[发明专利]一种多旋翼无人机结合道路检测沿路自主飞行的方法

权利要求书

1.一种多旋翼无人机结合道路检测沿路自主飞行的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：固定无人机上的图像传感器垂直向下，通过机载嵌入式连接并控制无人机的图像传感器，以获取无人机正下方视频信息；

S2：将图像传感器获取的视频信息，通过4G链路传输到地面站；

S3：通过地面站，对得到的视频图像进行道路检测，提取道路中心线l在整个视频图像中的位置与角度；

S4：利用提取得到的无人机与道路中心线l与判决框R的关系，选择无人机模式，结合无人机返回的GPS信息，以及该GPS信息所在地区的道路GPS数据集，输入到基于卡尔曼滤波的八方向PID策略控制器中，得到偏航控制量，通过地面站向无人机发送控制指令，首先控制无人机飞到道路上方，之后控制无人机自主沿路飞行；

根据视频图像的处理结果，结合基于卡尔曼滤波的八方向PID策略控制器得到偏航控制量的具体步骤为：

S41：视频判决框R决定八方向PID策略控制器所处的模式和输入量；

S42：地面站根据道路中心线l是否在判决框R内，对无人机所处模式进行判定；

(1)若道路中心线l在判决框R内，则确定无人机是在道路上方；根据无人机当前实际位置经纬度C_x、C_y和道路该位置的经纬度P_x、P_y，以及沿路飞行下一阶段目标点的经纬度D_x、D_y，计算得到无人机与目标点的方向角和距离；

(2)若道路中心线l在判决框R外，无人机已与道路有偏移，则利用提取到的道路中心线l，以及无人机当前实际位置的经纬度C_x、C_y，沿路飞行下一阶段目标点的经纬度D_x、D_y，计算得到无人机所需飞行的方向角和飞行距离；

根据模式(1)或(2)计算出的无人机与目标点的方向角与距离，通过恒定速度V和固定八个控制方向O进行量化；然后，将无人机位置GPS的值CP_x、CP_y和控制时间t，作为控制器的输入，对无人机进行控制；将得到的实际无人机反馈位置C'_x、C'_y与理论位置C_sx、C_sy同时输入到卡尔曼滤波器中，得到的无人机融合位置C_ax、C_ay，作为下一次的条件，进入步骤S44；

S43：若无人机已无法检测到其自身下方的道路信息，先提升无人机的高度，若可以检测到道路，根据检测得到的道路中心线l与判决框R的相对关系，选择模式进行输入；若还未能检测到道路，利用无人机当前的经纬度C_x、C_y与上一目标点的定位度D'_x、D'_y的方向θ'，与无人机单位位移D_p进行输入，输出偏航控制量，完成无人机控制；

S44：操作完成后，对无人机目前的位置下方进行道路检测，并重新根据检测情况进行判定，直到无人机抵达目标地点。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机结合道路检测沿路自主飞行的方法，其特征在于，所述步骤S3中，地面站对得到的视频图像进行道路检测过程包括对无人机传输回来的路面图像信息进行处理，具体出来过程包括以下步骤：

S31：将从摄像头得到的视频先进行标定，对其进行镜头畸变的清算；

S32：对图像进行灰度化处理；

S33：利用Canny边缘检测算法对其中的信息进行提取；

S34：利用霍夫变换找出直线来对行道线进行定位；

S35：通过K均值聚类，找出道路的中心线l，并记录夹角θ。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机结合道路检测沿路自主飞行的方法，其特征在于，所述步骤S41中，视频判决框R大小的计算公式为：

其中，R_A为拍摄图像的宽度，h为无人机距离地面的高度，k为缩放系数。