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专利名称：基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法及装置

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN201911365552.1

专利申请（专利权）人：国网宁夏电力有限公司固原供电公司
权利人地址：宁夏回族自治区固原市原州区人民街217号

专利发明（设计）人：黄金柱,冯辉,张春龙,杜建东,刘永智,马国平

专利摘要：本申请公开了一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法及装置，该方法，包括：通过激光雷达设备采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集；通过激光雷达设备采集当前待测导线周围的疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集；计算当前待测导线位置数据集中的各个位置坐标与当前疑似障碍物位置数据集中的各个位置坐标的间距；在上述间距小于安全阈值的情况下，确定上述间距对应的故障点信息。本方法可以形成更加完整的巡检记录文件，更大力度地保障了输电线的安全性。

主权利要求：
1.一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法，其特征在于，包括：通过激光雷达设备采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集；
通过激光雷达设备采集当前待测导线周围的疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集；
计算所述当前待测导线位置数据集中的各个位置坐标与所述当前疑似障碍物位置数据集中的各个位置坐标的间距；
在所述间距小于安全阈值的情况下，确定所述间距对应的当前待测导线的位置坐标为当前导线故障点位置，确定所述间距对应的当前疑似障碍物的位置坐标为当前障碍物位置，确定所述间距为危险距离；
所述通过激光雷达设备采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集，包括：确定与所述待测导线垂直的平面为探测平面，确定所述探测平面内所述激光雷达设备朝向所述待测导线探测α°的区域为第一探测区域；
通过所述激光雷达设备在所述第一探测区域内进行探测，获取所述待测导线与多旋翼无人机距离最近的点P，所述点P与所述多旋翼无人机的距离为L；
从地面监控中心获取当前待测导线任意两线的最大距离d；
确定在所述探测平面内以所述点P为圆心，以所述最大距离d为半径的圆面区域为待测导线探测区域；
通过激光雷达设备对所述待测导线探测区域进行探测，采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集J；
所述通过激光雷达设备采集当前待测导线周围的疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集，包括：确定所述第一探测区域中与所述激光雷达设备的距离大于（L+2d）的区域为第二探测区域；
通过激光雷达设备对所述第二探测区域进行探测，采集当前疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集K1；
所述通过激光雷达设备采集当前待测导线周围的疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集，还包括：确定所述探测平面内所述激光雷达设备朝向所述待测导线探测180°的范围为整体探测区域；
确定所述整体探测区域中除去所述第一探测区域的区域为第三探测区域；
通过激光雷达设备对所述第三探测区域进行探测，采集当前疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集K2。
2.如权利要求1所述的基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法，其特征在于，所述计算所述当前待测导线位置数据集中的各个位置坐标与所述当前疑似障碍物位置数据集中的各个位置坐标的间距，包括：计算所述当前待测导线位置数据集J中的各个位置坐标与所述当前疑似障碍物位置数据集K1和K2中的各个位置坐标的间距。
3.如权利要求1至2任一项所述的基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法，其特征在于，所述方法还包括：记录所述当前导线故障点位置、所述当前障碍物位置和所述危险距离，形成巡检记录文件。
4.如权利要求1至2任一项所述的基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述间距小于安全阈值的情况下，开启摄像头，拍摄当前导线图像和当前障碍物图像；
记录所述当前导线故障点位置、所述当前障碍物坐标、所述危险距离、所述当前导线图像和所述当前障碍物图像，形成巡检记录文件。
5.一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检装置，其特征在于，包括：单线激光雷达多旋翼无人机采用如权利要求1?4任意一项所述的基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法进行巡检；
所述单线激光雷达多旋翼无人机，包括，
激光雷达设备，所述激光雷达设备用于采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集，采集当前待测导线附近的疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集；
计算单元，所述计算单元用于计算所述当前待测导线位置数据集中的各个位置坐标与所述当前疑似障碍物位置数据集中的各个位置坐标的间距；
判断单元，所述判断单元用于在所述间距小于安全阈值的情况下，确定所述间距对应的当前待测导线的位置坐标为当前导线故障点位置，确定所述间距对应的当前疑似障碍物的位置坐标为当前障碍物位置，确定所述间距为危险距离。
6.如权利要求5所述的基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检装置，其特征在于，所述单线激光雷达多旋翼无人机，还包括：记录单元；
所述记录单元用于记录所述当前导线故障点位置、所述当前障碍物位置和所述危险距离，形成巡检记录文件。
7.如权利要求6所述的基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检装置，其特征在于，所述单线激光雷达多旋翼无人机，还包括：摄像头；
所述摄像头用于在所述间距小于安全阈值的情况下，拍摄当前导线图像和当前障碍物图像；
所述记录单元还用于记录所述当前导线图像和所述当前障碍物图像。 说明书 : 基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法及装置技术领域[0001] 本申请涉及无人机技术领域，特别涉及一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法及装置。背景技术[0002] 目前，高压输电线路已成为电网的主干网，增强了我国电力传输能力，改善电网建设落后问题。由于输电线路需要穿越各种复杂的地形及植被，给输电线路的检测带来了很多困难。根据高电压电网线的相关规定：在超高压电网线的直径一定距离的范围内，若有与地面直接接触的物体都有可能会出现漏电放电等安全事故。目前，高空中输电线路与周边物体的距离检测是超高压输电线路安全检测的一项重要指标。输电线路长期暴露在野外，树木生长可能会引起输电线放电，也必须及时处理。[0003] 早期需要人工对输电线路进行检测，有一定的危险性，而且在输电线路发生故障的时候，无法准确做出及时反。故腔嵩斐砂踩鹿实姆⑸。因此，人们逐渐提出用无人机替代人工对输电线路进行检测，从而提高作业效率，保障人员安全。[0004] 但是现有的无人机输电线路巡检系统只采用可见光图像和视频对输电线路走廊进行巡视，检测手段单一，只能对高压输电线路做粗略的巡检，大致判断输电线的故障位置。发明内容[0005] 本申请的目的在于公开了一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法及装置。该基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法及装置，不仅可以检测到输电线的故障位置，还可以检测对应的障碍物位置、障碍物与输电线的距离，形成更加完整的巡检记录文件，并及时与地面监控中心反。罅Χ鹊乇Ｕ狭耸涞缦叩陌踩。[0006] 一方面，本发明实施例提供了一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法，包括：[0007] 通过激光雷达设备采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集；[0008] 通过激光雷达设备采集当前待测导线周围的疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集；[0009] 计算所述当前待测导线位置数据集中的各个位置坐标与所述当前疑似障碍物位置数据集中的各个位置坐标的间距；[0010] 在所述间距小于安全阈值的情况下，确定所述间距对应的当前待测导线的位置坐标为当前导线故障点位置，确定所述间距对应的当前疑似障碍物的位置坐标为当前障碍物位置，确定所述间距为危险距离。[0011] 作为一种可选的实施方式，所述通过激光雷达设备采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集，包括：[0012] 确定与所述待测导线垂直的平面为探测平面，确定所述探测平面内所述激光雷达设备朝向所述待测导线探测α°的区域为第一探测区域；[0013] 通过所述激光雷达设备在所述第一探测区域内进行探测，获取所述待测导线与所述无人机距离最近的点P，所述点P与所述无人机的距离为L；[0014] 从地面监控中心获取当前待测导线任意两线的最大距离d；[0015] 确定在所述探测平面内以所述点P为圆心，以所述最大距离d为半径的圆面区域为待测导线探测区域；[0016] 通过激光雷达设备对所述待测导线探测区域进行探测，采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集J。[0017] 作为一种可选的实施方式，所述通过激光雷达设备采集当前待测导线周围的疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集，包括：[0018] 确定所述第一探测区域中与所述激光雷达设备的距离大于(L+2d)的区域为第二探测区域；[0019] 通过激光雷达设备对所述第二探测区域进行探测，采集当前疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集K1。[0020] 作为一种可选的实施方式，所述通过激光雷达设备采集当前待测导线周围的疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集，还包括：[0021] 确定所述探测平面内所述激光雷达设备朝向所述待测导线探测180°的范围为整体探测区域；[0022] 确定所述整体探测区域中除去所述第一探测区域的区域为第三探测区域；[0023] 通过激光雷达设备对所述第三探测区域进行探测，采集当前疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集K2。[0024] 作为一种可选的实施方式，所述计算所述当前待测导线位置数据集中的各个位置坐标与所述当前疑似障碍物位置数据集中的各个位置坐标的间距，包括：[0025] 计算所述当前待测导线位置数据集J中的各个位置坐标与所述当前疑似障碍物位置数据集K1和K2中的各个位置坐标的间距。[0026] 作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：[0027] 记录所述当前导线故障点位置、所述当前障碍物位置和所述危险距离，形成巡检记录文件。[0028] 作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：[0029] 在所述间距小于安全阈值的情况下，开启摄像头，拍摄当前导线图像和当前障碍物图像；[0030] 记录所述当前导线故障点位置、所述当前障碍物坐标、所述危险距离、所述当前导线图像和所述当前障碍物图像，形成巡检记录文件。[0031] 另一方面，本发明实施例提供了一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检装置，包括：单线激光雷达多旋翼无人机；[0032] 所述单线激光雷达多旋翼无人机，包括，[0033] 激光雷达设备，所述激光雷达设备用于采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集，采集当前待测导线附近的疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集；[0034] 计算单元，所述计算单元用于计算所述当前待测导线位置数据集中的各个位置坐标与所述当前疑似障碍物位置数据集中的各个位置坐标的间距；[0035] 判断单元，所述判断单元用于在所述间距小于安全阈值的情况下，确定所述间距对应的当前待测导线的位置坐标为当前导线故障点位置，确定所述间距对应的当前疑似障碍物的位置坐标为当前障碍物位置，确定所述间距为危险距离。[0036] 作为一种可选的实施方式，所述单线激光雷达多旋翼无人机，还包括：记录单元；[0037] 所述记录单元用于记录所述当前导线故障点位置、所述当前障碍物位置和所述危险距离，形成巡检记录文件。[0038] 作为一种可选的实施方式，所述单线激光雷达多旋翼无人机，还包括：摄像头；[0039] 所述摄像头用于在所述间距小于安全阈值的情况下，拍摄当前导线图像和当前障碍物图像；[0040] 所述记录单元还用于记录所述当前导线图像和所述当前障碍物图像。[0041] 本申请所提供的一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法及装置。该基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法，通过激光雷达设备对待测导线以及待测导线周围区域的点云数据收集和数据遍历算法计算，不仅可以得到输电线的故障位置，还可以得到对应的障碍物位置以及障碍物与输电线的距离，形成更加完整的巡检记录文件，并及时与地面监控中心反。罅Χ鹊乇Ｕ狭耸涞缦叩陌踩。附图说明[0042] 为更清楚地阐述本申请的构造特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。[0043] 图1为本申请提供的一种基于单线激光雷达多旋翼无人机的结构示意图；[0044] 图2为本申请提供的一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法的流程示意图；[0045] 图3为图2中步骤101的具体步骤的流程示意图；[0046] 图4为本申请公开的探测平面内无人机对待测导线的巡检示意图；[0047] 图5为图2中步骤102的具体步骤的流程示意图；[0048] 图6为本申请提供的一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检装置的示意图。具体实施方式[0049] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。[0050] 如图1所示，图1为本申请提供的一种基于单线激光雷达多旋翼无人机的结构示意图。图中所示为无人机面对待测导线一侧的平面示意图。本申请中的基于单线激光雷达多旋翼无人机100，包括：[0051] 摄像头110，所述摄像头110可以是针孔摄像头，用于拍摄待测导线图像以及待测导线一侧的环境图像。该摄像头110可以是TCL的svc200摄像头。[0052] 激光雷达设备120，所述激光雷达设备120包括激光发射器121、激光接收器122，所述激光发射器121和激光接收器122与所述摄像头110设置于所述无人机的同侧。该激光雷达设备120可以是二维360°激光扫描仪，比如：Livox激光雷达Mid－40和Mid－100系列。[0053] 图2为本申请提供的一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法的流程示意图。所述方法包括：[0054] 101、通过激光雷达设备采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集。[0055] 在本申请的实施例中，上述当前待测导线即为超高压电网线中的高压输电线，无人机上的激光雷达朝向所述待测导线一侧进行飞行，在飞行的过程中，通过激光雷达采集当前待测导线的位置坐标。该位置坐标是以无人机为原点，以垂直于待测导线的平面设置的。[0056] 在本申请的实施例中，如图3所示，步骤101还可以具体为以下步骤：[0057] 1011、确定与待测导线垂直的平面为探测平面，确定探测平面内激光雷达设备朝向待测导线探测α°的区域为第一探测区域。[0058] 如图4所示，图4为本申请公开的探测平面内无人机对待测导线的巡检示意图。图中所示即为与待测导线垂直的探测平面。其中无人机的激光雷达设备朝向待测导线探测的角度α°的区域，即图中虚线夹角区域，为第一探测区域。[0059] 1012、通过激光雷达设备在上述第一探测区域内进行探测，获取待测导线与无人机距离最近的点P，该点P与无人机的距离为L。[0060] 1013、从地面监控中心获取当前待测导线任意两线的最大距离d。[0061] 地面监控中心实时与无人机联通，可为无人机实现通讯控制、数据接收、数据显示和数据存储、处理等功能。[0062] 1014、确定在探测平面内以上述点P为圆心，以最大距离d为半径的圆面区域为待测导线探测区域。[0063] 如图4所示，虚线圆区域即为上述待测导线探测区域。[0064] 1015、通过激光雷达设备对待测导线探测区域进行探测，采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集J。[0065] 102、通过激光雷达设备采集当前待测导线周围的疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集。[0066] 根据高电压电网线的相关规定：在超高压电网线的直径一定距离的范围内，若有与地面直接接触的物体都有可能会出现漏电放电等安全事故。目前，高空中输电线路与周边物体的距离检测是超高压输电线路安全检测的一项重要指标。输电线路长期暴露在野外，树木生长可能会引起输电线放电，也必须及时处理。在本申请的实施例中，所提到的“障碍物”即为可能影响输电线路安全的树木等物体。[0067] 在本申请的实施例中，如图5所示，步骤102可以具体为以下步骤：[0068] 1021、确定第一探测区域中与激光雷达设备的距离大于(L+2d)的区域为第二探测区域。[0069] 本申请中的第二探测区域即为图4所示的α°虚线夹角内较大虚线圆弧以外的区域。[0070] 1022、通过激光雷达设备对第二探测区域进行探测，采集当前疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集K1。[0071] 1023、确定探测平面内激光雷达设备朝向待测导线探测180°的范围为整体探测区域。[0072] 如图4所示，无人机右侧竖线以右都为上述整体探测区域。[0073] 1024、确定整体探测区域中除去第一探测区域的区域为第三探测区域。[0074] 如图4中整体探测区域中除去α°虚线夹角以外的区域都为上述第三探测区域。[0075] 1025、通过激光雷达设备对第三探测区域进行探测，采集当前疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集K2。[0076] 因此，可以理解，无人机的激光雷达所探测到的前疑似障碍物位置数据集包括K1和K2两部分。[0077] 103、计算当前待测导线位置数据集中的各个位置坐标与当前疑似障碍物位置数据集中的各个位置坐标的间距。[0078] 本申请实施例中，步骤103包括，计算当前待测导线位置数据集J中的各个位置坐标与当前疑似障碍物位置数据集K1和K2中的各个位置坐标的间距。[0079] 104、在上述间距小于安全阈值的情况下，确定上述间距对应的当前待测导线的位置坐标为当前导线故障点位置，确定上述间距对应的当前疑似障碍物的位置坐标为当前障碍物位置，确定上述间距为危险距离。[0080] 得到上述危险距离，更加便于地面控制中心对当前导线故障点的情况进行判断，从而采取最有效的解决方案。[0081] 可以理解，本申请所提供的一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检方法。通过激光雷达设备对待测导线以及待测导线周围区域的点云数据收集和数据遍历算法计算，不仅可以得到输电线的故障点位置，还可以得到对应的障碍物位置以及障碍物与输电线的距离，形成更加完整的巡检记录文件，并及时与地面监控中心反。罅Χ鹊乇Ｕ狭耸涞缦叩陌踩。[0082] 作为一种可选的实施方式，图2所示的方法包括，记录上述当前导线故障点位置、上述当前障碍物位置和上述危险距离，形成巡检记录文件。[0083] 作为一种可选的实施方式，图2所示的方法包括，在间距小于安全阈值的情况下，开启摄像头，拍摄当前导线图像和当前障碍物图像；记录上述当前导线故障点位置、上述当前障碍物坐标、上述危险距离、上述当前导线图像和上述当前障碍物图像，形成巡检记录文件。[0084] 可以理解，在间距小于安全阈值的情况下，开启摄像头，拍摄当前导线图像和当前障碍物图像，可以丰富巡检记录文件的内容，更加便于地面控制中心对当前导线故障点的情况进行判断，从而采取最有效的解决方案。另外，在间距小于安全阈值的情况下，开启摄像头，无需一直开启摄像头拍摄，只有在判断出存在故障点的情况下再拍摄，可以降低摄像头的功耗，延长无人机的续航工作时间。[0085] 图6为本申请提供的一种基于单线激光雷达多旋翼无人机精细化自主巡检装置的示意图。该装置20包括：单线激光雷达多旋翼无人机200；[0086] 上述单线激光雷达多旋翼无人机200，包括，[0087] 激光雷达设备201，用于采集当前待测导线的位置坐标，形成当前待测导线位置数据集，采集当前待测导线附近的疑似障碍物的位置坐标，形成当前疑似障碍物位置数据集；[0088] 计算单元202，用于计算上述当前待测导线位置数据集中的各个位置坐标与上述当前疑似障碍物位置数据集中的各个位置坐标的间距；[0089] 判断单元203，用于在上述间距小于安全阈值的情况下，确定该间距对应的当前待测导线的位置坐标为当前导线故障点位置，确定该间距对应的当前疑似障碍物的位置坐标为当前障碍物位置，确定该间距为危险距离。[0090] 应当理解，在本申请实施例中，计算单元202和判断单元203可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field?ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。[0091] 作为一种可选的实施方式，单线激光雷达多旋翼无人机200，还包括：记录单元204；用于记录上述当前导线故障点位置、上述当前障碍物位置和上述危险距离，形成巡检记录文件。[0092] 作为一种可选的实施方式，单线激光雷达多旋翼无人机200，还包括：摄像头205；该摄像头205用于在上述间距小于安全阈值的情况下，拍摄当前导线图像和当前障碍物图像；上述记录单元204还用于记录上述当前导线图像和上述当前障碍物图像。[0093] 以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

专利地区：宁夏

专利申请日期：2019-12-26

专利公开日期：2024-08-09

专利公告号：CN111077904B