[发明专利]基于双目视觉融合激光雷达与电磁场检测的无人机巡检安全避障系统和方法

权利要求书

1.一种基于双目视觉融合激光雷达与电磁场检测的无人机巡检安全避障方法，其特征在于：通过多传感器获取信息融合判断执行无人机飞行决策，具体步骤如下：

步骤1，通过地面站软件将输电线路空间三维模型、输电导线电磁场分布模型下载到无人机飞控；

步骤2，开启双目相机和激光雷达、毫米波雷达、电磁场检测传感器、超声波传感器、北斗定位系统BDS，所述的双目相机和激光雷达、毫米波雷达、电磁场检测传感器、超声波传感器、北斗定位系统BDS实时接收数据信息并发送至信息预处理模块，其中，飞行器实时位置为P，地面站软件输电线路空间三维模型边界为S域；检测模块由两个双目相机、两个激光雷达、两个毫米波雷达、两个超声波传感器，一个电磁场检测传感器、一个北斗定位系统BDS共六组传感器构成；两组双目相机测量与障碍物之间距离为L_1i和L_2i；两组超声波传感器测量与障碍物之间距离为L_3i和L_4i；两组激光雷达测量与障碍物之间距离为L_5i、L_6i；两组毫米波雷达测量与障碍物之间距离为L_7i和L_8i；

步骤3，信息预处理模块分别对双目相机和激光雷达、毫米波雷达、电磁场检测传感器、超声波传感器和北斗定位系统BDS按传感器类别进行信息预处理，预处理后提交给多传感器信息融合模块；信息预处理模块对多传感器获取数据的预处理过程如下：

步骤3.1，双目相机获知的距障碍物距离D₁取双目相机中左右相机L_1i和L_2i最小值，即：

D₁＝Min(L_1i,L_2i)

当D₁≥2D时,令双目相机的数据输出为无穷大，避免频繁干预飞控，提高避障系统运行效率；

步骤3.2，超声波传感器获取的距障碍物距离D₂取左右相机L_3i和L_4i最小值，即：

D₂＝Min(L_3i，L_4i)

当D₂≥2D时,令超声波传感器的数据输出为无穷大，避免频繁干预飞控，提高避障系统运行效率；

步骤3.3，激光雷达获取的距障碍物距离D₃取2个激光雷达距离信息L_5i和L_6i最小值，即：

D₃＝Min(L_5i,L_6i)

当D₃≥2D时,令激光雷达的数据输出为无穷大，避免频繁干预飞控，提高避障系统运行效率；

步骤3.4，毫米波雷达获取的距障碍物距离D₄取2个毫米波雷达距离信息L_7i和L_8i最小值，即：

D₄＝Min(L_7i，L_8i)

当D₄≥2D时,令毫米波雷达的数据输出为无穷大，避免频繁干预飞控，提高避障系统运行效率；

步骤3.5，所述的北斗定位系统BDS获知的当前位置P与飞控中存储的输电线路空间三维模型数据进行对比，获得无人机与障碍物的最短距离D₅；

步骤3.6，所述的电磁场检测传感器采用模拟电荷法可精确获知导线空间电场分布，进而获取飞行器与障碍物的距离D₆；

步骤4，多传感器信息融合模块实现多传感器信息融合的具体步骤如下：

步骤4.1，将双目相机获得的信息经预处理后，得到飞行器与障碍物的距离D₁；

步骤4.2，将超声波传感器获得的信息经预处理后，得到飞行器与障碍物的距离D₂；

步骤4.3，将激光雷达获得的信息经预处理后，得到飞行器与障碍物的距离D₃；

步骤4.4，将毫米雷达获得的信息经预处理后，得到飞行器与障碍物的距离D₄；

步骤4.5，将北斗定位系统BDS获知的当前位置P与飞控中存储的输电线路空间三维模型数据进行对比，获得无人机与障碍物的最短距离D₅；

步骤4.6，将电磁场检测传感器获得的电磁场强度数据E与飞控中存储的输电线路电磁场分布模型进行对比，电磁场强度数据E转换为飞行器与障碍物的距离D₆；

步骤4.7，定义多传感器融合系数k_n,其中n∈{1,2,3,4,5,6},最终计算出飞行器与输电线路设备的距离值Dis为:

其中，k₁,k₂,k₃,k₄,k₅,k₆≥0，且满足,k₁+k₂+k₃+k₄+k₅+k₆＝1；

步骤5，将飞行器与输电线路设备的距离值Dis和安全距离D进行比较，生成避障策略，所述的安全距离D值由运行规程确定，具体步骤如下：

若D_isD，则保持飞行器当前状态,继续执行任务；

若D_is＝D，则计算出通过P点且指向S外侧的法线向量，按照向量路径飞行进行避障；

若D_isD，则计算出通过P点且指向距P点最近安全边界外侧的法线向量，按照向量路径飞行进行避障。