[发明专利]一种电力巡检中采用视觉图像定位的无人机及其定位方法

说明书

本发明公开了一种电力巡检中采用视觉图像定位的无人机及其定位方法，通过机载摄像头和地面站的算法程序实现对无人机位置的确定。在无人机云台装备一个定位单目摄像头获取无人机下方物体实时图像，图像回传给地面站，由地面站的视觉定位算法程序ORB‑SLAM2计算出无人机视觉定位摄像头的位姿，以此代表无人机的位置信息，从而对无人机实现视觉定位。并且在地面站系统中根据特征点信息构建3D数字地图，记录无人机运动轨迹以及分布的特征点，同时可以直观地了解电网输电线杆塔周围的地理环境信息。

技术领域

本发明涉及无人机电网巡检领域，特别是涉及一种电力巡检中采用视觉图像定位的无人机及其定位方法。

背景技术

近年来，无人机行业稳步发展，无人机性能得到极大提升，尤其四旋翼无人机由于其稳定性好，操作简便，可悬停等特点受到了航拍爱好者以及农业、快递等行业的青睐。

无人机电网巡检更是在最近得到了极高的重视。由于它具有安全可靠，高效灵活，成本低廉的特性，必将逐步代替人工巡检。

此外，以南方电网为例，110kV及以上输电线路资产规模迅速增长，年均增长率达到9.6％。全网架空输电线路东西跨度2000公里，海拔跨度4300米，其中80％以上线路位于远离城镇、远离交通干线、人烟稀少的高山大岭地区，且需要特巡特维线路占全部线路比重达20％，输电线路运检难度大、质量要求高。并且传统的人工巡检工作难度大，工作周期长，安全系数低，人工成本高，同时近些年来巡检人员缺失现象严重，年均增长率不足3％。传统的人工模式越来越满足不了我国电网运维的需求，在这样一个背景下，无人机电力巡检新模式的探索十分必要。

其次，当下用于电力巡检的无人机多依赖GPS全球定位系统。因为一般输电线路的杆塔坐标多处于地形起伏明显，位置偏僻的地区，无人机的定位效果并不理想。此外，定位效果还会受到障碍物以及电磁干扰的影响。一旦GPS卫星定位受到干扰或信号丢失，无人机在定位信息错误的情况下工作必定会导致灾难性的结果。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有的无人机电力巡检仅采用GPS定位，因为一般输电线路的杆塔坐标多处于地形起伏明显，位置偏僻的地区，GPS对无人机的定位效果并不理想，此外，定位效果还会受到障碍物以及电磁干扰的影响，一旦GPS卫星定位受到干扰或信号丢失，无人机在定位信息错误的情况下工作必定会导致灾难性的结果的问题。

技术方案：为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种电力巡检中采用视觉图像进行定位的无人机，包括能够实现飞行功能的无人机基体，在无人机的底部有云台，云台上设有镜头能够始终朝向底面的单目摄像头。

进一步地，无人机的基体内还设有能够辅助成像的三维激光雷达扫描设备、红外热成像仪、紫外成像仪和多光谱成像仪，云台上还设有能够检测电力杆塔的高分辨率可见光照相机/摄像头。

进一步地，无人机的基体内还设有能够和地面站进行通讯的无线通讯模块。

一种电力巡检中采用视觉图像进行定位的无人机定位方法，包括以下步骤：

1)无人机起飞后与地面站进行通讯，地面站不停接收无人机通过单目摄像头拍摄得到的图像信息；

2)地面站实时处理无人机传回的图像帧，计算与前一帧的姿态变化的R和t，并在系统

中存储关键帧；

3)消除误差，提高无人机定位精确度。

进一步地，所述步骤2)中，相邻帧之间位姿的变化是通过旋转矩阵R以及平移向量t来描述的，具体包括如下步骤：

a)地面站从图像帧中提取ORB特征点，并且根据系统中存储的上一帧特征点进行匹配；