤2中，标识的形状为黑白相间的圆形，其直径5cm，具有对称性。
所述步骤2中，在无人机机体上选择三个位置布置标识，三个位置的运动方向及位移与机体保持一致，标识的正面朝下，且平整。
对于不同的无人机，采用以下方式布置标识：
(1)对多旋翼无人机，在机腹下方布置一个标识，在两个机臂上分别布置一个标识或在机体框架对角位置上布置两个标识；
(2)对无人直升机，在机腹下方布置两个标识，尾端布置一个标识；
(3)对固定翼无人机，在机腹布置一个标识，在两个机翼各布置一个标识。
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：选择直线区段作为测量区，给定测试区中两端中点的地理坐标，按两个地理坐标设置无人机飞行航线，满足无人机在航线飞行时，飞行高度在10～20m之间，飞行速度为0～5m/s；
步骤3-2：量测设备中两个拍摄设备的俯仰角向上，水平视角与预设航线成垂直角布置，并根据天气情况设定感光度和光圈；
步骤3-3：无人机起飞后，其采取自主飞行模式，并按预设航线飞行；
步骤3-4：启动量测设备，以连拍模式进行拍摄，并将影像传输至后台处理系统。
所述步骤4包括以下步骤：
步骤4-1：对拍摄的影像进行预处理，提取标识点；
步骤4-2：对两台拍摄设备在同一时刻拍摄的影像，进行标识点匹配；
步骤4-3：采用相对控制的方式，以飞机质心为原点O，以机身方向为X轴，以同一水平面上垂直于机身方向为Y轴，并以垂直于XOY平面的方向为Z轴，建立空间直角坐标系，测定标识点在该空间直角坐标系中的像素坐标；
步骤4-4：以像素坐标为测量值，结合布置在无人机上的三个标识相对位置关系，建立共线方程，根据共线方程确定无人机位置；
步骤4-5：根据确定的无人机在不同时刻的位置，绘制无人机飞行航迹。
所述步骤5中，将无人机飞行航迹与预设航线进行对比分析，分别通过水平准确度评价指标和垂直准确度评价指标对无人机的水平准确度和垂直准确度进行评价。
所述水平准确度评价指标包括最大水平偏差和平均水平偏差；所述最大水平偏差为无人机飞行航迹上在水平方向上最大的偏差，所述平均水平偏差为无人机在不同时刻位置的水平偏差值的均方根；
所述垂直准确度评价指标包括最大高度偏差和平均高度偏差；所述最大高度偏差为无人机飞行航迹上在垂直方向上的最大偏差，所述平均高度偏差为无人机在不同时刻位置的高度偏差值的均方根。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)能在实际飞行情况下实时对无人机的飞行位置进行检测，不干扰无人机的正常飞行。
(2)能对无人机巡检系统整体的飞行准确性进行综合评价，不是单一模块的控制精度。
(3)能对无人机巡检系统整体的飞行准确性进行定量化评价，为实际巡检作业时无人机与线路设备及周边障碍物的安全距离保证提供技术依据，提高无人机巡检作业安全性。
附图说明
图1是架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，本发明提供一种架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：对量测设备进行检校；
步骤2：在无人机机体上布置标识；
步骤3：无人机起飞后，量测设备对无人机机体进行测量；
步骤4：对无人机位置进行实时分析；
步骤5：对无人机巡检系统飞行准确性进行评价。
所述步骤1中，首先布置三维检校场，使用量测设备对三维检校场进行拍摄，使三维检校场占满整幅影像；然后根据三维检校场的已知位置约束条件，使用直接变换方法解算量测设备的内方位元素，包括量测设备的像主点位置、主距和镜头畸变参数，并确定拍摄中心与像平面的关系；最后根据量测设备的拍摄基线确定量测设备中两台拍摄设备的相对位置。
标识的形状为黑白相间的圆形，其直径5cm，具有对称性。
在无人机机体上选择三个位置布置标识，三个位置的运动方向及位移与机体保持一致，不单独运动；不应布置在桨叶上。布置标识时需保证标识平整，且标识的正面朝下。机体上的三个标识不在一个平面上，且标识点的跨度尽可能大，还需保证飞行过程标识始终牢固的黏贴在无人机机体上。
对于不同的无人机，采用以下方式布置标识：
(1)对多旋翼无人机，在机腹下方布置一个标识，在两个机臂上分别布置一个标识或在机体框架对角位置上布置两个标识；
(2)对无人直升机，在机腹下方布置两个标识，尾端布置一个标识；
(3)对固定翼无人机，在机腹布置一个标识，在两个机翼各布置一个标识。
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：选择直线区段作为测量区，给定测试区中两端中点的地理坐标，按两个地理坐标设置无人机飞行航线，满足无人机在航线飞行时，飞行高度在10～20m之间，飞行速度为0～5m/s；
步骤3-2：量测设备中两个拍摄设备的俯仰角向上，水平视角与预设航线成垂直角布置，并根据天气情况设定感光度和光圈；
步骤3-3：无人机起飞后，其采取自主飞行模式，并按预设航线飞行；
步骤3-4：启动量测设备，以连拍模式进行拍摄，并将影像传输至后台处理系统。
所述步骤4包括以下步骤：
步骤4-1：对拍摄的影像进行预处理，提取标识点；
步骤4-2：对两台拍摄设备在同一时刻拍摄的影像，进行标识点匹配；
步骤4-3：采用相对控制的方式，以飞机质心为原点O，以机身方向为X轴，以同一水平面上垂直于机身方向为Y轴，并以垂直于XOY平面的方向为Z轴，建立空间直角坐标系，测定标识点在该空间直角坐标系中的像素坐标；
步骤4-4：以像素坐标为测量值，结合布置在无人机上的三个标识相对位置关系，建立共线方程，根据共线方程确定无人机位置；
步骤4-5：根据确定的无人机在不同时刻的位置，绘制无人机飞行航迹。
所述步骤5中，将无人机飞行航迹与预设航线进行对比分析，分别通过水平准确度评价指标和垂直准确度评价指标对无人机的水平准确度和垂直准确度进行评价。
所述水平准确度评价指标包括最大水平偏差和平均水平偏差；所述最大水平偏差为无人机飞行航迹上在水平方向上最大的偏差，所述平均水平偏差为无人机在不同时刻位置的水平偏差值的均方根；
所述垂直准确度评价指标包括最大高度偏差和平均高度偏差；所述最大高度偏差为无人机飞行航迹上在垂直方向上的最大偏差，所述平均高度偏差为无人机在不同时刻位置的高度偏差值的均方根。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：对量测设备进行检校；
步骤2：在无人机机体上布置标识；
步骤3：无人机起飞后，量测设备对无人机机体进行测量；
步骤4：对无人机位置进行实时分析；
步骤5：对无人机巡检系统飞行准确性进行评价；
所述步骤1中，首先布置三维检校场，使用量测设备对三维检校场进行拍摄，使三维检校场占满整幅影像；然后根据三维检校场的已知位置约束条件，使用直接变换方法解算量测设备的内方位元素，包括量测设备的像主点位置、主距和镜头畸变参数，并确定拍摄中心与像平面的关系；最后根据量测设备的拍摄基线确定量测设备中两台拍摄设备的相对位置；
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：选择直线区段作为测量区，给定测试区中两端的地理坐标，按两个地理坐标设置无人机飞行航线，满足无人机在航线飞行时，飞行高度在10～20m之间，飞行速度为0～5m/s；
步骤3-2：量测设备中两个拍摄设备的俯仰角向上，水平视角与预设航线成垂直角布置，并根据天气情况设定感光度和光圈；
步骤3-3：无人机起飞后，其采取自主飞行模式，并按预设航线飞行；
步骤3-4：启动量测设备，以连拍模式进行拍摄，并将影像传输至后台处理系统。
2.根据权利要求1所述的架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法，其特征在于：所述步骤2中，标识的形状为黑白相间的圆形，其直径5cm，具有对称性。
3.根据权利要求1所述的架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法，其特征在于：所述步骤2中，在无人机机体上选择三个位置布置标识，三个位置的运动方向及位移与机体保持一致，标识的正面朝下，且平整。
4.根据权利要求1或3所述的架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法，其特征在于：对于不同的无人机，采用以下方式布置标识：
(1)对多旋翼无人机，在机腹下方布置一个标识，在两个机臂上分别布置一个标识或在机体框架对角位置上布置两个标识；
(2)对无人直升机，在机腹下方布置两个标识，尾端布置一个标识；
(3)对固定翼无人机，在机腹布置一个标识，在两个机翼各布置一个标识。
5.根据权利要求1所述的架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法，其特征在于：所述步骤4包括以下步骤：
步骤4-1：对拍摄的影像进行预处理，提取标识点；
步骤4-2：对两台拍摄设备在同一时刻拍摄的影像，进行标识点匹配；
步骤4-3：采用相对控制的方式，以飞机质心为原点O，以机身方向为X轴，以同一水平面上垂直于机身方向为Y轴，并以垂直于XOY平面的方向为Z轴，建立空间直角坐标系，测定标识点在该空间直角坐标系中的像素坐标；
步骤4-4：以像素坐标为测量值，结合布置在无人机上的三个标识相对位置关系，建立共线方程，根据共线方程确定无人机位置；
步骤4-5：根据确定的无人机在不同时刻的位置，绘制无人机飞行航迹。
6.根据权利要求1所述的架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法，其特征在于：所述步骤5中，将无人机飞行航迹与预设航线进行对比分析，分别通过水平准确度评价指标和垂直准确度评价指标对无人机的水平准确度和垂直准确度进行评价。
7.根据权利要求6所述的架空输电线路无人机巡检系统飞行准确性评价方法，其特征在于：所述水平准确度评价指标包括最大水平偏差和平均水平偏差；所述最大水平偏差为无人机飞行航迹上在水平方向上最大的偏差，所述平均水平偏差为无人机在不同时刻位置的水平偏差值的均方根；
所述垂直准确度评价指标包括最大高度偏差和平均高度偏差；所述最大高度偏差为无人机飞行航迹上在垂直方向上的最大偏差，所述平均高度偏差为无人机在不同时刻位置的高度偏差值的均方根。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |