电力巡检中无人机避障路径搜索方法、系统、设备及介质

本技术涉及无人机避障路径搜索，尤其涉及一种电力巡检中无人机避障路径搜索方法、系统及介质。

背景技术：

1、在二十一世纪初的十年，长度在0.1-0.5m之间，质量在0.1-0.5kg之间的微型无人驾驶飞行器（uav）领域取得了许多令人兴奋的发展。近十年来，随着电力巡检、物流配送等行业的兴起，无人机在工业场景中的运用也更加广泛。得益于四旋翼飞行器在设计，控制和规划方面取得的长足进展，无人机可以在巡检人员无法到达的恶劣环境下进行作业，其上搭载的许多高精度的摄像头和传感器，使得巡检人员能够全方位地观察待检测设备和线路，克服传统巡检方式存在的视野盲区问题。

2、近年来，一系列适用于室内复杂动态环境的快速无人机轨迹生成算法相继涌现。例如，2011年，mellinger等根据牛顿力学约束提出了无人机的“微分平坦”思想，将无人机系统状态的12个变量映射为空间位置的3个分量和偏航角，实现了用一个较低维度的平坦输出来表达系统的所有状态和输入，而且这个平坦输出及其导数可以反过来唯一地确定系统的状态和输入。然而，受到定位精度、机载电脑算力等条件的限制，室外场景下行业应用中的无人机轨迹规划方案还停留在低鲁棒性，低通用性的层面。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本技术提供一种电力巡检中无人机避障路径搜索系统、方法及介质，以解决现有的无人机轨迹规划方案低鲁棒性、低通用性的问题。

2、第一方面，本技术提供了一种电力巡检中无人机避障路径搜索方法，方法包括：以无人机开启自动避障功能后的第一帧gps数据为原点，建立本地坐标系；基于当前环境数据和预设障碍物计算公式，在机载电脑内存中生成概率栅格地图，以获得当前环境下的无人机可通行空间；其中，概率栅格地图存在预设最高高度值；获取无人机中设置的视野系数、传感器有效探测范围、平均树冠直径、无人机与障碍物维持的安全阈值、当前无人机的视野范围、无人机最大飞行速度、根据时间间隔离散出来的三维空间坐标点、当前无人机的三维坐标，代入预设局部目标点计算公式，以获得无人机的实时局部目标点；获取当前无人机的三维坐标、b样条曲线对应的控制点、控制点的三维坐标、预设支撑区间，代入预设重规划起点状态计算公式，确定无人机在b样条曲线中各个knots节点；进而通过deboor-cox递推公式求出了无人机在b样条曲线的各个预设knots节点上对应运行状态，获得无人机可执行的避障轨迹；基于无人机可通行空间、局部目标点和避障轨迹，以进行无人机避障行驶。

3、进一步地，基于当前环境数据和预设障碍物计算公式，在机载电脑内存中生成概率栅格地图，以获得当前环境下的无人机可通行空间，具体包括：基于当前环境数据，生成初始栅格地图；基于预设无人机可通行区域计算公式：，获取滤波后的无人机可通行区域；其中，i代表栅格的空间三维坐标值，z为预设最高高度值，为同一经纬度，高度从0到预设最高高度值的无障碍栅格空间；将初始栅格地图中的无人机可通行区域替换为滤波后的无人机可通行区域；进而获得栅格地图。

4、进一步地，获取无人机中设置的视野系数、传感器有效探测范围、平均树冠直径、无人机与障碍物维持的安全阈值、当前无人机的视野范围、无人机最大飞行速度、根据时间间隔离散出来的三维空间坐标点、当前无人机的三维坐标，代入预设局部目标点计算公式，以获得无人机对应的局部目标点，具体包括：基于预设局部目标点计算公式：，，；其中，是无人机中设置的视野系数；是传感器有效探测范围；是平均树冠直径；是无人机与障碍物维持的安全阈值；是当前无人机的视野范围；是固定系数；是设置的无人机最大飞行速度；表示上一时间点；表示目标时间点；表示局部目标点；是从起点到终点的航线上根据时间间隔离散出来的三维空间坐标点；是当前无人机的三维坐标。

5、进一步地，获取当前无人机的三维坐标、b样条曲线对应的控制点、控制点的三维坐标、预设支撑区间，代入预设重规划起点状态计算公式，确定无人机在b样条曲线中各个knots节点，具体包括：通过预设重规划起点状态计算公式：，，，计算knots节点；其中，表示b样条曲线上的knots节点，i是节点矢量的序号；表示对应轨迹上点的三维坐标，表示当前无人机的三维坐标；所属控制点矢量范围的下边界；k表示预设阶数；表示b样条曲线的预设支撑区间；n表示控制点的数量。

6、第二方面，本技术提供一种电力巡检中无人机避障路径搜索系统，系统包括：建立模块，用于以无人机开启自动避障功能后的第一帧gps数据为原点，建立本地坐标系；获得模块，用于基于当前环境数据和预设障碍物计算公式，在机载电脑内存中生成概率栅格地图，以获得当前环境下的无人机可通行空间；其中，概率栅格地图存在预设最高高度值；获取无人机中设置的视野系数、传感器有效探测范围、平均树冠直径、无人机与障碍物维持的安全阈值、当前无人机的视野范围、无人机最大飞行速度、根据时间间隔离散出来的三维空间坐标点、当前无人机的三维坐标，代入预设局部目标点计算公式，以获得无人机的实时局部目标点；获取当前无人机的三维坐标、b样条曲线对应的控制点、控制点的三维坐标、预设支撑区间，代入预设重规划起点状态计算公式，确定无人机在b样条曲线中各个knots节点；进而通过deboor-cox递推公式求出了无人机在b样条曲线的各个预设knots节点上对应运行状态，获得无人机可执行的避障轨迹；行驶模块，用于基于无人机可通行空间、局部目标点和避障轨迹，以进行无人机避障行驶。

7、进一步地，获得模块包含第一计算单元，用于基于当前环境数据，生成初始栅格地图；基于预设无人机可通行区域计算公式：，获取滤波后的无人机可通行区域；其中，i代表栅格的空间三维坐标值，z为预设最高高度值，为同一经纬度，高度从0到预设最高高度值的无障碍栅格空间；将初始栅格地图中的无人机可通行区域替换为滤波后的无人机可通行区域，进而获得栅格地图。

8、进一步地，获得模块包含第二计算单元，，，；其中，是无人机中设置的视野系数；是传感器有效探测范围；是平均树冠直径；是无人机与障碍物维持的安全阈值；是当前无人机的视野范围；是固定系数；是设置的无人机最大飞行速度；表示上一时间点；表示目标时间点；表示局部目标点；是从起点到终点的航线上根据时间间隔离散出来的三维空间坐标点；是当前无人机的三维坐标。

9、进一步地，获得模块包含第三计算单元，用于通过预设重规划起点状态计算公式：，，，计算knots节点；其中，表示b样条曲线上的knots节点，i是节点矢量的序号；表示对应轨迹上点的三维坐标，表示当前无人机的三维坐标；所属knots节点矢量范围的下边界；k表示预设阶数；表示b样条曲线的预设支撑区间；n表示预设常数。

10、第三方面，本技术提供一种电力巡检中无人机避障路径搜索设备，设备包括：处理器；以及存储器，其上存储有可执行代码，当可执行代码被执行时，使得处理器执行如上述任一项的一种电力巡检中无人机避障路径搜索方法。

11、第四方面，本技术提供一种非易失性计算机存储介质，其上存储有计算机指令，计算机指令在被执行时实现如上述任一项的一种电力巡检中无人机避障路径搜索方法。

12、本领域技术人员能够理解的是，本技术至少具有如下有益效果：

13、本技术无人机开启自动避障功能后的第一帧gps数据为原点，建立本地坐标系。基于预设最高高度值，填充障碍物下方的非碰撞空间，获得当前环境下的无障碍物空间。其次本技术综合考虑了环境因素，获得无人机对应的局部目标点，有效规避了轨迹规划过程中可能导致无人机朝向障碍物的风险；最后利用knots节点对输出的b样条轨迹进行离散化，实现了无人机实时位置与轨迹重规划起点状态紧耦合。解决了现有的无人机轨迹规划方案低鲁棒性、低通用性的问题。