无人机线路巡检的工频电场校正方法、装置及无人机与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机线路巡检的工频电场校正方法、装置及无人机。


背景技术：

2.当无人机介入了线路工频电磁环境，表面就会出现感应电荷产生感应电场，该电场与原有电场叠加形成畸变电场。因此电场传感器所测量的场强与真实的场强会存在偏差，为了使获得的场强更接近真实场强，更准确的指导无人机完成飞行，提高巡检质量，需要对无人机巡检过程中的场强进行校正。


技术实现要素：

3.本发明的目的是：提供一种无人机线路巡检的工频电场校正方法，对无人机巡检过程中的场强进行校正，使巡检得到的场强更为准确。
4.为了实现上述目的，本发明提供了一种无人机线路巡检的工频电场校正方法，包括：
5.获取仿真模型的输电线路在没有无人机介入时的巡检路线的原始场强；
6.根据设置的若干种无人机传感器的搭载方式，对每种搭载方式均沿巡检路线对仿真模型的输电线路进行巡检测试，得到若干个测试场强，每个测试场强对应一种搭载方式；
7.根据原始场强和若干个测试场强得到若干个畸变程度，每个畸变程度对应一个测试场强；
8.根据畸变程度最小的搭载方式的测试场强和原始场强，得到原始场强在直角坐标系的畸变系数；
9.根据畸变系数对无人机在真实环境中按照所述巡检路线得到的真实场强进行第一校正。
10.这样，通过仿真模型可以方便的进行输电线路的仿真测试，通过实验获取到传感器的优选的安装位置，降低畸变场强；通过第一修正系数可以对得到的真实场强进行修正，使获得的真实场强更准确。
11.进一步的，所述根据原始场强和若干个测试场强得到若干个畸变程度，具体为：
12.所述原始场强和若干个测试场强均包括巡检路线上每个位置的场强；从原始场强获取第一数量的不同位置的场强，从测试场强中获取第一数量的不同位置的场强，从测试场强获取的场强的位置和从原始场强获取的场强的位置相匹配；将从原始场强获取的场强和从测试场强获取的场强代入第一公式，得到测试场强的畸变程度；
13.所述第一公式具体为：
[0014][0015]
其中，i为巡检路线的不同位置的编号，k为第一数量的值，e0为原始场强，e为测试
场强，δ为畸变系数，ei为原始场强在位置i的场强，为原始场强在位置i的场强。
[0016]
这样，根据上述的方案得到传感器安装在不同位置的畸变程度，进而筛选处传感器的优选位置，降低巡检过程中的畸变场强。
[0017]
进一步的，所述根据畸变程度最小的搭载方式的测试场强和原始场强，得到原始场强在直角坐标系的畸变系数，具体为：
[0018]
获取畸变程度最小的搭载方式的测试场强在x方向、y方向和z方向的场强分量，获取原始场强在x方向、y方向和z方向的场强分量；
[0019]
根据测试场强在x方向的分量、原始场强在x方向的分量和第二公式，得到原始场强在x方向的畸变系数；所述第二公式为：
[0020][0021]
其中，n为在巡检路线上选取的点的数量，i为巡检路线的不同位置的编号，为原始场强在i位置的x方向的场强分量，exi为测试场强在i位置的x方向的场强分量；
[0022]
根据测试场强在y方向的分量、原始场强在y方向的分量和第三公式，得到原始场强在y方向的畸变系数；所述第三公式为：
[0023][0024]
其中，为原始场强在i位置的y方向的场强分量，eyi为测试场强在i位置的y方向的场强分量；
[0025]
根据测试场强在z方向的分量、原始场强在z方向的分量和第四公式，得到原始场强在z方向的畸变系数；所述第四公式为：
[0026][0027]
其中，为原始场强在i位置的z方向的场强分量，e
zi
为测试场强在i位置的z方向的场强分量。
[0028]
这样，可以得到真实场强在每个方向上的畸变系数，对每个方向的真实场强进行校正，获得更准确的真实场强。
[0029]
进一步的，根据畸变系数对无人机在真实环境中按照所述巡检路线得到的真实场强进行第一校正，具体为：
[0030]
获取无人机在真实环境中巡检得到的真实场强，对真实场强进行分解得到真实场强在x，y，z方向上的场强分量，每个场强分量分别乘以相应的畸变系数完成对真实场强的第一校正。
[0031]
这样，通过第一校正可以对得到的真实场强的每个方向上的分量进行校正，使真实场强更为准确。
[0032]
进一步的，所述校正方法还包括：
[0033]
获取无人机在不同飞行角度时的场强的第二校正系数；
[0034]
根据第二校正系数对经过第一校正的真实场强进行第二校正。
[0035]
这样，可以校正无人机在飞行过程中受到外界因素的干扰，使无人机获得的场强更为准确。
[0036]
进一步的，所述获取无人机在不同飞行角度时的场强的第二校正系数，具体为：
[0037]
设置无人机在空间中的三个转轴方向，当其中一个转轴方向保持不变时，使无人机在另外两个转轴所确定平面内进行旋转；依次固定每个转轴方向，获取每个转轴固定时无人机的场强变化和当前飞行角度的关系；并根据无人机旋转时的场强变化和当前飞行角度的关系得到第二校正系数。
[0038]
这样，可以得到无人机在每种飞行角度的校正系数，当通过陀螺仪知晓无人机的飞行角度后，可以根据第二校正系数进行校正。
[0039]
进一步的，所述根据第二校正系数对经过第一校正的真实场强进行第二校正，具体为：
[0040]
获取进行第一校正时无人机的飞行角度，根据无人机的飞行角度得到无人机的第二校正系数；
[0041]
将经过第一校正的真实场强乘以第二校正系数完成第二校正。
[0042]
这样，通过第二校正系数可以消除因为风等外界因素对无人机巡检的影响，使无人机获取的场强更为准确。
[0043]
本发明还公开了一种无人机线路巡检的工频电场校正装置，包括：第一获取模块、第一测试模块、第二获取模块、第三获取模块和第一修正模块；
[0044]
所述第一获取模块，获取仿真模型的输电线路在没有无人机介入时的巡检路线的原始场强；
[0045]
所述第一测试模块，用于根据设置的若干种无人机传感器的搭载方式，对每种搭载方式均沿巡检路线对仿真模型的输电线路进行巡检测试，得到若干个测试场强，每个测试场强对应一种搭载方式；
[0046]
所述第二获取模块，用于根据场强和若干个测试场强得到若干个畸变程度，每个畸变程度对应一个测试场强；
[0047]
所述第三获取模块，用于根据畸变程度最小的搭载方式的测试场强和原始场强，得到原始场强在x，y，z方向上的畸变系数λ
x
、λy、λz；
[0048]
所述第一修正模块，用于根据畸变系数对无人机在真实环境中按照所述巡检路线得到的真实场强进行第一校正。
[0049]
进一步的，所述根据原始场强和若干个测试场强得到若干个畸变程度，具体为：
[0050]
所述原始场强和若干个测试场强均包括巡检路线上每个位置的场强；从原始场强获取第一数量的不同位置的场强，从测试场强中获取第一数量的不同位置的场强，从测试场强获取的场强的位置和从原始场强获取的场强的位置相匹配；将从原始场强获取的场强和从测试场强获取的场强代入第一公式，得到测试场强的畸变程度；
[0051]
所述第一公式具体为：
[0052][0053]
其中，i为巡检路线的不同位置的编号，k为第一数量的值，e0为原始场强，e为测试
场强，δ为畸变系数，ei为原始场强在位置i的场强，为原始场强在位置i的场强。
[0054]
本发明还公开了一种无人机，无人机应用上述的校正装置进行无人机巡检过程中场强的校正。
[0055]
本发明实施例一种无人机线路巡检的工频电场校正方法、装置及无人机与现有技术相比，其有益效果在于：通过仿真测试获取畸变最小的传感器搭载位置，可以降低无人机巡检时的畸变电场；通过畸变系数对真实场强进行修正，有效消除畸变电场的影响，获得更为准确的真实场强。
附图说明
[0056]
图1是本发明一种无人机线路巡检的工频电场校正方法的第一流程示意图；
[0057]
图2是本发明一种无人机线路巡检的工频电场校正方法的仿真建模的简化示意图；
[0058]
图3是本发明一种无人机线路巡检的工频电场校正方法的第二流程示意图；
[0059]
图4是本发明一种无人机线路巡检的工频电场校正方法中第二校正系数的获取装置的简化示意图；
[0060]
图5是本发明一种无人机线路巡检的工频电场校正装置的结构示意图。
具体实施方式
[0061]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0062]
实施例1：
[0063]
如图1所示，本发明公开了一种无人机线路巡检的工频电场校正方法，主要包括如下的步骤：
[0064]
步骤s1，获取仿真模型的输电线路在没有无人机介入时的巡检路线的原始场强；
[0065]
步骤s2，根据设置的若干种无人机传感器的搭载方式，对每种搭载方式均沿巡检路线对仿真模型的输电线路进行巡检测试，得到若干个测试场强，每个测试场强对应一种搭载方式；
[0066]
步骤s3，根据原始场强和若干个测试场强得到若干个畸变程度，每个畸变程度对应一个测试场强；
[0067]
步骤s4，根据畸变程度最小的搭载方式的测试场强和原始场强，得到原始场强在直角坐标系的畸变系数；
[0068]
步骤s5，根据畸变系数对无人机在真实环境中按照所述巡检路线得到的真实场强进行第一校正。
[0069]
参照图2，由于现实环境中的输电线路存在差异，因此需要针对要巡检的输电线路进行建模，在仿真软件中得到所需要巡检的输电线路。
[0070]
在本实施例中，仿真软件中以实际飞行的某条500kv单回线路为例，导线间距13.5m，导线型号为4
×
lgj400/35，三相电压a、b、c依次相差120
°
。在对线路空间场强影响不大的前提下，为了减小模型复杂程度，提高计算速度，对模型中做出如下简化：忽略绝缘子
的悬挂造成的影响；将杆塔做实心化处理，忽略钢角；分裂导线利用等效公式进行等效处理。将没有无人机介入时仿真所获得的结果记为场强e0。
[0071]
在本实施例中，本发明所选择的传感器能获取x，y，z三个维度的场强分量。
[0072]
在本实施例中，所述直角坐标系包括三个轴，分别记为x，y，z，所述畸变系数在三个方向上依次为λ
x
、λy、λz。
[0073]
由于畸变场强受到很多外界因素的影响，因此可以想办法降低外界因素的影响。本发明在实验过程中发现，传感器的搭载位置对畸变场强具有较大的影响，因此通过仿真模拟，获取传感器的最佳搭载位置，从而降低畸变场强。
[0074]
在步骤s2中，为了方便说明，以传感器搭载在无人机上侧的中心位置(记为位置1)和无人机下侧的中心位置(记为位置2)进行举例说明，实际搭载时还有很多种搭载方式，并不局限于上侧、下侧和某侧的中心位置。需要技术人员根据无人机型号和旋转的传感器型号进行调整。
[0075]
以上述的两种搭载方式进行举例，则在步骤s2中，需要对每种搭载方式均进行仿真的巡检测试，并得到相应的测试场强。传感器在位置1，位置2飞行试验所获得的测试场强分别为e
′
，e
″
。
[0076]
在步骤s3中，根据原始场强和若干个测试场强得到若干个畸变程度，每个畸变程度对应一个测试场强，具体为：
[0077]
所述原始场强和若干个测试场强均包括巡检路线上每个位置的场强；从原始场强获取第一数量的不同位置的场强，从测试场强中获取第一数量的不同位置的场强，从测试场强获取的场强的位置和从原始场强获取的场强的位置相匹配；将从原始场强获取的场强和从测试场强获取的场强代入第一公式，得到测试场强的畸变程度；
[0078]
所述第一公式具体为：
[0079][0080]
其中，i为巡检路线的不同位置的编号，k为第一数量的值，e0为原始场强，e为测试场强，δ为畸变系数，ei为原始场强在位置i的场强，为原始场强在位置i的场强。
[0081]
在本实施例中，若只有位置1和位置2，则具体的技术方案为：
[0082]
将相同位置上的数据根据第一公式计算δ1与δ2。δ1，δ2表示传感器位置1与位置2在实际飞行中获得的场强相较于仿真计算出的场强的畸变程度，δ1，δ2中较小的一个为传感器搭载的优选位置。对所有可搭载传感器的位置进行上述相同试验，选择最佳的位置。下标i表示第i个点的数据，k表示所取总点数量。
[0083][0084][0085]
假设位置1的畸变程度最小，则保留位置1的测试场强进行后续的计算，其它位置的测试场强舍弃。
[0086]
在步骤s4中，所述根据畸变程度最小的搭载方式的测试场强和原始场强，得到原
始场强在直角坐标系的畸变系数，具体为：
[0087]
获取畸变程度最小的搭载方式的测试场强在x方向、y方向和z方向的场强分量，获取原始场强在x方向、y方向和z方向的场强分量；
[0088]
根据测试场强在x方向的分量、原始场强在x方向的分量和第二公式，得到原始场强在x方向的畸变系数；所述第二公式为：
[0089][0090]
其中，n为在巡检路线上选取的点的数量，i为巡检路线的不同位置的编号，为原始场强在i位置的x方向的场强分量，exi为测试场强在i位置的x方向的场强分量；
[0091]
根据测试场强在y方向的分量、原始场强在y方向的分量和第三公式，得到原始场强在y方向的畸变系数；所述第三公式为：
[0092][0093]
其中，为原始场强在i位置的y方向的场强分量，eyi为测试场强在i位置的y方向的场强分量；
[0094]
根据测试场强在z方向的分量、原始场强在z方向的分量和第四公式，得到原始场强在z方向的畸变系数；所述第四公式为：
[0095][0096]
其中，为原始场强在i位置的z方向的场强分量，e
zi
为测试场强在i位置的z方向的场强分量。
[0097]
将位置1的场强数据代入到第二公式、第三公式和第四公式中，可以得到无人机设置在位置1时的畸变系数。在本实施例中，n的取值越大则获取的畸变系数越准确。
[0098]
在步骤s5中，所述根据畸变系数对无人机在真实环境中按照所述巡检路线得到的真实场强进行第一校正，具体为：
[0099]
获取无人机在真实环境中巡检得到的真实场强，对真实场强进行分解得到真实场强在x，y，z方向上的场强分量，每个场强分量分别乘以相应的畸变系数完成对真实场强的第一校正。
[0100]
综上可知，本发明通过试验测试获取畸变最小的传感器搭载位置，可以降低无人机巡检时的畸变电场；通过畸变系数对真实场强进行修正，有效消除畸变电场的影响，获得更为准确的真实场强。
[0101]
实施例2：
[0102]
实际飞行中无人机机身因为环境影响会出现机身的一些摇摆与晃动，导致无人机与原始位置出现旋转的角度差，需要校正机身摆动对电场的测量误差。但考虑到巡检时不会选在大风天气工作，因此这个角度不会特别大，偏差可能在几度之内。可以通过第二校正系数进行校正。
[0103]
参照图3，在实施例1的基础上，本发明公开了一种无人机线路巡检的工频电场校
正方法，主要包括如下的步骤：
[0104]
步骤s1，获取仿真模型的输电线路在没有无人机介入时的巡检路线的原始场强；
[0105]
步骤s2，根据设置的若干种无人机传感器的搭载方式，对每种搭载方式均沿巡检路线对仿真模型的输电线路进行巡检测试，得到若干个测试场强，每个测试场强对应一种搭载方式；
[0106]
步骤s3，根据原始场强和若干个测试场强得到若干个畸变程度，每个畸变程度对应一个测试场强；
[0107]
步骤s4，根据畸变程度最小的搭载方式的测试场强和原始场强，得到原始场强在直角坐标系的畸变系数；
[0108]
步骤s5，根据畸变系数对无人机在真实环境中按照所述巡检路线得到的真实场强进行第一校正；
[0109]
步骤s6，获取无人机在不同飞行角度时的场强的第二校正系数；
[0110]
步骤s7，根据第二校正系数对经过第一校正的真实场强进行第二校正。
[0111]
由于实施例2是在实施例1的基础上撰写得到的，因此对步骤s1到s5的说明参照实施例1，在实施例2中不再赘述。
[0112]
在步骤s6中，所述获取无人机在不同飞行角度时的场强的第二校正系数，具体为：
[0113]
设置无人机在空间中的三个转轴方向，当其中一个转轴方向保持不变时，使无人机在另外两个转轴所确定平面内进行旋转；依次固定每个转轴方向，获取每个转轴固定时无人机的场强变化和当前飞行角度的关系；并根据无人机旋转时的场强变化和当前飞行角度的关系得到第二校正系数。
[0114]
参照图4，一种可选的第二校正系数的获取装置及获取方法，装置包括：(1)铁架：模拟杆塔，支撑线路、(2)输电线路、(3)试验用无人机、(4)抓取或者吸附无人机的装置、(5)操作杠杆，带动无人机在三个方位旋转的装置、(6)操作平台：三轴基准转台设备，可以在空间自由旋转，三个轴向均带有基准刻度，刻度精度不大于0.1
°
，确保能够精确的旋转到任意方向。要求设备(4)、(5)、(6)对场强造成的畸变很小。对抓取吸附位置进行试验，找到对场强测量干扰最小的位置，最大程度地降低设备本身的干扰。
[0115]
通过基准转台的空间旋转，每次旋转固定一个轴，使得传感器在另外两轴所确定的平面内进行旋转，重复该步骤从而得到畸变关系。
[0116]
假设在xoy平面旋转角为α，xoz平面旋转角为β，yoz平面旋转角为γ，忽略xoy平面旋转对z轴场强的影响、xoz平面旋转对y轴场强的影响、yoz平面旋转对x轴场强的影响，得到矩阵b：
[0117][0118]
在本实施例中，矩阵b即为第二校正系数。
[0119]
在本实施例中，所述根据第二校正系数对经过第一校正的真实场强进行第二校正，具体为：
[0120]
获取进行第一校正时无人机的飞行角度，根据无人机的飞行角度得到无人机的第二校正系数；
[0121]
将经过第一校正的真实场强乘以第二校正系数完成第二校正。
[0122]
在本实施例中，使用第二校正系数时，根据无人机的陀螺仪获取无人机的飞行角度，将角度代入后可得到具体的第二校正系数，然后将第二校正系数和经过第一校正系数的真实场强相乘，最终所获得的校正后的场强e由如下方程所确立：
[0123]
e＝bλe
真
；
[0124]
其中，所述e
真
为真实场强。
[0125]
综上可知，通过第二校正系数可以进一步的消除无人机在飞行过程中因为风等原因造成无人机飞行姿态发生变化所引起的场强的畸变，提高无人机巡检所得到的场强的精度。
[0126]
实施例3：
[0127]
本发明还公开了一种无人机线路巡检的工频电场校正装置，包括：第一获取模块101、第一测试模块102、第二获取模块103、第三获取模块104和第一修正模块105；
[0128]
所述第一获取模块101，用于获取仿真模型的输电线路在没有无人机介入时的巡检路线的原始场强；
[0129]
所述第一测试模块102，用于根据设置的若干种无人机传感器的搭载方式，对每种搭载方式均沿巡检路线对仿真模型的输电线路进行巡检测试，得到若干个测试场强，每个测试场强对应一种搭载方式；
[0130]
所述第二获取模块103，用于根据原始场强和若干个测试场强得到若干个畸变程度，每个畸变程度对应一个测试场强；
[0131]
所述第三获取模块104，用于根据畸变程度最小的搭载方式的测试场强和原始场强，得到原始场强在直角坐标系的畸变系数；
[0132]
所述第一修正模块105，用于根据畸变系数对无人机在真实环境中按照所述巡检路线得到的真实场强进行第一校正。
[0133]
在本实施例中，所述根据原始场强和若干个测试场强得到若干个畸变程度，具体为：
[0134]
所述原始场强和若干个测试场强均包括巡检路线上每个位置的场强；从原始场强获取第一数量的不同位置的场强，从测试场强中获取第一数量的不同位置的场强，从测试场强获取的场强的位置和从原始场强获取的场强的位置相匹配；将从原始场强获取的场强和从测试场强获取的场强代入第一公式，得到测试场强的畸变程度；
[0135]
所述第一公式具体为：
[0136][0137]
其中，i为巡检路线的不同位置的编号，k为第一数量的值，e0为原始场强，e为测试场强，δ为畸变系数，ei为原始场强在位置i的场强，为原始场强在位置i的场强。
[0138]
本发明的校正装置的工作原理和实施例1中的校正方法相同，且实施例1中对校正方法的说明可以用于校正装置的实施，以及对校正装置进行进一步的限定。
[0139]
所述校正装置还包括第二校正模块，所述第二校正模块用于根据第二校正系数对经过第一校正系数校正的真实场强进行第二校正。
[0140]
综上可知，本发明的校正装置可以以最优的传感器搭载方式进行巡检，并对巡检过程中的畸变场强进行校正，使巡检得到的场强更加的准确。
[0141]
实施例3：
[0142]
本发明还公开了一种无人机，无人机应用实施例3所述的校正装置进行无人机巡检过程中场强的校正。
[0143]
综上，本发明实施例提供一种无人机线路巡检的工频电场校正方法、装置及无人机与现有技术相比，其有益效果在于：通过仿真测试获取畸变最小的传感器搭载位置，可以降低无人机巡检时的畸变电场；通过畸变系数对真实场强进行修正，有效消除畸变电场的影响，获得更为准确的真实场强。通过第二校正系数消除风力等外界因素所造成的畸变场强。
[0144]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。