一种自主定位导航的航线规划方法和装置制造方法及图纸

本申请公开了一种自主定位导航的航线规划方法和装置，通过激光雷达传感器实时获取飞行过程中无人机与电力线、杆塔的位置距离数据，获取不同时刻的点云数据之后，进行特征点提取和匹配处理，通过SLAM算法推算无人机航迹，根据无人机航迹与预置导线的位移偏差和姿态偏差对无人机的坐标系进行平移和旋转，实现对无人机的航迹纠偏，解决了现有的无人机航空摄影测量技术需要按照预设飞行航线进行拍摄测量，在基准站和流动站通讯中断时，无人机航迹将发生偏移，影响航迹数据的拍摄质量的技术问题。

A route planning method and device for autonomous positioning and navigation

【技术实现步骤摘要】
一种自主定位导航的航线规划方法和装置
本申请涉及自主导航
，尤其涉及一种自主定位导航的航线规划方法和装置。
技术介绍
航空摄影测量技术主要是通过遥感技术对无人机进行控制操作，无人机飞到需要测量的地域，通过已有的航线对航迹轨迹两边进行摄影测绘，绘制出地形图的作业。目前的航空摄影测量过程中，无人机需要通过提前预设飞行航线执行任务航线，在给定的航线轨迹GPS定位检测地理位置进行航线的拍摄。使用RTK技术进行定位时，需要通过一个安装在地面的基准站和一个安装在无人机上的流动站，根据实时差分GPS可以实现厘米级定位，但是RTK技术实现需要一直保持基准站和流动站的数据交换，无人机在复杂地形中巡航时，难以保持基准站和流动站的通讯，往往会出现基准站和流动站的通讯中断，定位精度会下降，无人机航迹将发生偏移，影响航迹数据的拍摄质量。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种自主定位导航的航线规划方法和装置，解决了现有的无人机航空摄影测量技术需要按照预设飞行航线进行拍摄测量，在基准站和流动站通讯中断时，无人机航迹将发生偏移，影响航迹数据的拍摄质量的技术问题。有鉴于此，本申请第一方面提供了一种自主定位导航的航线规划方法，包括：通过激光雷达传感器实时获取飞行过程中无人机与电力线、杆塔的位置距离数据，通过拍摄装置实时获取所述无人机不同时刻的点云数据；将不同时刻的所述点云数据结合所述位置距离数据进行特征点提取和匹配处理，得到所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态；根据所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态通过SLAM算法推算无人机航迹；根据所述无人机航迹，计算所述无人机航迹与预置导线的位移偏差和姿态偏差，根据所述位移偏差和姿态偏差对所述无人机的坐标系进行平移和旋转，实现对所述无人机的航迹纠偏。优选地，所述通过激光雷达传感器实时获取无人机与电力线、杆塔的位置距离数据，通过拍摄装置实时获取所述无人机不同时刻的点云数据，之前还包括：根据预置导线控制无人机飞行至预置坐标位置，调整所述无人机的飞行位姿至预置位姿，所述位姿包括飞行高度和飞行角度。优选地，所述特征点提取和匹配处理具体包括：分别对所述点云数据和所述位置距离数据进行LiDAR插值处理，得到两个格网影像的强度波段信息；分别对所述强度波段信息进行SIFT特征点提取，得到对应的特征向量；根据所述特征向量通过K-d树进行特征匹配得到匹配点对，根据所述匹配点对得到所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态。优选地，所述根据所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态通过SLAM算法推算无人机航迹，具体包括：根据所述相对运动距离和相对运动姿态建立导线三维空间直角坐标系和无人机三维空间直角坐标系；根据所述导线三维空间直角坐标系和所述无人机三维空间直角坐标系的相对角位置关系和空间距离平移关系，获取旋转矩阵和平移矩阵，根据所述旋转矩阵和所述平移矩阵，通过预置公式计算无人机航迹。优选地，所述预置公式为：Vs＝Rvs×Ls+Tvs，其中，Rvs为相对角位置关系，Tvs为空间距离平移关系，Ls为导线三维空间直角坐标系。优选地，所述根据所述特征向量通过K-d树进行特征匹配得到匹配点对，根据所述匹配点对得到所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态，之后还包括：采用RANSAC稳健估计对所述匹配点对进行精化。优选地，所述特征点提取和匹配处理，还包括：对所述匹配点对进行连接点跟踪，将具有相同匹配点号的所有匹配点串成完整的连接点链。优选地，所述对所述匹配点对进行连接点跟踪，将具有相同匹配点号的所有匹配点串成完整的连接点链，之后还包括：对所述连接点进行分类；所述对所述连接点进行分类具体包括：获取所述连接点的平面坐标，通过粗糙度分析方法计算所述连接点所处表面的稳定性；将所述稳定性小于预置阈值的所述连接点的表面区域作为不稳定区域，将所述稳定性大于预置阈值的所述连接点的表面区域作为稳定区域，将所述稳定区域的所述连接点标记为平高连接点，将所述不稳定区域的所述连接点标记为平面连接点。优选地，所述根据所述无人机航迹，计算所述无人机航迹与预置导线的位移偏差和姿态偏差，根据所述位移偏差和姿态偏差对所述无人机的坐标系进行平移和旋转，实现对所述无人机的航迹纠偏，之后还包括：将所述无人机拍摄到的局部点云数据进行整合与配准；所述将所述无人机拍摄到的局部点云数据进行整合与配准，具体包括：通过迭代最近点法ICP(IterativeCloseslPoint)将不同位置的扫描得到的预置容量三维空间数据点集转换到一个统一的坐标系中，完成三维点云数据的配准。本申请第二方面提供了一种自主定位导航的航线规划装置，包括：获取单元，用于通过激光雷达传感器实时获取飞行过程中无人机与电力线、杆塔的位置距离数据，通过拍摄装置实时获取所述无人机不同时刻的点云数据；匹配单元，用于将不同时刻的所述点云数据结合所述位置距离数据进行特征点提取和匹配处理，得到所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态；航迹单元，用于根据所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态通过SLAM算法推算无人机航迹；纠偏单元，用于根据所述无人机航迹，计算所述无人机航迹与预置导线的位移偏差和姿态偏差，根据所述位移偏差和姿态偏差对所述无人机的坐标系进行平移和旋转，实现对所述无人机的航迹纠偏。从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：本申请中，提供了一种自主定位导航的航线规划方法，包括：通过激光雷达传感器实时获取飞行过程中无人机与电力线、杆塔的位置距离数据，通过拍摄装置实时获取无人机不同时刻的点云数据；将不同时刻的点云数据进行特征点提取和匹配处理，得到激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态；根据激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态通过SLAM算法推算无人机航迹；根据无人机航迹，计算无人机航迹与预置导线的位移偏差和姿态偏差，根据位移偏差和姿态偏差对无人机的坐标系进行平移和旋转，实现对无人机的航迹纠偏。本申请提供的方法，通过激光雷达传感器实时获取飞行过程中无人机与电力线、杆塔的位置距离数据，获取不同时刻的点云数据之后，进行特征点提取和匹配处理，通过SLAM算法推算无人机航迹，根据无人机航迹与预置导线的位移偏差和姿态偏差对无人机的坐标系进行平移和旋转，实现对无人机的航迹纠偏，解决了现有的无人机航空摄影测量技术需要按照预设飞行航线进行拍摄测量，在基准站和流动站通讯中断时，无人机航迹将发生偏移，影响航迹数据的拍摄质量的技术问题。附图说明图1为本申请实施例中的一种自主定位导航的航线规划方法的流程示意图；图2为本申请实施例中的一种自主定位导航的航线规划方法另一流程示意图；图3为本申请实施例中的一种自主定位导航的航线规划装置的结构示意图；图4为本申请实施例中的航迹推算原理示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自主定位导航的航线规划方法，其特征在于，包括：/n通过激光雷达传感器实时获取飞行过程中无人机与电力线、杆塔的位置距离数据，通过拍摄装置实时获取所述无人机不同时刻的点云数据；/n将不同时刻的所述点云数据结合所述位置距离数据进行特征点提取和匹配处理，得到所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态；/n根据所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态通过SLAM算法推算无人机航迹；/n根据所述无人机航迹，计算所述无人机航迹与预置导线的位移偏差和姿态偏差，根据所述位移偏差和姿态偏差对所述无人机的坐标系进行平移和旋转，实现对所述无人机的航迹纠偏。/n

【技术特征摘要】
1.一种自主定位导航的航线规划方法，其特征在于，包括：
通过激光雷达传感器实时获取飞行过程中无人机与电力线、杆塔的位置距离数据，通过拍摄装置实时获取所述无人机不同时刻的点云数据；
将不同时刻的所述点云数据结合所述位置距离数据进行特征点提取和匹配处理，得到所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态；
根据所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态通过SLAM算法推算无人机航迹；
根据所述无人机航迹，计算所述无人机航迹与预置导线的位移偏差和姿态偏差，根据所述位移偏差和姿态偏差对所述无人机的坐标系进行平移和旋转，实现对所述无人机的航迹纠偏。


2.根据权利要求1所述的自主定位导航的航线规划方法，其特征在于，所述通过激光雷达传感器实时获取无人机与电力线、杆塔的位置距离数据，通过拍摄装置实时获取所述无人机不同时刻的点云数据，之前还包括：
根据预置导线控制无人机飞行至预置坐标位置，调整所述无人机的飞行位姿至预置位姿，所述位姿包括飞行高度和飞行角度。


3.根据权利要求1所述的自主定位导航的航线规划方法，其特征在于，所述特征点提取和匹配处理具体包括：
分别对所述点云数据和所述位置距离数据进行LiDAR插值处理，得到两个格网影像的强度波段信息；
分别对所述强度波段信息进行SIFT特征点提取，得到对应的特征向量；
根据所述特征向量通过K-d树进行特征匹配得到匹配点对，根据所述匹配点对得到所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态。


4.根据权利要求1所述的自主定位导航的航线规划方法，其特征在于，所述根据所述激光雷达传感器相对运动距离和相对运动姿态通过SLAM算法推算无人机航迹，具体包括：
根据所述相对运动距离和相对运动姿态建立导线三维空间直角坐标系和无人机三维空间直角坐标系；
根据所述导线三维空间直角坐标系和所述无人机三维空间直角坐标系的相对角位置关系和空间距离平移关系，获取旋转矩阵和平移矩阵，根据所述旋转矩阵和所述平移矩阵，通过预置公式计算无人机航迹。


5.根据权利要求1所述的自主定位导航的航线规划方法，其特征在于，所述预置公式为：
Vs＝Rvs×Ls+Tvs
Es＝Rev×Vs+Tev
其中，Rvs为相对角位置关系，Tvs为空间距离平移关系，Ls为导线三维空间直角坐标系，Es为预期无人机位置坐标系，Rev为Es与Ls相对角位置，Tev为Es与Ls空间距离平移关系。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭炽刚，李国强，张峰，翟瑞聪，陈义龙，林俊省，郭锦超，王丛，廖如超，刘高，许志海，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司机巡作业中心，
类型：发明
国别省市：广东;44