一种无人机贴近飞行的巡检路径安全性检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机贴近飞行的巡检路径安全性检测方法及系统，所述方法包括：采集工业园区中障碍物的矢量数据并存入数据库；根据安全半径r，设定底面缓冲区；获取无人机的巡检路径R并投影到地平面得到折线L，提取与L存在相交的底面缓冲区，形成潜在障碍物集合及对应的障碍物缓冲区集合；依次判断巡检路径R中相邻两个路径点构成的路段的安全性，以检测整个巡检路径R的安全性；若巡检路径R不安全，计算各障碍物中影响到巡检路径R安全性的区域，并在对应的三维场景中突出呈现。本发明专利技术可以预先判断整个巡检路径的安全性，且能判断出巡检路径同时与多个障碍物之间的碰撞风险，可适用于厂区无人机巡检需要穿梭于设备管道间的场景。的场景。的场景。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机贴近飞行的巡检路径安全性检测方法及系统


[0001]本专利技术属于无人机巡检
，具体涉及一种无人机贴近飞行的巡检路径安全性检测方法及系统。

技术介绍

[0002]在工业园区的生产中，往往存在有毒气体或可燃气体泄露的可能，气体泄漏巡检中，需要无人机挂载气体检测传感器进行巡检作业，由于需要贴近飞行，并需要穿梭于建筑物、设备、管道中，那么航线的安全性必须要得到保障。传统无人机巡检直接把航线高度设置成高于建筑最高的高度来满足安全性的要求，这种方式无法满足工业园区中气体泄漏巡检要求。
[0003]公开号为CN103116360A的专利公开了一种无人机避障控制方法，其建立了虚拟的障碍物多边形柱体，计算无人机位置与障碍物多边形柱体的空间关系，从而进行避障控制，但其只能在无人机飞行过程中进行碰撞判断，不能预先判断整个路径的安全性，且当环境复杂时，不能同时判断与多个障碍物之间的潜在碰撞风险，因此，这种方式同样不适用于工业园区中气体泄露巡检。
[0004]在工业园区中气体泄露巡检这种特殊环境下，无人机需要在建筑物、大型设备管道间贴近飞行穿梭进行精细化巡检，因此现有技术中缺乏一种贴近飞行穿梭的过程中对航线安全性的校验检测手段。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种无人机贴近飞行的巡检路径安全性检测方法及系统，用于解决现有技术中的无人机碰撞检测无法适用于工业园区中气体泄露巡检航线安全性的校验的问题。
[0006]本专利技术第一方面，公开一种无人机贴近飞行的巡检路径安全性检测方法，所述方法包括：采集工业园区中障碍物的矢量数据并存入数据库；所述矢量数据包括障碍物对应的底面多边形、底部高程和顶部高程；所述底面多边形为障碍物在地平面的投影；设定安全半径r，将障碍物的底面多边形的每条边向外平移r的距离，形成闭合的底面缓冲区；获取无人机的巡检路径R并投影到地平面，得到折线L，从数据库中提取与L存在相交的底面缓冲区，并提取对应的障碍物数据和障碍物缓冲区数据，形成潜在障碍物集合及对应的障碍物缓冲区集合；若潜在障碍物集合和障碍物缓冲区集合为空集合，则巡检路径R安全，结束分析；否则，依次判断巡检路径R中相邻两个路径点与每个障碍物缓冲区和对应的潜在障碍物的拓扑关系，依次判断邻两个路径点构成的路段的安全性，以检测整个巡检路径R的安全性；若巡检路径R不安全，计算各障碍物中影响到巡检路径R安全性的区域，并在对应
的三维场景中突出呈现。
[0007]在以上技术方案的基础上，优选的，所述工业园区中障碍物包括高大建筑、桥梁、路灯、杆塔、大型设备和管道；对于形状不规则的障碍物，将障碍物拆分成多个形状规则的分段，每个分段作为一个障碍物并采用矢量数据分别记录，每个记录均包括底面多边形、底部高程和顶部高程。
[0008]在以上技术方案的基础上，优选的，所述潜在障碍物集合表示为Vlo={Vo1,Vo2,
…
,Vo
n
}，对潜在障碍物集合Vlo中每一个潜在障碍物Vo
i
，Vo
i
={po
i
,minoh
i
,maxoh
i
}，其中，i=1,2,...,n，po
i
为障碍物底面多边形，用顶点集合表示，minoh
i
为障碍物底部高程，maxoh
i
为障碍物顶部高程；所述障碍物缓冲区集合表示为Vlb={Vb1,Vb2,
…
,Vb
n
}，对障碍物缓冲区集合Vlb中每一个障碍物缓冲区Vb
i
，Vb
i
={pb
i
,minbh
i
,maxbh
i
}，i=1,2,...,n，其中，pb
i
为障碍物缓冲区底面多边形，用顶点集合表示，minbh
i
为障碍物缓冲区底部高程，maxbh
i
为障碍物缓冲区顶部高程，minbh
i
=minoh
i
－r，maxbh
i
=maxoh
i
＋r。
[0009]在以上技术方案的基础上，优选的，所述依次判断巡检路径R中相邻两个路径点与每个障碍物缓冲区和对应的潜在障碍物的拓扑关系，依次判断邻两个路径点构成的路段的安全性，以检测整个巡检路径R的安全性具体包括：遍历巡检路径R的顶点，依次提取巡检路径R中相邻两个路径点Ps、Pe，判断相邻两个路径点Ps、Pe与每个障碍物缓冲区Vb
i
的拓扑关系；若路径点Pe在Vb
i
内，则路段不安全；若路径点Pe在Vb
i
外，分别计算由Ps、Pe构成的线段Ls与Vb
i
的侧面psr、底面bp、顶面tp的交点，形成交点集合ipl；若交点集合ipl为空集合，则路段安全；若交点集合ipl不为空，则计算线段Ls与障碍物缓冲区Vb
i
对应的障碍物Vo
i
的交点集合ipl2；若ipl2为空集合，表示路段不符合安全半径的要求；若ipl2不为空集合，表示路段会与障碍物发生碰撞；重复以上过程，直到整个巡检路径R上的路段都完成判断。
[0010]在以上技术方案的基础上，优选的，所述判断相邻两个路径点Ps、Pe与每个障碍物缓冲区Vb
i
的拓扑关系具体包括：设相邻两顶点的坐标为Ps(xs,ys,zs)、Pe(xe,ye,ze)，若ze＜minbh
i
或ze＞maxbh
i
，则Pe在缓冲区Vb外；否则，继续判断点Pe与障碍物缓冲区底面多边形pb
i
的拓扑关系：若Pe在pb
i
外，则Pe在Vb
i
外；若Pe在pb
i
内，则Pe在Vb
i
内。
[0011]在以上技术方案的基础上，优选的，计算由Ps、Pe构成的线段Ls与Vb
i
的侧面psr的交点具体包括：依次提取障碍物底面多边形pb
i
上的相邻两点，分别计算相邻两点处侧面psr的单位法向量，判断与Ls的方向向量是否垂直，若是，则线段Ls所在直线与Vb
i
的侧面psr无交点，若否则存在交点，计算出交点坐标，并判断交点是否在线段Ls上且在侧面psr内，若是，将交点存入ipl；重复以上过程直到将线段Ls与障碍物缓冲区Vb
i
的所有侧面的交点存入ipl。
[0012]在以上技术方案的基础上，优选的，计算由Ps、Pe构成的线段Ls与Vb
i
的底面bp、顶面tp的交点具体包括：计算线段Ls与Vb
i
的底面bp的交点：依次提取底面bp一个顶点并计算顶点处的法向量，判断线段Ls所在直线与Vb
i
的底面bp是否存在交点，若存在，计算交点坐标，并判断交点是否在线段Ls本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机贴近飞行的巡检路径安全性检测方法，其特征在于，所述方法包括：采集工业园区中障碍物的矢量数据并存入数据库；所述矢量数据包括障碍物对应的底面多边形、底部高程和顶部高程；所述底面多边形为障碍物在地平面的投影；设定安全半径r，将障碍物的底面多边形的每条边向外平移r的距离，形成闭合的底面缓冲区；获取无人机的巡检路径R并投影到地平面，得到折线L，从数据库中提取与L存在相交的底面缓冲区，并提取对应的障碍物数据和障碍物缓冲区数据，形成潜在障碍物集合及对应的障碍物缓冲区集合；若潜在障碍物集合和障碍物缓冲区集合为空集合，则巡检路径R安全，结束分析；否则，依次判断巡检路径R中相邻两个路径点与每个障碍物缓冲区和对应的潜在障碍物的拓扑关系，依次判断邻两个路径点构成的路段的安全性，以检测整个巡检路径R的安全性；若巡检路径R不安全，计算各障碍物中影响到巡检路径R安全性的区域，并在对应的三维场景中突出呈现。2.根据权利要求1所述的无人机贴近飞行的巡检路径安全性检测方法，其特征在于，所述工业园区中障碍物包括高大建筑、桥梁、路灯、杆塔、大型设备和管道；对于形状不规则的障碍物，将障碍物拆分成多个形状规则的分段，每个分段作为一个障碍物并采用矢量数据分别记录，每个记录均包括底面多边形、底部高程和顶部高程。3.根据权利要求2所述的无人机贴近飞行的巡检路径安全性检测方法，其特征在于，所述潜在障碍物集合表示为Vlo={Vo1,Vo2,
…
,Vo
n
}，对潜在障碍物集合Vlo中每一个潜在障碍物Vo
i
，Vo
i
={po
i
,minoh
i
,maxoh
i
}，其中，i=1,2,...,n，po
i
为障碍物底面多边形，用顶点集合表示，minoh
i
为障碍物底部高程，maxoh
i
为障碍物顶部高程；所述障碍物缓冲区集合表示为Vlb={Vb1,Vb2,
…
,Vb
n
}，对障碍物缓冲区集合Vlb中每一个障碍物缓冲区Vb
i
，Vb
i
={pb
i
,minbh
i
,maxbh
i
}，i=1,2,...,n，其中，pb
i
为障碍物缓冲区底面多边形，用顶点集合表示，minbh
i
为障碍物缓冲区底部高程，maxbh
i
为障碍物缓冲区顶部高程，minbh
i
=minoh
i
－r，maxbh
i
=maxoh
i
＋r。4.根据权利要求3所述的无人机贴近飞行的巡检路径安全性检测方法，其特征在于，所述依次判断巡检路径R中相邻两个路径点与每个障碍物缓冲区和对应的潜在障碍物的拓扑关系，依次判断邻两个路径点构成的路段的安全性，以检测整个巡检路径R的安全性具体包括：遍历巡检路径R的顶点，依次提取巡检路径R中相邻两个路径点Ps、Pe，判断相邻两个路径点Ps、Pe与每个障碍物缓冲区Vb
i
的拓扑关系；若路径点Pe在Vb
i
内，则路段不安全；若路径点Pe在Vb
i
外，分别计算由Ps、Pe构成的线段Ls与Vb
i
的侧面psr、底面bp、顶面tp的交点，形成交点集合ipl；若交点集合ipl为空集合，则路段安全；若交点集合ipl不为空，则计算线段Ls与障碍物缓冲区Vb
i
对应的障碍物Vo
i
的交点集合ipl2；若ipl2为空集合，表示路段不符合...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫跃郛，张创，鲁苗，周星，
申请(专利权)人：武汉智联时空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：