[发明专利]一种多旋翼无人机的智能道路巡检控制方法

说明书

本发明公开了一种多旋翼无人机的智能道路巡检控制方法，包括步骤1：通过云台控制单元控制机载云台图像传感器，使图像传感器垂直向下，图像传感器获取得到无人机正下方图像信息。步骤2：通过无人机搭载的图像传感器获取路面图像信息，通过图像处理提取得到道路中心线。步骤3：利用提取得到的道路中心线与无人机实际位置的偏差值进行无人机的飞行控制。同时为了降低控制的耦合性，在设计好控制底层驱动后只进行无人机的俯仰与偏航控制。对于俯仰控制，采用定速飞行；对于偏航控制，采用双模参数自校正模糊PID控制。本发明应用无人机进行道路巡检，可以很大程度上降低现有的应用巡逻车辆进行道路巡检的成本，同时巡检的视野范围广，不受道路交通状况的限制。

技术领域

本发明涉及高速公路智能巡检控制技术领域，适用于警用高速公路智能巡检以及道路的自主测绘，具体涉及一种多旋翼无人机的智能道路巡检控制方法。

背景技术

随着城市化进程的推进，交通安全问题日趋严重，常见的交通问题很大一部分是由驾驶员的非法变道、超速等造成，近年来的交通监控成为预防交通事故的有效手段之一。

现有的道路巡检大部分为采用警用巡逻车辆巡检，巡检成本高，巡检范围小，只能得到巡逻车辆周围的交通信息。与此同时，近年来多旋翼无人机得到快速发展，多旋翼无人机由于其结构简单、灵活多变等优势无论在军事还是民用上都得到了广泛的应用。

旋翼无人机的飞行方式主要分为两类，采用遥控器控制飞行和自主导航飞行，遥控器控制飞行稳定性相对较高，但对操作员有一定要求，同时无人机要保证在操作员的视野范围内，不能实现远距离飞行。自主导航的无人机大部分采用GPS导航，导航误差较大，同时，由于多旋翼无人机由于其静不稳定、强耦合、非线性等特性，现阶段的无人机只能在简单环境中自主飞行，设计的控制器相对没有较强的抗干扰能力及自适应能力。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种多旋翼无人机的智能道路巡检控制方法，实现无人机的道路巡航自主控制。

本发明涉及的一种多旋翼无人机的智能道路巡检控制方法，具体实现如下：

步骤1：通过云台控制单元控制机载云台图像传感器，使图像传感器垂直向下，图像传感器获取得到无人机正下方图像信息。

步骤2：通过无人机搭载的图像传感器获取路面图像信息，通过图像处理提取得到道路中心线。

步骤3：利用提取得到的道路中心线与无人机实际位置的偏差值进行无人机的飞行控制。同时为了降低控制的耦合性，在设计好控制底层驱动后只进行无人机的俯仰与偏航控制。对于俯仰控制，采用定速飞行；对于偏航控制，采用双模参数自校正模糊PID控制。

所述的步骤2中通过图像处理提取得到道路中心线的具体步骤如下：

(1)将拍摄得到的图像从RGB颜色空间转换到HSV颜色空间。

(2)提取H通道图像，通过颜色区间分割道路区域。

(3)对道路区域进行形态学膨胀运算，消除道路上物体造成的空洞。

(4)提取得到道路边缘，将得到的道路边缘中心线作为目标飞行轨迹。

所述的步骤3中偏航控制所采用的双模参数自校正模糊PID的实现步骤如下：

(1)利用提取得到的道路中心线与无人机实际位置得到横向位置偏差量值e、以及无人机当前高度信息H作为控制器的模式识别判决量。

(2)根据模式识别判决量e，同时根据实验标定选定一模式识别判决量阈值e_thre1,在误差值e>e_thre1时应用参数自校准模糊控制，在误差值e≤e_thre1时，应用PI控制。

(3)在误差较大时，参数自校正模糊控制器设计如下：