[发明专利]一种架空高压线智能自主沿导线飞行巡检系统和方法

权利要求书

1.一种架空高压线智能自主沿导线飞行巡检方法，其特征在于，该巡检方法基于架空高压线智能自主沿导线飞行巡检系统，该系统包括地面控制站、激光雷达、激光雷达数据处理模块以及多旋翼无人机，激光雷达、激光雷达数据处理模块均设置在多旋翼无人机上，激光雷达用于采集高压线相对于多旋翼无人机的角度以及距离信息，激光雷达数据处理模块将上述信息通过无线方式传输到地面控制站；多旋翼无人机包括摄像头模块、图传模块、电机驱动模块和无人机控制中心，地面控制站与无人机控制中心无线连接，电机驱动模块在无人机控制中心控制下对多旋翼无人机中各个螺旋桨电机进行转速控制，使得无人机与架空高压线保持固定距离沿架空高压线巡航飞行，摄像头模块实时获取架空高压线信息，图传模块将摄像头模块获取的架空高压线信息传输给地面控制站；

步骤是：

S1、读取巡检任务信息：无人机在启动巡检作业任务前先读取该次巡检的塔段信息，包括塔段大小号塔的塔型数据，塔的高度，塔的GPS坐标位置；

S2、巡航角度锁定：无人机根据两个塔的GPS坐标位置调整无人机的机头朝向，使得其与塔段间高压线的方位角保持正交垂直；

S3、高压线位置确认：通过无人机搭载的激光雷达，得到以无人机为坐标中心，高压线截面点相对于无人机的距离以及角度，计算得到无人机与高压线之间的水平距离和垂直距离，并计算出二者与设定距离的偏移量e1、e2；

S4、无人机位置调整：依据参数获取到高压线与无人机的相对位置，判断是否超过事先的设定范围，应用PID控制算法对无人机的俯仰与偏航进行闭环控制，使无人机与架空高压线保持固定垂直距离以及水平距离，拍摄得到架空高压线影像信息；

S5、当巡检工作结果后，无人机先向后退一定的距离，然后上升到高于大号塔塔顶高度A米的高度，然后获取无人机启动时所获得的GPS返航点进行全自动返航。

2.根据权利要求1所述的巡检方法，其特征在于，利用激光雷达计算无人机与高压线之间的水平距离和垂直距离，步骤是：

a、无人机的机头保持与架空高压线正交垂直，激光雷达垂直安装在无人机上；

b、激光雷达以固定的转速以及固定的扫描频率进行空间测距扫描；

c、激光雷达以无人机机头方向为初始零度方向，将向上M度、向下N度、距离P米的扇形区域作为架空高压线点云数据采集区域，通过数据滤波得到有效的高压线在极坐标系以无人机为坐标原点的角度以及距离信息；

d、步骤c中提取的角度以及距离信息通过三角函数的计算公式获得无人机与高压线之间的水平距离和垂直距离。

3.根据权利要求1所述的巡检方法，其特征在于，无人机自身定位采用GPS定位与IMU模块相结合的方法，具体为：

GPS模块定位得到无人机的实际位置，结合预先规划的无人机航线信息，获取无人机分别距离两塔的距离，从而调整飞行移动的速度；

同时IMU模块获取无人机的角度，通过调节无人机的螺旋桨电机速度能够实现无人机的朝向调整，从而使得无人机角度与两座塔的方位角实现90度正交垂直。

4.根据权利要求1所述的巡检方法，其特征在于，在巡检开始前，预先设定树障距离阈值，无人机在巡检过程中如检测到高压线与树木距离低于设定的阈值，则自动记录该树障点相关信息，巡航结束后现场生成巡检报告，巡检报告中记录树障点中高压线与树木的距离、树障点位置以及现场图片信息。

5.根据权利要求1所述的巡检方法，其特征在于，多旋翼无人机在巡检过程中以固定间隔对高压线自主拍摄。

6.根据权利要求1所述的巡检方法，其特征在于，所述架空高压线智能自主沿导线飞行巡检系统中，激光雷达数据处理模块包括激光雷达处理器、无线数据收发模块和电源稳压模块，其中，电源稳压模块对无人机的电源电压进行稳压，供激光雷达处理器、无线数据收发模块以及激光雷达使用；激光雷达处理器产生恒定的PWM信号驱动激光雷达以恒定的转速旋转，并获得相关的高压线相对于无人机的角度以及距离；高压线相对于无人机的角度以及距离数据通过无线数据收发模块发送至地面控制站。