电缆隧道无人机巡检自适应控制方法、系统、终端及介质与流程

本发明涉及无人机控制，更具体地说，它涉及电缆隧道无人机巡检自适应控制方法、系统、终端及介质。

背景技术：

1、电缆隧道无人机巡检是一种利用无人机技术进行电缆隧道监测的现代化方法。无人机可以搭载多种传感器，如摄像头、高精度红外成像、局部放电检测和气体检测等，实现数据的自动采集和回传给运维控制中心。通过这种方式，可以提高巡检效率，降低人工巡检的风险，并能够实现对隧道内部环境的全面监控。

2、目前，无人机飞行过程中主要是通过图像识别技术来获取环境信息，如电缆隧道并非始终保持直行通道，受地理环境因素影响，电缆隧道中可能存在多种变化的弯道，所以需要感知电缆隧道内部的环境数据，为无人机飞行过程的姿态控制提供参考数据。但是，由于电缆隧道内部的照度条件较差，在不进行补光的情况下所采集的图像信息质量较差，导致图像识别的准确性较差；此外，在长隧道或地下隧道中，由于物理结构的阻挡，信号难以全面覆盖，在一定程度上降低了图像识别处理的时效性。

3、因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的电缆隧道无人机巡检自适应控制方法、系统、终端及介质是我们目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供电缆隧道无人机巡检自适应控制方法、系统、终端及介质，可以定时对无人机的飞行方向进行校正，能够在照度条件较差和信号覆盖较弱的情况下实现无人机沿电缆隧道延伸方向飞行的自适应控制。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、第一方面，提供了电缆隧道无人机巡检自适应控制方法，所述无人机配置有摄像机和多个对称分布在摄像机四周的测距传感器，包括以下步骤：

4、通过测距传感器采集无人机飞行过程中与电缆隧道内壁之间的斜测距离，同一时刻采集的多个斜测距离组成距离序列；

5、以距离序列中最大的斜测距离与最小的斜测距离所对应测距传感器的测量方向以及摄像机的中心视角方向处于同一平面为约束，确定无人机的飞行参考平面；

6、根据电缆隧道的内径、最大的斜测距离、最小的斜测距离和测距传感器的斜测角度求解出无人机在飞行参考平面内的飞行俯仰角；

7、根据飞行参考平面和飞行俯仰角对无人机的飞行方向进行校正，并同时启动摄像机进行图像采集。

8、进一步的，每个所述测距传感器的测距方向与摄像机的中心视角方向之间的斜测角度均相等。

9、进一步的，所述无人机在飞行参考平面内的飞行俯仰角求解表达式具体为：

10、；

11、其中，表示电缆隧道的内径；表示位于飞行参考平面内仰视侧的测距传感器所采集的最大的斜测距离或最小的斜测距离；表示位于飞行参考平面内俯视侧的测距传感器所采集的最小的斜测距离或最大的斜测距离，飞行参考平面内的仰视侧与俯视侧以摄像机的中心视角方向为界线进行划分；表示测距传感器的斜测角度；表示无人机在飞行参考平面内的飞行俯仰角，取值大于0为俯角，取值小于0为仰角；

12、以及，当为最小的斜测距离时，则为最大的斜测距离；反之，当为最大的斜测距离时，则为最小的斜测距离。

13、进一步的，该方法还包括：

14、根据最大的斜测距离和无人机在飞行参考平面内的飞行俯仰角求解出无人机在飞行参考平面内偏离电缆隧道中心的偏移距离；

15、或，根据最小的斜测距离和无人机在飞行参考平面内的飞行俯仰角求解出无人机在飞行参考平面内偏离电缆隧道中心的偏移距离。

16、进一步的，所述偏移距离的计算公式具体为：

17、；

18、或，所述偏移距离的计算公式具体为：

19、；

20、其中，表示以为基础求解的偏移距离；表示以为基础求解的偏移距离。

21、进一步的，该方法还包括：

22、在根据飞行参考平面和飞行俯仰角对无人机的飞行方向进行校正后，以飞行俯仰角与校正周期之比计算得到单元时间内的俯仰角变量；

23、在下一个校正周期内，依据单元时间内的俯仰角变量对无人机的飞行方向进行动态校正。

24、进一步的，该方法还包括：

25、无人机飞行过程中，同步控制多个测距传感器在自身分布的圆周方向以正反交替方式循环转动，每一个测距传感器对应采集得到一个斜测距离集；

26、从距离序列中提取最大的斜测距离与最小的斜测距离时，将斜测距离集中的异常数据删除；

27、其中，斜测距离集中的所有斜测距离按时间顺序呈单调变化趋势，异常数据为斜测距离集呈现极值点的数据。

28、第二方面，提供了电缆隧道无人机巡检自适应控制系统，该系统用于实现如第一方面所述的电缆隧道无人机巡检自适应控制方法，包括：

29、距离采集模块，用于通过测距传感器采集无人机飞行过程中与电缆隧道内壁之间的斜测距离，同一时刻采集的多个斜测距离组成距离序列；

30、平面确定模块，用于以距离序列中最大的斜测距离与最小的斜测距离所对应测距传感器的测量方向以及摄像机的中心视角方向处于同一平面为约束，确定无人机的飞行参考平面；

31、角度求解模块，用于根据电缆隧道的内径、最大的斜测距离、最小的斜测距离和测距传感器的斜测角度求解出无人机在飞行参考平面内的飞行俯仰角；

32、校正控制模块，用于根据飞行参考平面和飞行俯仰角对无人机的飞行方向进行校正，并同时启动摄像机进行图像采集。

33、第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的电缆隧道无人机巡检自适应控制方法。

34、第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的电缆隧道无人机巡检自适应控制方法。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

36、1、本发明提供的电缆隧道无人机巡检自适应控制方法，通过多个对称分布在摄像机四周的测距传感器来测量无人机飞行过程中与电缆隧道内壁之间的斜测距离，并通过最大的斜测距离与最小的斜测距离所对应测距传感器的测量方向来确定表征电缆隧道弯曲方向的飞行参考平面，再结合电缆隧道的内径、最大的斜测距离、最小的斜测距离和测距传感器的斜测角度求解出无人机在飞行参考平面内的飞行俯仰角，可以定时对无人机的飞行方向进行校正，能够在照度条件较差和信号覆盖较弱的情况下实现无人机沿电缆隧道延伸方向飞行的自适应控制；

37、2、本发明根据无人机在飞行参考平面内的飞行俯仰角以及最大的斜测距离或最小的斜测距离和求解出无人机在飞行参考平面内偏离电缆隧道中心的偏移距离，依据偏移距离可以控制无人机尽可能沿电缆隧道中的中心轴方向飞行，有效保障了无人机飞行的安全性和稳定性；

38、3、本发明在根据飞行参考平面和飞行俯仰角对无人机的飞行方向进行校正后，下一个校正周期内，依据单元时间内的俯仰角变量对无人机的飞行方向进行动态校正，可降低无人机在电缆隧道弯曲程度较大处发生碰撞的概率，提高了无人机飞行的安全性；

39、4、本发明在无人机飞行过程中，同步控制多个测距传感器在自身分布的圆周方向以正反交替方式循环转动，每一个测距传感器对应采集得到一个斜测距离集，并从距离序列中提取最大的斜测距离与最小的斜测距离时，将斜测距离集中的异常数据删除，可过滤电缆隧道内管道或线缆对距离测量过程中的干扰，有效提高了斜测距离测量的准确性与可靠性。