一种多旋翼无人机电力巡检三维航线规划方法与流程
本发明涉及无人机技术领域，尤其是一种多旋翼无人机电力巡检三维航线规划方法。
背景技术：
随着新技术、新方法以及新的管理理念的引入，无人机已逐步得到重视并开始应用于输电线路巡视作业，在一定程度上弥补了传统人工巡视的不足，特别是在高山等人工不易达区域优势更为明显。其中，多旋翼无人机飞行速度慢，具有定点悬停功能，可对特定巡视目标进行细节观察，有利于缺陷发现。
目前，多旋翼输电线路电力巡检过程主要有两种方式：驾驶员手动操控方式以及航线模式。手动模式下的巡检模式完全依靠操控手驾驶无人机通过肉眼判断无人机位置；航线模式下，作业人员需提前在地面站基于地图绘制航线，待航线上传完成后无人机即可按照航线执行飞行计划。
当前，航线模式下的电力巡检过程，工作人员规划航线完全依靠地图规划。由于铁塔巡检的特殊应用场景，这种模式下的电力巡检航线规划具备如下特点及缺陷：
(1)在铁塔附加较小范围内具有较多航点，要求在规划航线时需要在铁塔附近添加密集航点。由于地图分辨率较低以及卫星地图投影所至，完全基于地图的航线规划模式规划出的误差很大，不能满足电力需求，常常需要不断优化航线才能得到一次正确的航线；
(2)高度变化多。电力巡检应用要求在铁塔附近的航点分布在不同高度位置，基于平面地图或谷歌地球伪3d模式下并不能有效快速得到需要的位置。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够快速确定航点位置的多旋翼无人机电力巡检三维航线规划方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：该多旋翼无人机电力巡检三维航线规划方法，包括以下步骤：
s1、建立航线画板；对输电线路铁塔进行正射投影得到铁塔俯视图画板和铁塔侧视图画板；
s2、建立铁塔俯视图画板坐标系；以铁塔四个塔脚点a、b、c、d的对角连线交点为画板坐标系原点o，以纬度方向为画板坐标系横轴，以经度方向为画板坐标系纵轴；
在铁塔俯视图画板坐标系中，原点o的坐标为(xo，yo)：
其中，(xa，ya)、(xb，yb)、(xc，yc)、(xd，yd)分别为在塔脚点a、b、c、d在gps坐标系下的坐标；
在铁塔俯视图画板坐标系中，塔脚点a、b、c、d的坐标为：
s3、确定航点(x，y)的水平经纬度位置以及该航点所在位置云台镜头朝向；所述航点水平经纬度位置由h，da，db，de确定，该航点所在位置云台镜头朝向由云台镜头相对机头朝向的角度θ确定；
h并表示航点距离铁塔脚端距离，
其中，l＝(da+db+dab)/2，
da表示航点与塔脚点a之间的距离，da＝[(x-xa)2+(y-ya)2]1/2；
db表示航点与塔脚点b之间的距离，db＝[(x-xb)2+(y-yb)2]1/2；
de表示航点距离塔脚点a与脚点b连线中点的距离：
de＝[(x-xe)2+(y-ye)2]1/2；
dab表示塔脚点a与脚点b之间的距离，dab＝[(xa-xb)2+(ya-yb)2]1/2；
θ＝90-α-β，其中
cosα＝(db2+de2-dbe2)/2dbde；
cosβ＝(db2+dbe2-de2)/2dbdbe；
s4、确定航点(x，y)的高度信息h；以铁塔侧视图画板为标尺，在铁塔侧视图画板中直接读取航点高度h即可；
s5、给确定了三维位置信息的航点(x，y)进行任务属性配置得到航线数据；
s6、将得到的航线数据导入地图。
本发明的有益效果：该多旋翼无人机电力巡检三维航线规划方法以铁塔为对象，通过计算可以快速得到航点的三维位置信息，从而解决在电力巡检过程中，常规地面站无法有效完成电力巡检三维航线规划且规划复杂等问题。
附图说明
图1为输电线路铁塔分解图；
图2为铁塔俯视图画板示意图；
图3为铁塔侧视图画板示意图；
图4为铁塔俯视图画板坐标系以及数学模型。
具体实施方式
本发明所述的多旋翼无人机电力巡检三维航线规划方法，包括以下步骤：
s1、建立航线画板；对输电线路铁塔进行正射投影得到铁塔俯视图画板和铁塔侧视图画板；将铁塔分解为俯视图与侧视图两部分，分别用于确定航点水平经纬度及高度信息，图1为输电线路铁塔分解图；图2为铁塔俯视图画板示意图；图3为铁塔侧视图画板示意图；
s2、建立铁塔俯视图画板坐标系；如图4所示，由于每个铁塔分布位置及朝向均有所不同，在gps坐标系中并不能有效获得铁塔与无人机的相对位置关系。为此，本发明以铁塔为对象，以铁塔四个塔脚点a、b、c、d的对角连线交点为画板坐标系原点o，以纬度方向为画板坐标系横轴，以经度方向为画板坐标系纵轴；
在铁塔俯视图画板坐标系中，原点o的坐标为(xo，yo)：
其中，(xa，ya)、(xb，yb)、(xc，yc)、(xd，yd)分别为在塔脚点a、b、c、d在gps坐标系下的坐标；
在铁塔俯视图画板坐标系中，塔脚点a、b、c、d的坐标为：
s3、确定航点(x，y)的水平经纬度位置以及该航点所在位置云台镜头朝向；所述航点水平经纬度位置由h，da，db，de确定，该航点所在位置云台镜头朝向由云台镜头相对机头朝向的角度θ确定；
h并表示航点距离铁塔脚端距离，
其中，l＝(da+db+dab)/2，
da表示航点与塔脚点a之间的距离，da＝[(x-xa)2+(y-ya)2]1/2；
db表示航点与塔脚点b之间的距离，db＝[(x-xb)2+(y-yb)2]1/2；
de表示航点距离塔脚点a与脚点b连线中点的距离，e表示ab中点：
de＝[(x-xe)2+(y-ye)2]1/2；
dab表示塔脚点a与脚点b之间的距离，dab＝[(xa-xb)2+(ya-yb)2]1/2；
θ＝90-α-β，其中
cosα＝(db2+de2-dbe2)/2dbde；
cosβ＝(db2+dbe2-de2)/2dbdbe；
s4、确定航点(x，y)的高度信息h；以铁塔侧视图画板为标尺，在铁塔侧视图画板中直接读取航点高度h，并动态显示航点高度与绝缘子高度位置关系即可；
s5、给确定了三维位置信息的航点(x，y)进行任务属性配置得到航线数据；
s6、将得到的航线数据导入地图。
该多旋翼无人机电力巡检三维航线规划方法以铁塔为对象，通过计算可以快速得到航点的三维位置信息，从而解决在电力巡检过程中，常规地面站无法有效完成电力巡检三维航线规划且规划复杂等问题。
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