[发明专利]一种无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法

说明书

本发明提供了一种无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法，包括：1)获取待测关键目标的双目视觉信息和无人机的GPS、高度信息；2)根据双目视觉模型计算待测目标在世界坐标系中的三维坐标；3)基于双目视觉空间定位原理实现双目标定、矫正和稀疏立体匹配；4)构建无人机与关键目标基准世界坐标系转化模型，计算关键目标高度；5)构建无人机地理经纬度、高度、方位角和关键目标转化模型，计算关键目标地理坐标；6)利用关键目标位置指引无人机巡检飞行。本发明提供一种无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法，能协同处理被检测目标的可见光特征图像信息和检测无人机GPS信息，获得关键目标的经纬度和高度，提高输电线路无人机巡检效率。

技术领域

本发明属于输电线路中关键目标空间定位技术领域，特别涉及一种双目立体视觉与机载GPS协同的无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法。

背景技术

在无人机输电线路巡检过程中，现有无人机巡检系统只能实时显示无人机当前的位置信息，然后通过双目视觉或者其他距离传感器获取无人机与待测目标的相对距离，难以得到无人机携载摄像头捕捉到的待测目标的位置，因此无法以通用的坐标系来确切地描述关键目标物的空间位置。

在实际输电线路巡检工作中，往往需要及时获取并记录故障缺陷发生的具体空间位置信息，例如，记录入侵异物位置信息以便开展后续清除工作，记录异常发热区域的位置信息以便进行后续检测、检修工作等。在输电线路巡检过程中仅知道关键目标与无人机的相对位置的关系并没有实际的应用意义，现有的解决方案通常是采用人工测量或者用无人机的地理位置来近似被检测目标的位置，前者往往受限于特殊地理位置，人员无法到达，导致定位、测量、检修等工作无法顺利开展，而后者则不够精确，误差过大时容易引发无人机和输电线路的碰撞等电力事故。例如，专利说明书CN202111677929.4公开了一种无人机检测电力杆塔塔顶偏移距离的系统，该系统通过激光测距传感器想电力杆塔塔顶发射测距激光束，解析测距信号，分析无人机和电力杆塔的偏移距离，仅能够获得二者之间的相对位置关系，实际意义较低。

为解决上述问题，需要将检测的关键目标在二维图像中的像素坐标与真实场景中的地理坐标进行匹配，获得便于电力设备巡检员使用的形式表达，从而指引无人机快速、准确巡检。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种双目立体视觉与机载GPS协同的无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法，能协同处理被检测目标的可见光特征图像信息和检测无人机的GPS信息，实现二者的匹配，构建一个目标三维空间定位坐标系转化关系模型，根据无人机飞行数据和设备参数获得关键目标的经纬度和高度，提高输电线路无人机巡检效率。

本发明具体为一种双目立体视觉与机载GPS协同的无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法，所述无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法包括以下步骤：

步骤(1)：使用无人机搭载的双目相机获取待测关键目标的双目视觉信息，利用无人机的GPS获得无人机实时飞行的经纬度信息和高度信息；

步骤(2)：根据双目视觉模型计算待测目标在世界坐标系中的三维坐标，构建双目视觉针孔模型，实现世界坐标、相机坐标、物理坐标和像素坐标之间的转换；

步骤(3)：基于双目视觉空间定位原理实现双目标定，然后根据标定结果对图像进行畸变矫正和双目立体矫正，最后将双目图像中的对应点进行稀疏立体匹配，获取双目图像之间的位置对应关系；

步骤(4)：根据目标空间信息和无人机实时飞行数据，构建一个目标三维空间定位坐标系转换关系模型，推导出关键目标的高度；

步骤(5)：通过无人机地理经纬度、高度、方位角以及无人机和关键目标在基准世界坐标系下的坐标，构建无人机地理经纬度、高度、方位角和关键目标的转化模型，计算关键目标的地理坐标即经纬度；