一种输电线路巡检无人机的控制方法及无人机的制作方法
一种输电线路巡检无人机的控制方法及无人机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请设及无人机导航技术领域，特别是一种输电线路巡检无人机的控制方法及 无人机。
[0002]
【背景技术】
[0003] 随着经济的快速发展，社会对电力的需求激增，电力线路正大幅扩建，而中国国± 迂阔，线路将穿越各种复杂的地形环境，从而促进了无人机输电线路巡检方式的出现，它很 好的解决了复杂地形输电线路巡检的难题。然而远距离的野外高压输电线路巡检对无人机 巡检的安全性要求非常高，且基于图像的故障检测也依赖于对图像数据的稳定可靠获取。 如何保证无人机巡检过程中对高压线路的安全性W及拍摄图像的稳定性成为无人机输电 线路巡检的重点和难点。
[0004] 现有的无人机输电线路巡检系统中，通常采用GI^S导航使无人机沿输电线路飞 行，或采用激光测距来控制无人机与输电线路的距离。但由于GI^S本身存在精度误差，而且 在复杂山区存在GI^S信号弱、容易被干扰等问题，而激光测距成本较大，且增加了无人机的 负载，降低了无人机的飞行效率。因而，上述两种方法中输电线路巡检无人机的安全性低。
[0005]
【发明内容】
[0006] 本申请提供一种输电线路巡检无人机的控制方法及无人机，解决现有技术中输电 线路巡检无人机在执行飞行任务时安全性低的问题。
[0007] 根据本申请的第一方面，本申请提供一种输电线路巡检无人机的控制方法，包括 W下步骤： 获取包含有输电塔的输电线路巡视图像；识别输电线路巡视图像中的输电塔；基于识 别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离；根据安全距离，调整无人机的飞行 位置。
[0008] 根据本申请的第二方面，本申请提供一种无人机，用于巡检输电线路，其包括摄像 模块、处理模块和驱动模块，其特征在于： 摄像模块，用于拍摄包含有输电塔的输电线路巡视图像并将拍摄到的输电线路巡视图 像发送至处理模块；处理模块，用于识别输电线路巡视图像中的输电塔，计算无人机到输电 线路平面的安全距离，基于所述安全距离向驱动模块发送控制信号；驱动模块，用于根据控 制信号调整无人机的飞行位置。
[0009] 本申请的有益效果是，由于本申请通过获取包含有输电塔的输电线路巡视图像； 识别输电线路巡视图像中的输电塔；基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的 安全距离；根据所述安全距离，调整无人机的飞行位置。即本申请通过获取的图像调整无人 机的飞行位置，信号不受干扰，识别精度更高，因而可W提升输电线路巡检无人机在执行飞 行任务时的安全性。
[0010]
【附图说明】
[0011] 图1为某些实施例的流程图； 图2为某些实施例的成像原理示意图； 图3为某些实施例的在俯视视角下的成像原理图。
[0012]
【具体实施方式】
[0013] 下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0014] 一种输电线路巡检无人机的控制方法，在某些实施例中，如图1所示，包括W下步 骤： 5101 ;获取包含有输电塔的输电线路巡视图像； 5102 ;识别输电线路巡视图像中的输电塔； 5103 ;基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离； 5104 ;根据安全距离，调整无人机的飞行位置。
[0015] 输电线路巡检无人机上一般配备有摄像机，如单目摄像机。可通过摄像头拍摄包 含有输电塔的输电线路巡视图像。输电线路巡视图像是指输电线路巡检无人机为巡检线路 而拍摄的用于反应输电线路状况的图像，由于本实施例无人机到输电线路平面的安全距离 是基于输电塔计算得到的，因此，输电线路巡视图像中应该具有输电塔的影像。
[001引对输电线路巡视图像中的输电塔的识風I，可采用AP(AffinityPropagation)聚 类法对目标图像进行分类识别。具体的图像处理步骤如下；1)对输电线路巡视图像进行灰 度化处理；2)采用中值滤波、膨胀和腐蚀等方法对灰度图像进行预处理；3)提取预处理后 图像的小波特征值；4)采用AP聚类方法对目标图像进行分类与识别。输电塔识别部分对 预处理后的图像进行一层小波分解，得到垂直子图、水平子图、平滑子图和斜向子图，对每 个子图的小波分解系数求均值和方差，作为特征值进行分类。然后由AP聚类算法根据数据 集的N个样本点之间的相似度进行聚类，从而可识别出图像中的输电塔。
[0017] 识别出输电线路巡视图像中的输电塔后，可基于识别出的输电塔，计算无人机到 输电线路平面的安全距离。根据安全距离，调整无人机的飞行位置。
[0018] 如图2所示，h为目标物体在图像中的高度，H为目标物体的实际高度，U为目标物 体距离成像中屯、的物距，V为目标物体的相距。由成像原理可W得到物距与像距分别为：。
[0019] 因而，在某些实施例中，如图3所示，图3为俯视视角下的成像原理图。输电线路 巡视图像中包含至少两个输电塔。步骤S102识别输电线路巡视图像中的输电塔，具体为： 识别输电线路巡视图像中相邻的输电塔A和输电塔B。
[0020] 步骤S103基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离，具体 为；计算相邻的输电塔A的图像高度hg和输电塔B的图像高度hb、相邻的输电塔A和输电 塔B分别距无人机的距离Ua和UbW及相邻的输电塔A和输电塔B相对于成像中屯、的夹角 0，Ua=巧+hjf/!v化=巧+hb)f/h'。，无人机到输电线路平面的安全距离为：
【主权项】
1. 一种输电线路巡检无人机的控制方法，包括以下步骤： 获取包含有输电塔的输电线路巡视图像； 识别输电线路巡视图像中的输电塔； 基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离； 根据安全距离，调整无人机的飞行位置。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于： 输电线路巡视图像中包含至少两个输电塔； 所述识别输电线路巡视图像中的输电塔，具体为：识别输电线路巡视图像中相邻的输 电塔A和输电塔B ; 所述基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离，具体为：计算相邻 的输电塔A的图像高度Ila和输电塔B的图像高度1?以及输电塔A与输电塔B的图像间距1 、相邻的输电塔A和输电塔B分别距无人机的距离U a和％以及相邻的输电塔A和输电塔 B相对于成像中心的夹角Θ，无人机到输电线路平面的安全距离为：
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于： 所述获取包含有输电塔的输电线路巡视图像，具体为：实时获取包含有输电塔的输电 线路巡视图像；还包括：
无人机飞行位置的位 置偏差进行实时PID控制； 其中
为无人机到输电线路平面的垂直距离X形成的时间变 量，Xo为安全距离的预设值。
4. 一种无人机，用于巡检输电线路，其包括摄像模块、处理模块和驱动模块，其特征在 于： 摄像模块，用于拍摄包含有输电塔的输电线路巡视图像并将拍摄到的输电线路巡视图 像发送至处理模块； 处理模块，用于识别输电线路巡视图像中的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安 全距离，基于所述安全距离向驱动模块发送控制信号； 驱动模块，用于根据所述控制信号调整无人机的飞行位置。
5. 根据权利要求4所述的无人机，其特征在于： 输电线路巡视图像中包含至少两个输电塔； 处理模块用于识别输电线路巡视图像中相邻的输电塔A和输电塔B ; 处理模块用于计算相邻的输电塔A的图像高度Ila和输电塔B的图像高度、相邻的输 电塔A和输电塔B分别距无人机的距离Ua和叫以及相邻的输电塔A和输电塔B相对于成 像中心的夹角Θ，无人机到输电线路平面的安全距离为：
6.根据权利要求4或5所述的无人机，其特征在于： 摄像模块用于实时获取包含有输电塔的输电线路巡视图像； 处理模块还用于基于PID控制
向驱动模块发送调整信号；其中，e(t) =X(t) - ，X(t)为无人机到输电线路平面的垂 直距离X形成的时间变量，X0为安全距离的预设值； 驱动模块还用于根据所述调整信号，实时控制无人机飞行位置的位置偏差。
【专利摘要】一种输电线路巡检无人机的控制方法，包括以下步骤：获取包含有输电塔的输电线路巡视图像；识别输电线路巡视图像中的输电塔；基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离；根据安全距离，调整无人机的飞行位置。本申请还公开了一种无人机，用于巡检输电线路，其包括摄像模块、处理模块和驱动模块，摄像模块用于拍摄包含有输电塔的输电线路巡视图像；处理模块用于识别输电线路巡视图像中的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离，基于安全距离向驱动模块发送控制信号；驱动模块用于根据控制信号调整无人机的飞行位置。本申请识别精度更高，信号不受干扰，提升了输电线路巡检无人机在执行飞行任务时的安全性。
【IPC分类】G05D1-10
【公开号】CN104865971
【申请号】CN201510272778
【发明人】林靖宇, 李栋, 卢子广, 龙军
【申请人】广西大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月26日
【技术领域】
[0001] 本申请设及无人机导航技术领域，特别是一种输电线路巡检无人机的控制方法及 无人机。
[0002]
【背景技术】
[0003] 随着经济的快速发展，社会对电力的需求激增，电力线路正大幅扩建，而中国国± 迂阔，线路将穿越各种复杂的地形环境，从而促进了无人机输电线路巡检方式的出现，它很 好的解决了复杂地形输电线路巡检的难题。然而远距离的野外高压输电线路巡检对无人机 巡检的安全性要求非常高，且基于图像的故障检测也依赖于对图像数据的稳定可靠获取。 如何保证无人机巡检过程中对高压线路的安全性W及拍摄图像的稳定性成为无人机输电 线路巡检的重点和难点。
[0004] 现有的无人机输电线路巡检系统中，通常采用GI^S导航使无人机沿输电线路飞 行，或采用激光测距来控制无人机与输电线路的距离。但由于GI^S本身存在精度误差，而且 在复杂山区存在GI^S信号弱、容易被干扰等问题，而激光测距成本较大，且增加了无人机的 负载，降低了无人机的飞行效率。因而，上述两种方法中输电线路巡检无人机的安全性低。
[0005]
【发明内容】
[0006] 本申请提供一种输电线路巡检无人机的控制方法及无人机，解决现有技术中输电 线路巡检无人机在执行飞行任务时安全性低的问题。
[0007] 根据本申请的第一方面，本申请提供一种输电线路巡检无人机的控制方法，包括 W下步骤： 获取包含有输电塔的输电线路巡视图像；识别输电线路巡视图像中的输电塔；基于识 别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离；根据安全距离，调整无人机的飞行 位置。
[0008] 根据本申请的第二方面，本申请提供一种无人机，用于巡检输电线路，其包括摄像 模块、处理模块和驱动模块，其特征在于： 摄像模块，用于拍摄包含有输电塔的输电线路巡视图像并将拍摄到的输电线路巡视图 像发送至处理模块；处理模块，用于识别输电线路巡视图像中的输电塔，计算无人机到输电 线路平面的安全距离，基于所述安全距离向驱动模块发送控制信号；驱动模块，用于根据控 制信号调整无人机的飞行位置。
[0009] 本申请的有益效果是，由于本申请通过获取包含有输电塔的输电线路巡视图像； 识别输电线路巡视图像中的输电塔；基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的 安全距离；根据所述安全距离，调整无人机的飞行位置。即本申请通过获取的图像调整无人 机的飞行位置，信号不受干扰，识别精度更高，因而可W提升输电线路巡检无人机在执行飞 行任务时的安全性。
[0010]
【附图说明】
[0011] 图1为某些实施例的流程图； 图2为某些实施例的成像原理示意图； 图3为某些实施例的在俯视视角下的成像原理图。
[0012]
【具体实施方式】
[0013] 下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0014] 一种输电线路巡检无人机的控制方法，在某些实施例中，如图1所示，包括W下步 骤： 5101 ;获取包含有输电塔的输电线路巡视图像； 5102 ;识别输电线路巡视图像中的输电塔； 5103 ;基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离； 5104 ;根据安全距离，调整无人机的飞行位置。
[0015] 输电线路巡检无人机上一般配备有摄像机，如单目摄像机。可通过摄像头拍摄包 含有输电塔的输电线路巡视图像。输电线路巡视图像是指输电线路巡检无人机为巡检线路 而拍摄的用于反应输电线路状况的图像，由于本实施例无人机到输电线路平面的安全距离 是基于输电塔计算得到的，因此，输电线路巡视图像中应该具有输电塔的影像。
[001引对输电线路巡视图像中的输电塔的识風I，可采用AP(AffinityPropagation)聚 类法对目标图像进行分类识别。具体的图像处理步骤如下；1)对输电线路巡视图像进行灰 度化处理；2)采用中值滤波、膨胀和腐蚀等方法对灰度图像进行预处理；3)提取预处理后 图像的小波特征值；4)采用AP聚类方法对目标图像进行分类与识别。输电塔识别部分对 预处理后的图像进行一层小波分解，得到垂直子图、水平子图、平滑子图和斜向子图，对每 个子图的小波分解系数求均值和方差，作为特征值进行分类。然后由AP聚类算法根据数据 集的N个样本点之间的相似度进行聚类，从而可识别出图像中的输电塔。
[0017] 识别出输电线路巡视图像中的输电塔后，可基于识别出的输电塔，计算无人机到 输电线路平面的安全距离。根据安全距离，调整无人机的飞行位置。
[0018] 如图2所示，h为目标物体在图像中的高度，H为目标物体的实际高度，U为目标物 体距离成像中屯、的物距，V为目标物体的相距。由成像原理可W得到物距与像距分别为：。
[0019] 因而，在某些实施例中，如图3所示，图3为俯视视角下的成像原理图。输电线路 巡视图像中包含至少两个输电塔。步骤S102识别输电线路巡视图像中的输电塔，具体为： 识别输电线路巡视图像中相邻的输电塔A和输电塔B。
[0020] 步骤S103基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离，具体 为；计算相邻的输电塔A的图像高度hg和输电塔B的图像高度hb、相邻的输电塔A和输电 塔B分别距无人机的距离Ua和UbW及相邻的输电塔A和输电塔B相对于成像中屯、的夹角 0，Ua=巧+hjf/!v化=巧+hb)f/h'。，无人机到输电线路平面的安全距离为：
【主权项】
1. 一种输电线路巡检无人机的控制方法，包括以下步骤： 获取包含有输电塔的输电线路巡视图像； 识别输电线路巡视图像中的输电塔； 基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离； 根据安全距离，调整无人机的飞行位置。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于： 输电线路巡视图像中包含至少两个输电塔； 所述识别输电线路巡视图像中的输电塔，具体为：识别输电线路巡视图像中相邻的输 电塔A和输电塔B ; 所述基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离，具体为：计算相邻 的输电塔A的图像高度Ila和输电塔B的图像高度1?以及输电塔A与输电塔B的图像间距1 、相邻的输电塔A和输电塔B分别距无人机的距离U a和％以及相邻的输电塔A和输电塔 B相对于成像中心的夹角Θ，无人机到输电线路平面的安全距离为：
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于： 所述获取包含有输电塔的输电线路巡视图像，具体为：实时获取包含有输电塔的输电 线路巡视图像；还包括：
无人机飞行位置的位 置偏差进行实时PID控制； 其中
为无人机到输电线路平面的垂直距离X形成的时间变 量，Xo为安全距离的预设值。
4. 一种无人机，用于巡检输电线路，其包括摄像模块、处理模块和驱动模块，其特征在 于： 摄像模块，用于拍摄包含有输电塔的输电线路巡视图像并将拍摄到的输电线路巡视图 像发送至处理模块； 处理模块，用于识别输电线路巡视图像中的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安 全距离，基于所述安全距离向驱动模块发送控制信号； 驱动模块，用于根据所述控制信号调整无人机的飞行位置。
5. 根据权利要求4所述的无人机，其特征在于： 输电线路巡视图像中包含至少两个输电塔； 处理模块用于识别输电线路巡视图像中相邻的输电塔A和输电塔B ; 处理模块用于计算相邻的输电塔A的图像高度Ila和输电塔B的图像高度、相邻的输 电塔A和输电塔B分别距无人机的距离Ua和叫以及相邻的输电塔A和输电塔B相对于成 像中心的夹角Θ，无人机到输电线路平面的安全距离为：
6.根据权利要求4或5所述的无人机，其特征在于： 摄像模块用于实时获取包含有输电塔的输电线路巡视图像； 处理模块还用于基于PID控制
向驱动模块发送调整信号；其中，e(t) =X(t) - ，X(t)为无人机到输电线路平面的垂 直距离X形成的时间变量，X0为安全距离的预设值； 驱动模块还用于根据所述调整信号，实时控制无人机飞行位置的位置偏差。
【专利摘要】一种输电线路巡检无人机的控制方法，包括以下步骤：获取包含有输电塔的输电线路巡视图像；识别输电线路巡视图像中的输电塔；基于识别出的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离；根据安全距离，调整无人机的飞行位置。本申请还公开了一种无人机，用于巡检输电线路，其包括摄像模块、处理模块和驱动模块，摄像模块用于拍摄包含有输电塔的输电线路巡视图像；处理模块用于识别输电线路巡视图像中的输电塔，计算无人机到输电线路平面的安全距离，基于安全距离向驱动模块发送控制信号；驱动模块用于根据控制信号调整无人机的飞行位置。本申请识别精度更高，信号不受干扰，提升了输电线路巡检无人机在执行飞行任务时的安全性。
【IPC分类】G05D1-10
【公开号】CN104865971
【申请号】CN201510272778
【发明人】林靖宇, 李栋, 卢子广, 龙军
【申请人】广西大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月26日
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