[发明专利]用于电力巡线的无人机多重避障控制方法

说明书

技术领域

本发明属于无人飞行器控制技术领域，具体涉及一种用于电力巡线的无人机多重避障控制方法，可广泛应用于电力巡检、航拍摄影、环境监测、森林防火、灾情巡查、防恐救生、军事侦察、战场评估等领域。

背景技术

无人机控制技术研究是目前国内外大学和研究机构关注的热点之一。近十几年来，无人机已被广泛应用于航拍摄影、电力巡检、环境监测、森林防火、灾情巡查、防恐救生、军事侦察、战场评估等领域，有效克服了有人驾驶飞机进行空中作业的不足，降低了购买与维护成本，提高了运载工具的安全性。

无人机空中作业时，面临着山脉、建筑物、树木、输电线路等有形障碍物的安全威胁，以及禁飞区、危险区等无形障碍物的约束。因此，针对低空飞行无人机的安全保护，研究障碍物自动避让机制具有非常重要的实际意义，并且所涉及的无人机自动避障系统已或将成为无人机系统中的重要组成部分。

无人机自动避障系统是无人机研究中的一个重点和难点。如何设计有效而又实用的自动避障系统，保障无人机空中作业的安全是亟待解决的问题。目前，国内外针对小型多旋翼无人机的避障系统还很少，所提出的各种避障方法和思想，大多处于仿真阶段，其有效性也有待验证，少有真正使用的避障系统。

申请号为201110031250.8的《一种自动规避障碍物的飞行装置与方法》专利，主要通过超声波测距传感器对障碍物进行定位检测，探测距离有限，多用于玩具飞行器的避障，特别是超声波测距存在盲区，容易受自然环境因素的约束，其对常规无人机的适应性和有效性有待深入验证。

申请号为201120124969.1的《电力巡线无人直升机超低空飞行障碍规避子系统》专利，提出运用测距传感器、视觉传感器和电磁场检测传感器相结合的方法进行电力巡线，提升巡线作业的可靠性。此实用新型针对电力巡线，对于采用视觉传感器，为了获取清晰的图像信息，需要有专业高分辨率影像设备，不仅增加了无人机的负载，且对无人机的控制和续航时间等有不利的影响。

申请号为201110458232.8的《一种无人直升机飞行航迹规划方法》的专利，采用地图绘制控件将地图功能添加到航迹规划应用中，实现在高精度数字地图上通过鼠标点选方式确定航迹点以及鼠标拖拽的方式修改航迹点，并且在规划约束条件中考虑了悬停特性等直升机特有的飞行性能。本发明的方案适用于高空飞行或者具有完整GIS信息的情况，适应性较弱。

综上所述，现有技术的无人机避障方法对于无人机低空作业的避障，其效果并非很理想，尚有很多问题需要解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电力巡线无人机多重避障控制方法，基于多传感器信息融合和区域规划实现无人机多重避障，以增强低空环境下无人机自动避障的能力，提升无人机应用的安全性和可靠性。

为实现本发明的目的，采取的技术解决方案是：一种用于电力巡线的无人机多重避障控制方法，设有无人机子系统和地面站子系统，无人机子系统包括嵌入式飞行控制器、位置检测模块、信息处理模块和无线数据链的机载端，位置检测模块包含高度传感器、GNSS接收机、电磁场检测传感器和超声波测距传感器，超声波测距传感器对称安装于无人机机体的四周，信息处理模块对无人机的高度信息、经纬度信息、电磁场检测传感器信息及超声波测距信息进行融合；地面站子系统包括无线数据链的地面端和嵌入式监控计算机，嵌入式监控计算机载有包含输电线路电磁场分布模型、输电线路空间三维模型的数据库，其中，输电线路空间三维模型由电力杆塔的经度、纬度和高度以及连接杆塔之导线的弧垂度描述；其特征在于：避障控制方法包括以下步骤：

1）第一重避障控制：针对输电线路的特点，在地面站子系统的嵌入式监控计算机上，对无人机的作业区域进行规划，建立无人机作业的安全约束区域：

① 确定需要巡检的输电线路区域，设其中包含连续编号的M个电力杆塔，M≥1；在所述M个电力杆塔及需要巡检的输电线路区域两端外侧紧邻的两个电力杆塔上，选取特征点E_i，i=1~M+2，其确定规则如下：在M+2个电力杆塔的无人机巡检的一侧，选取距离电力杆塔中心线最远的点，将其垂直投影到地面即形成特征点，采用全球卫星导航系统GNSS对E_i进行定位，以确定E_i的经度和纬度，然后将相邻的E_i连接成直线段；

② 将连接相邻E_i的所有直线段向无人机巡检的一侧远离输电线路的方向平移安全距离D，D>0，D根据输电线路电压等级确定，平移过后的直线段作为无人机巡检输电线路的安全边界；