[发明专利]基于同步定位与建图的无人机监测电线杆倾斜度系统

权利要求书

1.基于同步定位与建图的无人机监测电线杆倾斜度系统，用于测量电线杆的倾斜度，其特征在于：包括电线杆结构模型数据库模块、无人机飞行与测量模块和无人机数据处理模块；

所述电线杆结构模型数据库模块用于对电线杆进行分类并构建对应的电线杆数学结构模型，以及根据所述电线杆数学结构模型设计无人机的初始巡检路线；所述无人机飞行与测量模块用于获取所述电线杆的三维坐标数据和所述无人机的位姿数据并实现同步定位与建图；所述无人机数据处理模块用于根据所述电线杆的三维坐标数据和所述无人机的位姿数据拟合出电线杆的中心轴线以及计算出电线杆的倾斜度；

所述无人机飞行与测量模块包括无人机，所述无人机根据不同的电线杆选择不同的所述初始巡检路线；所述无人机数据处理模块对所述三维坐标数据进行切割、拼接、消除杂点以得到所需数据，根据所需数据按照初始设定的电线杆数学结构模型拟合出电线杆的中心轴线，计算所述中心轴线的倾斜度；所述拟合出电线杆的中心轴线是通过无人机围绕电线杆在不同高度下做圆周飞行，实现无人机的同步定位与建图，获取多组同一高度下的电线杆的二维坐标数据，调整无人机飞行的高度，重复获取多组不同高度下的电线杆的二维坐标数据，利用最小二乘法将这些二维坐标数据拟合出多个不同高度上的拟合圆，获取这些拟合圆的圆心坐标数据，将不同高度上的拟合圆的圆心坐标数据拟合出三维空间中的直线方程，得到电线杆的中心轴线。

2.根据权利要求1所述的基于同步定位与建图的无人机监测电线杆倾斜度系统，其特征在于：所述电线杆采用钢结构杆、木结构杆或钢筋混凝土结构杆，所述电线杆的简化模型为立于地面的圆柱体。

3.根据权利要求1所述的基于同步定位与建图的无人机监测电线杆倾斜度系统，其特征在于：所述无人机飞行与测量模块还包括前置摄像头、激光雷达和惯性测量单元，所述激光雷达、所述前置摄像头和所述惯性测量单元搭载在所述无人机上，所述前置摄像头用于获取电线杆的图像数据，所述激光雷达用于获取电线杆的三维坐标数据，所述惯性测量单元用于提供所述无人机的角速度和线速度以获取无人机的位姿数据。

4.根据权利要求3所述的基于同步定位与建图的无人机监测电线杆倾斜度系统，其特征在于：所述无人机为具有GPS系统的四旋翼无人机，所述无人机的运动模型为围绕电线杆做圆周飞行，所述电线杆的三维坐标数据基于所述前置摄像头的坐标系计算获取。

5.根据权利要求3所述的基于同步定位与建图的无人机监测电线杆倾斜度系统，其特征在于：所述惯性测量单元包括加速计和陀螺仪，通过所述惯性测量单元不断更新无人机的运动模型和状态方程，改变无人机的巡检路线，以实现同步定位与建图进行地图数据采集。

6.根据权利要求5所述的基于同步定位与建图的无人机监测电线杆倾斜度系统，其特征在于：所述前置摄像头获取的图像数据与所述惯性测量单元提供的角速度和线速度通过采用视觉惯导里程计进行融合，先对两帧采集图像数据的时间差内的惯性测量单元提供的角速度和线速度进行积分解算出位姿数据，然后融合所述积分得到的位姿数据和根据所述前置摄像头获取的图像数据，得到视觉惯导里程计的无人机的位姿数据。

7.根据权利要求5所述的基于同步定位与建图的无人机监测电线杆倾斜度系统，其特征在于：所述同步定位与建图包括观测点提取和数据关联；所述观测点提取是对所述电线杆的三维坐标数据和所述无人机的位姿数据进行观测点提取，所述观测点为无人机停下来进行测量的位置，通过所述数据关联判断该观测点是否为之前观测到的，如果不是，则将该观测点加入更新状态方程；所述数据关联是在不同时间、不同地点的传感器测量之间、传感器测量与地图特征之间或不同的地图特征之间建立对应的关系，以确定它们是否源于环境中同一物理实体的过程。

8.根据权利要求1所述的基于同步定位与建图的无人机监测电线杆倾斜度系统，其特征在于：同一高度下的电线杆的二维坐标数据大于或等于10组。