[发明专利]一种基于毫米波雷达的无人机巡检线路走廊方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人机巡检线路走廊方法与装置，尤其涉及一种基于毫米波雷达的无人机巡检线路走廊方法与装置。

背景技术

近年来，我国国民经济的持续快速发展对我国电力工业提出了越来越高的要求。为了安全和可靠地供电，巡检线路维护自动化和现代化已日益显示出其迫切性。采用无人机空中作业对线路走廊及杆塔等进行巡查，能够克服利用有人驾驶的直升机进行巡检线路的维护费用昂贵、安全问题突出等弊端，但由于我国国土辽阔，地形、气象复杂，输电线路所处地形与环境也多种多样，设计一种能够实现线路走廊的三维地图绘制方法与装置，可以及时了解和掌握线路运行环境是否有危及线路安全运行的隐患，对输电线路安全性及无人机巡检高效性具有很大的实际意义。

实现方法有可用于三维地图绘制的方法，主要有激光测距法、超声波测距法、红外测距法、视觉测距法和微波雷达测距法，其中激光测距法、超声波测距法、红外测距法和视觉测距法已有多项专利论文描述，也取得了相应的有益效果，但将其用于无人机巡检线路走廊并实现线路走廊的三维地图绘制并不适用：激光测距法和视觉测距法的准确性受环境影响较大，有雾或湿度特别大的情况下测量数据不准确，限制了无人机对线路走廊的巡检条件；超声波测距法只适用于较短距离（4-5米），无法应用于无人机对线路走廊的巡检；红外测距法方向性差，且受环境影响大，粉尘、悬浮颗粒的存在均能对其造成干扰，不适用于无人机巡检线路走廊。微波雷达探测距离远、精度高，测量性能受天气等外界因素的影响较小，且可获得无人机与目标物体之间的距离和相对方位角，适用于无人机对线路走廊的巡检。为了尽量降低微波雷达与无人机搭载的其他电子设备间大的电磁干扰，选用毫米波段发射雷达（无人机搭载的其他电子设备工作频率无毫米波段）。

现有利用毫米波雷达进行成像的技术主要是用于移动车辆的避障，如专利号为200980144638的《移动毫米波成像雷达系统》，此类专利取得了一定的有益效果，但不能用于无人机搭载进行线路走廊巡检，主要因为其缺点如下：

（1）天线尺寸大；天线尺寸大对应毫米波发射角度大，获得数据范围广，但无人机体积有限，且安装空间需要根据无人机空间和配重决定。

（2）探测物属性判别；移动车辆避障仅需根据图像判断有无物体，不许判别物体属性，但无人机巡检线路走廊需分辨导线、塔（金属）与背景（非金属），需增加判别物体属性。

（3）算法选择；移动车辆避障仅需毫米波识别远距离体积大的物体和近距离小物体，但无人机巡检线路走廊时，需要识别线径小（直径约11mm地线）导线的相对距离，数据计算量大，需使用快速算法。

（4）信息叠加；移动车辆避障仅需得到相对的大概位置和距离，无人机巡检线路走廊时，由于无人机实际进行巡检任务时，飞行高度会受到风力等外界因素影响产生波动，因而所得毫米波雷达探测结果需叠加无人机的实时飞行高度；为使所得图像更具实用价值，还需叠加无人机的实时GPS信息值。

现有将毫米波雷达用于无人机巡检的相关方法，见专利号为201120244169.3的《电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达》，此专利取得了一定的有益效果，但亦不适用于无人机搭载进行线路走廊巡检形成三维地图，主要原因如下：

（1）天线尺寸大；由于该专利中毫米波雷达采用中距离大发射角度与长距离小发射角度结合的工作方式，天线尺寸大收到发射角度的限制，其半径无法缩小；

（2）两种探测距离结合的方式在三维地图绘制中不适用；在两种探测距离结合使用时，由于其探测范围不同，探测点间距和所得数据精确度均有差异，并不利于快速的数据计算和得到三维地图；

（3）该专利中没有可以进行被探测物体属性判别的模块，因而无法计算电力交跨线的间距，而电力交跨线的间距是判别电力线路有无安全隐患的重要因素之一；

（4）该专利所述无人机用多模式毫米波雷达没有快速计算模块，这无法满足实时生成简单三维地图的要求；

（5）该专利所述无人机用多模式毫米波雷达是将所采集数据输入飞控系统机载控制计算机，而实时生成简单三维地图还需要匹配飞控系统机载控制计算机中的GPS数据和高度数据信息。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种基于毫米波雷达的无人机巡检线路走廊方法与装置，它可为有效解决问题的决策提供依据，提高工作效率和保证对输电线路及无人机巡检的安全的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：