[发明专利]一种适用于输电巡检工作的末端路径导航方法

权利要求书

1.一种适用于输电巡检工作的末端路径导航方法，包括：

(1)利用多传感器对局部未知环境进行探测并构建局部环境模型：

(1a)在巡检工作人员或移动巡检终端所处位置，摄像机与激光传感器保持固定位置与角度对前方环境进行探测。对摄像机获得的帧图像，采用改进的中值滤波方法对图像进行平滑处理；

(1b)在上面获得图像的基础上，应用改进的canny算法完成图像边缘检测，得到含有物体边缘的图像；

(1c)设定一个阈值像素，引入阈值处理对结果图像降噪，根据结果图像返回障碍的大致位置坐标以及相对于机器人的角度；

(1d)由激光传感器测量前方该角度一定范围内的距离信息，并结合障碍判定决策判断障碍存在与否，若障碍存在，则通过坐标转换将激光传感器的测得距离值d转换为相对于移动巡检终端的位置信息。其中，坐标转换公式为：

其中，(x1，y1)为障碍物在世界坐标系中的位置；(x，y)和α是分别表示移动巡检终端中心点在世界坐标系中的位置和航向角；d和β分别为激光传感器探测到的障碍物的距离和移动巡检终端正前方与改反馈的激光束之间的夹角；

(1e)采用延伸建模思想构建出三维局部环境模型。将上述结果图像中的障碍物用一个邻近矩形框起来，采用简单平面延伸的方法在真实环境中建立三维模型，随着当前位置的不断更新，障碍物的完整信息也被逐渐探测出来。

(2)采用自适应栅格方法构建局部地图：

(2a)将步骤1得到的三维局部环境模型向xoy平面(地面)投影得到一个二维局部地图；

(2b)将上一步得到的投影图进行栅格划分，1表示障碍栅格，0表示自由栅格。此处采用基于四叉树的自适应栅格划分的方法，即根据障碍物在环境中的分布情况动态调整栅格大小进行地图创建。在障碍物较少的区域，通过增大栅格尺寸来减少存储空间以及提高计算效率；在障碍物集中的区域，较小栅格尺寸以提高地图模型和计算的精度。

(3)基于改进的BFS算法实现路径导航：

(3a)在上面得到的栅格图中，以当前位置所处栅格为中心，设定一个距离阈值，选择此距离阈值范围的一个栅格作为下一个移动目标；

(3b)采用改进的宽度搜索优先(BFS)算法选择栅格。原先的BFS算法选择距离当前位置(栅格)最近的栅格，在本文改进的BFS算法中，这个目标栅格的选取标准为：取score＝d1(栅格至最终目标的距离)+d2(当前位置至栅格的距离)最小并且可以到达(可以越过障碍物)的那个栅格；

(3c)更新当前位置为上一步得到的栅格所处位置，重复步骤(3-1)、(3-2)，直至到达目的点。

2.根据权利要求1所述的一种适用于输电巡检工作的末端路径导航方法，其特征在于，步骤(1)改进的中值滤波算法指：在3*3窗口的基础上，在水平与垂直两个方向上增加与邻域像素的相关性。

3.根据权利要求1所述的一种适用于输电巡检工作的末端路径导航方法，其特征在于，步骤(1)中的采用canny算法进行边缘检测的步骤为：

(1)图像平滑处理；

(2)采用一阶偏导有限差分法来计算梯度的幅值和方向；

(3)非极大值抑制；

(4)阈值化与边缘连接。

4.根据权利要求1所述的一种适用于输电巡检工作的末端路径导航方法，其特征在于，步骤(2)自适应栅格划分的步骤为：

(1)将栅格图等分为四部分，逐块检查其栅格属性(0/1)；

(2)如果各自区域的所有栅格都具有相同的值或相差在规定的阈值范围内，则这个子区域就不再分割，否则继续将这个子区域进行分割，直到每一个子块都只含有相同的属性值。