[发明专利]一种输电线路无人机自动驾驶巡检方法

权利要求书

1.一种输电线路无人机自动驾驶巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.计算激光雷达扫描区域面积，根据激光雷达型号、射程、开角、通讯距离，计算激光雷达扫描区域面积；

S2.通过千寻精准定位服务，进行RTK激光雷达无人机基站定位；

S3.结合雷达扫描区域和输电线路结构尺寸，包括杆塔高度、横担最大长度、最下相导线高度、走向，分别计算输电线路线行中心与无人机保持的水平距离值、无人机与水平地面保持的垂直距离理论值、以及设计无人机与水平地面的高度值；

S4.手动操控RTK激光雷达无人机进行输电线路建模，通过数据转换、拟合，激光雷达数据分类、去噪、矢量化处理，形成三维实体模型，自动提取杆塔坐标、杆塔高、呼称高、导地线弧垂、输电线路结构部件尺寸、线路与树木、线路与房屋、线路与线路间距离，并提取输电线路绝缘子挂点、金具挂点位置空间坐标，规划无人机自动驾驶航线；

S5.根据激光雷达建模所得输电线路激光点云实体模型，提取输电线路关键位置坐标，包括杆塔中心坐标、地线挂点、绝缘子挂点坐标，规划无人机起降位置、飞行速度、飞行轨迹，通过自动驾驶、智能飞行控制程序，生成无人机精细化巡检和激光雷达建模自动驾驶航线。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机自动驾驶巡检方法，其特征在于，所诉的S1步骤中，计算激光雷达扫描区域面积，其计算公式为：

式中，S为激光雷达扫描区域面积；R为激光雷达射程；α为激光雷达开角。

3.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机自动驾驶巡检方法，其特征在于，所述的S3步骤中，

输电线路线行中心与无人机保持的水平距离值的计算公式为：

式中，D_a—线行中心与无人机保持的水平距离；

L—杆塔最长横担长度；

n—输电线路安全距离；

其中，公式中数值分别对应110kV、220kV、500kV输电线路安全距离；

无人机与水平地面保持的垂直距离理论值计算公式为：

式中，H_a—无人机与水平地面保持的垂直距离理论值，m；

H—杆塔结构高度；

L—杆塔最长横担长度；

n—输电线路安全距离；

α—激光雷达开角；

无人机与水平地面的高度值，设计公式为：

以上高度，为激光雷达无人机建模时飞行的高度，根据雷达扫描区域范围、杆塔结构尺寸，分别规划无人机航线为单架次、双架次、三架次作业，以使激光雷达扫描区域可覆盖整个输电线路结构。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种输电线路无人机自动驾驶巡检方法，其特征在于，生成无人机精细化巡检自动驾驶航线后，在无人机进行自动巡检时，还需控制无人机飞行的安全距离以及飞行姿态，其中，

安全距离的计算公式为：

D＝max{l₁,l₂,l₃,l₄}+x₁+x₂+x₃+x₄+vt+max{a₁+a₂+a₃}

式中：

l₁,l₂分别为根据无人机搭载电子设备正常工作时要求的磁场强度，通过查找两边导线外侧达到此磁场强度处，距离对应边相导线的水平距离；l₃,l₄为根据无人机搭载电子设备正常工作时要求的电场强度，查找两边相导线外侧达到此磁场强度处，距离对应边相导线的水平距离；x₁为无人机飞行平台飞控定位系统误差造成的规划线路偏差距离；x₂为最大允许飞行风力造成偏离航线偏差距离；x₃为测距仪的测距误差；x₄为线路打点GPS定位仪数据误差造成规划线路与实际预设位置距离偏差；v为无人机巡检的飞行速度；t为无线通讯系统最长延时；a₁为单片机翼长度；a₂为机头与主轴间距离；a₃为机尾与主轴间距离；

无人机飞行姿态的控制方法包括：

首先，无人机与地面的相对位置，通过地面坐标系O_d-x_dy_dz_d表示；无人机的转动通过机体轴系O_j-x_jy_jz_j表示；无人机的位置变化通过速度轴系O_s-x_sy_sz_s表示；地面坐标系原点为无人机的初始位置，机体坐标系和速度坐标系原点均为无人机质心位置，无人机具有六个自由度，分别为三个方向的移动自由度和绕质心的三个转动自由度，三个姿态角分别为俯仰角滚转角θ和偏航角ψ；

然后，将三个姿态角的变化率向O_j-x_jy_jz_j上投影，得到：

式中，为三个姿态角的变化率；p,q,r分别为三个角速度分量；

最后，根据上式求解出θ，ψ，得到无人机姿态运动方程：