2022109753097一种水电站引水管道内无人机自动巡检的定位导航方法.pdfVIP

(19)国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号CN115290093A

(43)申请公布日2022.11.04

(21)申请号202210975309.7

(22)申请日2022.08.15

(71)申请人同济大学

地址200000上海市杨浦区四平路1239号

(72)发明人沈润杰何斌占全喜

(74)专利代理机构北京慕达星云知识产权代理

事务所(特殊普通合伙)

11465

专利代理师符继超

(51)Int.Cl.

G01C21/20(2006.01)

G01C21/16(2006.01)

G05D1/08(2006.01)

权利要求书3页说明书11页附图5页

(54)发明名称

一种水电站引水管道内无人机自动巡检的

定位导航方法

(57)摘要

本发明公开了一种水电站引水管道内无人

机自动巡检的定位导航方法，包括：利用无人机

搭载的激光雷达扫描引水管道内部，得到点云数

据，并将点云数据拟合为圆柱体模型；确定圆柱

体模型的中轴线；确定机体坐标系下无人机的当

前位置坐标在中轴线的垂足点，根据垂足点计算

无人机的目标点位置；根据前后两帧中轴线的距

离变化，计算中轴线坐标系下无人机的实际速

度，并将中轴线坐标系下无人机的实际速度转换

至世界坐标系下；根据无人机的实际速度和期望

速度，对无人机进行姿态调整。本发明能够适应

A不同弯曲程度的管道环境，对无人机进行准确定

3位和导航。

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N

C

CN115290093A权利要求书1/3页

1.一种水电站引水管道内无人机自动巡检的定位导航方法，其特征在于，包括：

利用无人机搭载的激光雷达扫描引水管道内部，得到点云数据，并将点云数据拟合为

圆柱体模型；

确定所述圆柱体模型的中轴线；

确定机体坐标系下无人机的当前位置坐标在所述中轴线的垂足点，根据所述垂足点计

算无人机的目标点位置；

根据前后两帧中轴线的距离变化，计算中轴线坐标系下无人机的实际速度，并将中轴

线坐标系下无人机的实际速度转换至世界坐标系下；

根据无人机的实际速度和期望速度，对无人机进行姿态调整。

2.根据权利要求1所述的一种水电站引水管道内无人机自动巡检的定位导航方法，其

特征在于，还包括：对点云数据进行预处理；所述预处理包括：

确定点云数据的中心点，截取点云数据中各点到中心点距离大于1m且小于10m范围内

的点云数据；

采用统计滤波方法计算所截取的点云数据中每个点到其最近的K个点的平均距离和标

准差，根据标准差准则，剔除噪声点云。

3.根据权利要求1所述的一种水电站引水管道内无人机自动巡检的定位导航方法，其

特征在于，所述确定圆柱体模型的中轴线，包括：

沿世界坐标系的X轴方向等距切割当前帧的所述圆柱体模型，得到多个切割平面；引水

管道的布设方向与世界坐标系的X轴重合；

基于RANSAC算法将各个所述切割平面上的点云拟合为椭圆模型；

将当前帧下的椭圆中心点簇拟合为直线或曲线，作为当前帧圆柱体模型的中轴线。

4.根据权利要求3所述的一种水电站引水管道内无人机自动巡检的定位导航方法，其

特征在于，当上一帧圆柱体模型的中心线为直线时，切割点为：

过切割点且垂直上一帧中心线做平面，得到切割平面，切割平面的表达式为：

x(x‑x)+b(y‑y)+c(z‑z)＝0

iii

其中，(x，y，z)表示切割平面上一点，同时是圆柱体模型中心轴