[发明专利]基于杆塔模型匹配及视觉导航的电力无人机及巡检方法

说明书

本发明公开了一种基于杆塔模型匹配及视觉导航的电力无人机及巡检方法，其无人机通过双目视觉传感器采集无人机前端的深度图像，进而测量无人机与前方对象的距离，通过云台及摄像头采集周边图像，进而识别对象，通过无人机飞控控制无人机的飞行姿态；所述方法包括对不同种类的输电线路杆塔进行杆塔模型建模；无人机在飞行过程中自动识别输电线路杆塔及杆塔种类，匹配并载入预建的杆塔模型；无人机对输电线路杆塔进行视觉定位，获取无人机与杆塔的相对位置；无人机按照最优飞行路径进行飞行巡检；本发明大大减少了建模工作量，增加了模型的通用性；本巡检方法不依赖于绝对坐标飞行，大大增加了灵活性，降低了成本，增强了电力设施安全性。

技术领域

本发明涉及一种基于杆塔模型匹配及视觉导航的电力无人机及巡检方法，属于电力输电线路巡检技术领域。

背景技术

架空输电线路是长距离输送电力的主要方式，输电线路及杆塔附件由于长期暴露在野外，受到持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响，容易产生断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复更换，原本微小的缺陷就可能扩大，最终导致严重事故，造成大面积的停电和巨大的经济损失，因此需要对架空输电线路进行定期的巡检，以及时预防和排除故障，发现线路、杆塔的损伤和缺陷，安排维护和修复，以确保供电的可靠性。

传统的巡检方式主要是采用人工巡检，由于输电线路分布点多面广、地理条件复杂，人工巡检工作效率低、劳动强度大、工作环境危险、效果不显著。随着小型无人机技术的发展，无人机在电力输电线路的巡检工作上已经得到广泛应用，尤其是使用小型、中型多旋翼无人机进行输电线路精细化巡检，提高了巡检效率、降低了巡检难度，提升了巡检质量。

目前无人机巡检主要分成两种模式，一种是人工操作无人机飞行巡检，这需要专业的飞手才能完成；一种是无人机自动化巡检。目前无人机自动化巡检主要基于以下两种技术：

（1）第一次巡检时，由飞手手动操作控制无人机进行飞行巡检，在飞行过程中，记录关键航迹点的地理位置坐标（绝对坐标）。在以后的巡检过程中，无人机自动根据这些航迹点组成的飞行路线进行飞行巡检，是一个无人机根据预定航点坐标复飞的技术。

（2）首先依靠激光点云或倾斜摄影技术对整个输电线路通道进行精细化的三维建模，通过在输电通道三维模型中手动设定航迹点或通过软件算法自动生成航迹点的方法，得到无人机的巡检飞行路径，在巡检时控制无人机按照该飞行路线进行巡检。

上述的无人机自动巡检方法，主要有以下的缺点：

方法一实际上是无人机根据已记录的航点复飞的技术。这需要在所有输电线路及杆塔都人为试飞一次，才能记录下飞行路径的航点坐标，这种方法工作量大，灵活性差，无法做到真正意义上的自动巡检。

方法二需要对整个输电线路通道及线路上的所有杆塔都进行三维建模，才能规划出无人机的航迹，这种方法成本高，建模效率低。

以上两种方法，由于都需要较为精确的地理坐标，基本都需要依赖于能达到厘米级定位精度的RTK定位技术实现，成本较高。

以上两种方法，都基于绝对的地理位置坐标飞行，当外部环境变化时，无人机飞行过程中就存在一定的风险。

由于在三维建模的模型文件中记录了输电线路设施的绝对地理位置坐标，如果模型文件泄密，对国家电力设施的安全存在一定的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种杆塔模型匹配及视觉导航的电力无人机及巡检方法，利用图象识别及模型匹配技术对杆塔类型进行识别，利用机器视觉定位无人机与杆塔间的相对位置，控制无人机按照杆塔模型自动巡检拍摄，最后利用视觉导航技术控制无人机沿着输电线路自动飞往下一级杆塔的无人机全自主巡检方法。

为得到上述目的，本发明采用的技术方案如下：