CN104360688A - 一种巡线无人机的导向装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种巡线无人机的导向装置及其控制方法，包括机载照相机，机载图像处理单元，机载数据处理单元，无人机航向控制单元，以及无线传输单元；其中：机载照相机，机载图像处理单元，机载数据处理单元，无人机航向控制单元依序连接，机载数据处理单元，无人机航向控制单元分别与无线传输单元连接。利用本发明可以对输电线路进行检测以便发现缺陷，而且定向精度可以满足要求。

Description

一种巡线无人机的导向装置及其控制方法

技术领域

本发明属于无人飞行器控制技术领域，具体涉及一种用于巡线的无人机定向的方法，可广泛应用于无人机巡线之中。

背景技术

云南地处云贵高原，地理条件恶劣，输电线路及铁塔往往位于高山峡谷中，人不易接近，并且气候条件较差。而目前的无人机技术已经比前几年有很大的提高，可以做到自主飞行，即设置好坐标点无人机就可以按设置好的路线(方向、高度)自主运行。这给我们利用它来进行线路的缺陷检测提供了方便。利用无人机搭载高清摄录设备、红外检测仪等，可以对输电线路进行检测，发现缺陷。

采用无人机巡线，能够很好的降低成本，减轻劳动量并且解决人工巡线所带来的安全问题。无人机导向系统通常采用捷联式惯性导航系统或使用GPS进行导航，在巡线过程中，由于噪声的存在以及传感器的误差等因素，会出现无人机偏离航向的问题，有可能会导致严重的后果。为了保证无人机巡线的可靠性，有必要提升无人机导向装置的准确度。

现有技术的缺点：

(1)捷联式惯性导航系统导航时主要依靠的是陀螺仪和加速度计，但陀螺仪和加速度计会直接承受飞行器的振动、冲击和角运动，因而会产生附加的动态误差，而且由于捷联式惯性导航系统在工作时不依赖外界信息，可以说是是一个封闭的系统，在长时间测量航向时误差会随时间累积甚至发散因此精度较低。

(2)使用GPS虽然测量结果虽然不存在累计误差，但是由于卫星误差、传播误差及接收误差的存在，定位精度在10m左右，定向精度无法满足要求。

(3)在带电线路周围电磁环境复杂，使用航空罗盘无法保证精度。

发明内容

本发明是利用计算机视觉技术，针对输电线路航拍得到的导线的图像，利用机载设备进行图像处理就可以得出照片中导线的方向，进而可以得到无人机当前航向与导线夹角的一个参考值。将此数据发给无人机航向控制单元，即可完成导向过程。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种巡线无人机的导向装置，包括机载照相机，机载图像处理单元，机载数据处理单元，无人机航向控制单元，以及无线传输单元；其中：机载照相机，机载图像处理单元，机载数据处理单元，无人机航向控制单元依序连接，机载数据处理单元，无人机航向控制单元分别与无线传输单元连接。

本发明导向装置控制方法包括以下几个步骤：

1)无人机飞行在导线正上方，通过挂在机身下面的机载照相机拍摄导线的图像；然后将图像传到机载图像处理单元；

2)机载图像处理单元对机载照相机所拍摄的照片进行处理，提取图片中的导线信息，得到照片中导线与照片所成角度；

3)将该角度传入机载数据处理单元，通过与已知的照相机参数进行比对，可以得到无人机航向与导线的夹角；

4)将无人机航向与导线的夹角传入无人机航向控制单元，修正无人机航向。

本发明当无人机偏离航向，所偏离值反映在机载照相机拍摄的照片上，并通过机载图像处理单元测出该偏离值，将该偏离值反馈到无人机航向控制单元，调整无人机航向。

本发明当无人机为自动导航模式，则采用无人机航向控制单元调整无人机航向；若无人机为手动操作模式，无人机会将当前的信息通过无线传输单元发送到地面，供操纵者参考。

本发明的有益效果是：对线路的缺陷检测提供了方便；利用本发明可以对输电线路进行检测以便发现缺陷，而且本发明的定向精度可以满足要求。

附图说明

图1是无人机导向装置的结构示意图；

图2是无人机导向装置工作示意图；

图3是无人机导向过程的流程图；

图4是运行导线提取程序后得到的图像；

图5是基于Freeman链码原理去除小面积的连通区域，去除背景噪声及不属于导线的部分后的图像；

图6是对保留区域进行Hough变换，提取直线，然后使用最小二乘法进行直线拟合，得到的图像。

图2中：1.导线；2.四旋翼无人机；3.机载照相机。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

一种巡线无人机的导向装置，本发明特征是：包括机载照相机，机载图像处理单元，机载数据处理单元，无人机航向控制单元，以及无线传输单元；其中：机载照相机，机载图像处理单元，机载数据处理单元，无人机航向控制单元依序连接，机载数据处理单元，无人机航向控制单元分别与无线传输单元连接。

本发明导向装置控制方法包括以下几个步骤：

1)无人机飞行在导线正上方，通过挂在机身下面的机载照相机拍摄导线的图像；然后将图像传到机载图像处理单元；

2)机载图像处理单元对机载照相机所拍摄的照片进行处理，提取图片中的导线信息，得到照片中导线与照片所成角度；

3)将该角度传入机载数据处理单元，通过与已知的照相机参数进行比对，可以得到无人机航向与导线的夹角；

4)将无人机航向与导线的夹角传入无人机航向控制单元，修正无人机航向。

本发明当无人机偏离航向，所偏离值反映在机载照相机拍摄的照片上，并通过机载图像处理单元测出该偏离值，将该偏离值反馈到无人机航向控制单元，调整无人机航向。

本发明当无人机为自动导航模式，则采用无人机航向控制单元调整无人机航向；若无人机为手动操作模式，无人机会将当前的信息通过无线传输单元发送到地面，供操纵者参考。

如图1，无人机导向装置包括机载照相机、机载图像处理单元、记载数据处理单元、无人机航向控制单元；其中，机载数据处理单元和无人机航向控制单元能够通过机载无线传输单元与地面无人机控制器连接进行数据交互。

图2为无人机导向装置工作示意图。如图所示，无人机在导线上方飞行，机载照相机安装在无人机下方。

图3是无人机导向过程的流程图。

图4是将无人机拍摄的照片传入图像处理单元后，图像处理单元运行导线提取程序后得到的二值图像。可以看到很多与导线无关的白点即图片中存在的噪声。

图5是基于Freeman链码原理去除小面积的连通区域，去除背景噪声及不属于导线的部分后的图像。可以看出噪声减少了很多，导线部分变的很明显。

图6是对保留区域进行Hough变换，提取直线。然后使用最小二乘法进行直线拟合，得到的图像。计算机可以自动计算出导线与纵坐标轴夹角是42.0193。

将该角度由图像处理单元传入数据处理单元，通过与已知的照相机与无人机的夹角相比对，即可得出无人机当前时刻航向与机身下导线的夹角。

当无人机采取自动导航模式时，将上面算出的角度传输到数据无人机航向控制单元，即可完成航向的修正。当无人机采取手动模式时，将该角度通过无线传输单元传输的地面，供操作者参考。

Claims (4)

1.一种巡线无人机的导向装置，其特征是：包括机载照相机，机载图像处理单元，机载数据处理单元，无人机航向控制单元，以及无线传输单元；其中：机载照相机，机载图像处理单元，机载数据处理单元，无人机航向控制单元依序连接，机载数据处理单元，无人机航向控制单元分别与无线传输单元连接。

2.使用权利要求1所述一种巡线无人机的导向装置的控制方法，其特征是：包括以下几个步骤：

1)无人机飞行在导线正上方，通过挂在机身下面的机载照相机拍摄导线的图像；然后将图像传到机载图像处理单元；

2)机载图像处理单元对机载照相机所拍摄的照片进行处理，提取图片中的导线信息，得到照片中导线与照片所成角度；

3)将该角度传入机载数据处理单元，通过与已知的照相机参数进行比对，可以得到无人机航向与导线的夹角；

4)将无人机航向与导线的夹角传入无人机航向控制单元，修正无人机航向。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征是：当无人机偏离航向，所偏离值反映在机载照相机拍摄的照片上，并通过机载图像处理单元测出该偏离值，将该偏离值反馈到无人机航向控制单元，调整无人机航向。

4.如权利要求2所述的控制方法，其特征是：当无人机为自动导航模式，则采用无人机航向控制单元调整无人机航向；若无人机为手动操作模式，无人机会将当前的信息通过无线传输单元发送到地面，供操纵者参考。