發(fā)布時間：2020-11-17 13:13

　　 隨著我國經濟社會的快速發(fā)展,公路、交通、通信和電力線路的建設也在逐漸增加,隨之而來的巡視任務也越來越嚴峻。目前上述的巡查仍主要依靠人工定期實地巡視查看,該方法需消耗大量人力和時間,且由于人員不便于越過河流等復雜地形,它的巡視效率非常低。得益于近幾年無人機技術的高速發(fā)展,無人機在電力巡視,乃至其他大型設施巡視中的應用也逐漸增加,直接促進了電力、橋梁等大型設施的巡視模式逐漸向機巡模式轉變。但是,無人機在實際的巡視過程中也面臨著諸多不可預知的問題,對無人機在各種復雜環(huán)境中的廣泛應用帶來了很大挑戰(zhàn)。受制于周圍環(huán)境對于無人機傳感器的干擾以及沒有高精度的定位裝置,無人機很難實現(xiàn)沿規(guī)劃路線自動導航巡視,只能依靠人工觀察操作,精度低、效果差。同時,無人機使用的鋰電池續(xù)航時間在30分鐘左右,電池電量用盡之后需要人為更換電池,增加了巡視工作量,導致巡視效率降低。本文以無人機電力巡視作為出發(fā)點,通過對國內外無人機在電力巡視中的應用情況進行分析和研究,針對現(xiàn)存的問題和挑戰(zhàn),提出一種能廣泛應用于各種復雜巡視環(huán)境的無人機綜合智能巡視系統(tǒng)設計方案。在巡視終端設計一種充電平臺,無人機以充電平臺為跳板,可進行連續(xù)巡視,從而解決無人機的續(xù)航問題,同時巡視任務不受河流地形等環(huán)境的影響,增加巡視距離。在巡視過程中,利用先進無人機飛控系統(tǒng)及算法,使無人機能夠按計劃進行穩(wěn)定、安全、準確的巡視。同時,針對巡視過程中無人機受電磁干擾的問題,提出了一種磁力計動態(tài)校準方法,解決了無人機在空中無法動態(tài)校準的問題。該設計方案可以解決無人機電力、變電站、橋梁、水庫等大型設施巡視過程中面臨的諸多問題。本設計方案的主要內容及成果如下:1.智能飛控系統(tǒng)作為整個智能巡視系統(tǒng)的核心,實時控制著無人機的姿態(tài),實現(xiàn)穩(wěn)定巡視及自動降落充電。本文利用先進的處理芯片及多種傳感器模塊,融合GPS及RTK數(shù)據,設計一套無人機智能飛控系統(tǒng)。前期進行畫板、打樣,后期進行焊接、裝機。后期經過測試,該飛控系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定,抗風抗干擾能力強,符合無人機在各種復雜的環(huán)境下穩(wěn)定運行所需滿足的各項基本條件;2.利用GPS/RTK技術,實現(xiàn)較遠距離的無人機引導降落,再使用機載相機,通過圖像處理技術來實現(xiàn)無人機高精度定位,使無人機精準起降在自動充電平臺上;通過充電接口的對接和卡位,對無人機電池實施自動充電,再結合無人機飛行控制系統(tǒng),實現(xiàn)“蛙跳式”自動巡視。再逐步改進圖像處理算法,從而提高實驗過程中無人機的降落精度;3.地面站是無人機在空中飛行時的地面控制中心。本文首先利用機載的各類傳感器采集無人機GPS/RTK坐標、速度、姿態(tài)等飛行狀態(tài)信息,經機載計算機處理后,由通訊模塊發(fā)送至地面站,地面站顯示無人機此時的狀態(tài)信息,對無人機狀態(tài)進行監(jiān)控,特殊情況下也可直接利用地面站奪取無人機的操作控制權,引導無人機沿航線飛行。地面站也可對無人機飛行軌跡和姿態(tài)等進行仿真研究,對無人機的可靠性和穩(wěn)定性進行分析和測試;4.本文針對多旋翼無人機的磁力計在巡視過程中易受大型設施周圍環(huán)境磁場干擾的問題,在靜態(tài)校準的基礎上提出一種小角度最小二乘迭代的動態(tài)校準方法。即連續(xù)采用最小二乘在小角度下擬合弧線并解算出球心,反復更新球心坐標,實現(xiàn)偏差修正,進一步改善無人機導航精度問題。經過仿真驗證及實驗測試,該方法能有效解決多旋翼無人機磁力計的動態(tài)校準問題,從而提高無人機在各種復雜環(huán)境下巡視的導航精度。
【學位單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V279
【部分圖文】：

目前已經具備了在大型設施巡視過程中本文圍繞自動導航在大型設施巡視應用采用先進的機載微處理芯片和多種模塊能飛控系統(tǒng)通過 PID、Kalman 濾波等先得出無人機的輸出控制量，控制無人機統(tǒng)硬件設計，無人機需要處理大量傳感器數(shù)據，因片，如圖 2-1 所示，它具有 168 mhz 的高人機復雜浮點數(shù)據處理的需求。

第二章 無人機飛控系統(tǒng)的設計研究考慮到無人機傳感器需要在高動態(tài)、高機動、寬溫度范圍環(huán)境下穩(wěn)定工作，感器選用 BMI088，如圖 2-2 所示，它由 16 位 24 g 量程加速度計和 16 位 2000 °陀螺組成，能在-40-85 ℃下穩(wěn)定工作，它的設計能有效抑制由于 pcb 或整個系統(tǒng)構上的共振所造成的振動，并具有極低的溫度偏移系數(shù)和溫度靈敏度系數(shù)，特別于高性能無人機應用。

圖 2-2 BMI088 傳感器Fig.2-2 BMI088 sensor人機需要在室內室外等各種復雜環(huán)境下確定自身的相對高度。使用氣壓分正常飛行情況下得到無人機的相對高度，但用于測高的一般氣壓計都差。因此，本文為了準確測量相對高度，選用專門的無人機氣壓高度測量 位低噪聲氣壓高度傳感器 BMP388，如圖 2-3 所示。
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