本發(fā)明涉及無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及新型的無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)的飛行區(qū)域控制方法。

背景技術(shù)：

高聳結(jié)構(gòu)（high-rise structure），指的是高度較大、橫斷面相對(duì)較小的結(jié)構(gòu)，以水平荷載（特別是風(fēng)荷載）為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可分為自立式塔式結(jié)構(gòu)和拉線式桅式結(jié)構(gòu)。如廣電部門的無線電塔和電視塔；電力、冶金、石油、化工等企業(yè)的電線路塔、石油鉆井塔、煉油化工塔、風(fēng)動(dòng)機(jī)塔、排氣塔、水塔、煙囪等；郵電、交通、運(yùn)輸?shù)炔块T的電信塔、導(dǎo)航塔、航空指揮塔、雷達(dá)塔、燈塔等。此外，還有衛(wèi)星發(fā)射塔、跳傘塔和環(huán)境氣象塔等。

目前，高聳結(jié)構(gòu)的外觀巡檢，大多數(shù)采用的是人工攀登巡檢的方式，其作業(yè)難度大、作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)高。因此，逐漸出現(xiàn)了采用無人機(jī)吊裝攝像頭，對(duì)高聳結(jié)構(gòu)進(jìn)行外觀巡檢。隨著，工業(yè)化、城市化的發(fā)展，高聳結(jié)構(gòu)空間周圍可能同時(shí)存在高聳結(jié)構(gòu)、高大建筑物或者高壓線徑路等，無人機(jī)巡檢時(shí)一但失控，可能會(huì)發(fā)生無人機(jī)撞碰附近設(shè)備，造成嚴(yán)重后果。

為此，本發(fā)明提出了一種新型的無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)的飛行區(qū)域控制方法。其特點(diǎn)是利用布設(shè)于高聳結(jié)構(gòu)周圍的一個(gè)無線信號(hào)發(fā)射源陣列，發(fā)射源陣列發(fā)射位置限制信號(hào)，無人機(jī)通過接收該限制信號(hào)，自動(dòng)約束無人機(jī)的飛行區(qū)域，確保無人機(jī)在圍繞高聳結(jié)構(gòu)進(jìn)行巡檢飛行的時(shí)候，防止無人機(jī)失控，飛離安全飛行區(qū)域，造成無人機(jī)撞碰附近設(shè)備的問題發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種新型的無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)的飛行區(qū)域控制方法。其特點(diǎn)是利用布設(shè)于高聳結(jié)構(gòu)周圍的一個(gè)無線信號(hào)發(fā)射源陣列，發(fā)射源陣列發(fā)射位置限制信號(hào)，無人機(jī)通過接收該限制信號(hào)，自動(dòng)約束無人機(jī)的飛行區(qū)域。，確保無人機(jī)在圍繞高聳結(jié)構(gòu)進(jìn)行巡檢飛行的時(shí)候，防止無人機(jī)失控，飛離安全飛行區(qū)域，造成無人機(jī)撞碰附近設(shè)備的問題發(fā)生。具體如下：

①在高聳結(jié)構(gòu)周圍布設(shè)一定數(shù)量（N=1,2，……,+∞）的無線信號(hào)發(fā)射源S^q (q=1,2,……,N)，形成無線信號(hào)發(fā)射陣列S_N。

②每一個(gè)無線信號(hào)發(fā)射源S^q(x,y)以廣播的形式發(fā)射飛行區(qū)域限制信號(hào)SS ^q，形成無線信號(hào)陣列SS_N。

③無人機(jī)在圍繞高聳結(jié)構(gòu)飛行時(shí)，不斷地接收來自于S_N發(fā)送的位置限制信號(hào)SS ^q（q=1,2,……,N），自動(dòng)計(jì)算出自身允許自由飛行的飛行區(qū)域，該飛行區(qū)域可以是飛行區(qū)域在大地水平面上的豎直投影SCP_limt、也可以是三維空間區(qū)域SCP_3Dlimt。

④當(dāng)無人機(jī)在圍繞高聳結(jié)構(gòu)飛行時(shí)，判斷出自己的位置超出了SCP_limt或SCP_3Dlimt，則自動(dòng)調(diào)整飛行姿態(tài)、方向，回到允許的飛行區(qū)域內(nèi)，繼續(xù)完成巡檢工作。

⑤該方法①至③中所提及的無線信號(hào)發(fā)射源，所發(fā)射的無線信號(hào)，可以是光信號(hào)，也可以是電磁波信號(hào)。

⑥該方法②至④中所提及的SCP_limt，是指無人機(jī)進(jìn)行高聳結(jié)構(gòu)巡檢時(shí)，其安全飛行的空間范圍在大地水平面上的垂直投影范圍；該范圍可以是封閉空間、任何形狀，如三角形、四邊形、多邊形、圓形、橢圓形、五角星等，也可是半封閉、開闊形狀。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果：本發(fā)明提出了一種新型的無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)的飛行區(qū)域控制方法，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在進(jìn)行高聳結(jié)構(gòu)巡檢時(shí)飛行區(qū)域的有效控制，能夠有效防止因無人機(jī)飛離安全飛行范圍、碰撞高聳結(jié)構(gòu)周圍相關(guān)建筑、設(shè)備的問題發(fā)生。。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為一種利用5處無線信號(hào)發(fā)射源對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案示意圖

圖2是利用3處無線信號(hào)發(fā)射源對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案示意圖

圖3是利用1處無線信號(hào)發(fā)射源對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案示意圖

圖4是一種利用激光陣列對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案示意圖

圖5是一種利用激光陣列對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案示意圖

圖6是一種利用激光陣列對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

本發(fā)明提出了一種新型的無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)的飛行區(qū)域控制方法。其特點(diǎn)是利用布設(shè)于高聳結(jié)構(gòu)周圍的一個(gè)無線信號(hào)發(fā)射源陣列，發(fā)射源陣列發(fā)射位置限制信號(hào)，無人機(jī)通過接收該限制信號(hào)，自動(dòng)約束無人機(jī)的飛行區(qū)域，防止無人機(jī)失控飛離安全飛行區(qū)域、碰撞高聳結(jié)構(gòu)周圍相關(guān)建筑、設(shè)備的問題發(fā)生。下面結(jié)合附圖，介紹五種無線圍欄限位的無人機(jī)高結(jié)構(gòu)巡檢系統(tǒng)。

實(shí)施例1

實(shí)施方案一：一種利用5處無線信號(hào)發(fā)射源對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案（圖1）

（1）在待巡檢的通信鐵塔周圍一定范圍內(nèi)，布設(shè)5處無線信號(hào)發(fā)射源S¹、S²、S³、S⁴和S⁵，通過天線分別發(fā)射攜帶有自身位置信息SS¹、SS² 、SS³、 SS⁴ 和SS⁵的443MHz民用頻段無線電信號(hào)。

（2）無人機(jī)放置于通信鐵塔周圍，起飛后，安裝于無人機(jī)上的無線電信號(hào)接收裝置RCVER通過接收無線電信號(hào)SS¹、SS² 、SS³、 SS⁴ 和SS⁵，自動(dòng)計(jì)算出無人機(jī)允許飛行的大地水平面二維飛行范圍SCP_limt，并反饋至無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)。

（3）當(dāng)無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)已經(jīng)偏離、或者將要分離允許飛行的大地水平面二維飛行范圍SCP_limt，則自動(dòng)調(diào)整飛行姿態(tài)、方向，回到允許的飛行范圍SCP_limt內(nèi)，繼續(xù)完成巡檢工作。

實(shí)施例2

一種利用3處無線信號(hào)發(fā)射源對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案（圖2）

（1）在待巡檢的通信鐵塔周圍一定范圍內(nèi)，布設(shè)3處無線信號(hào)發(fā)射源S¹、S²和S³，通過天線分別發(fā)射攜帶有自身位置信息SS¹、SS²和SS³的443MHz民用頻段無線電信號(hào)。

（2）無人機(jī)放置于通信鐵塔周圍，起飛后，安裝于無人機(jī)上的無線電信號(hào)接收裝置RCVER通過接收無線電信號(hào)SS¹、SS² 和SS³，自動(dòng)計(jì)算出無人機(jī)允許飛行的大地水平面二維飛行范圍SCP_limt，并反饋至無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)。其中，SCP_limt是一個(gè)以S²的放置位置為原點(diǎn)、S¹S²和S¹S³為邊的扇形區(qū)域。

（3）當(dāng)無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)已經(jīng)偏離、或者將要分離允許飛行的大地水平面二維飛行范圍SCP_limt，則自動(dòng)調(diào)整飛行姿態(tài)、方向，回到允許的飛行范圍SCP_limt內(nèi)，繼續(xù)完成巡檢工作。

實(shí)施例3

一種利用1處無線信號(hào)發(fā)射源對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案（圖3）

（1）在待巡檢的通信鐵塔周圍一定范圍內(nèi)，布設(shè)1處無線信號(hào)發(fā)射源S¹，通過天線分別發(fā)射攜帶有自身位置信息和飛行區(qū)域限制參量（R_min，R_max，H_max ，H_min）（國(guó)際單位：米）的443MHz民用頻段無線電信號(hào)（SS¹，R_min，R_max，H_max ，H_min）。其中（R_min，R_max，H_max ，H_min）確定了無人機(jī)允許自主飛行的飛行區(qū)域SCP_3Dlimt。

（2）無人機(jī)放置于通信鐵塔周圍，起飛后，安裝于無人機(jī)上的無線電信號(hào)接收裝置RCVER通過接收無線電信號(hào)SS¹，無人機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算自身位置在大地水平面豎直投影的坐標(biāo)(xx,yy)與無線信號(hào)發(fā)射源S¹所在位置在打底水平面豎直投影的坐標(biāo)(x,y)之間的距離L；同時(shí)計(jì)算出自身飛行的海拔高度h。

（3）無人機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算ΔL_min=L-R_min、ΔL_max=L-R_max，Δh_min=h-H_min、Δh_max=h- H_max等四個(gè)絕對(duì)差值；當(dāng)出現(xiàn)ΔL_min≤0、ΔL_max≥0、Δh_min≤0、Δh_max ≥0等情況之一時(shí)，說明無人機(jī)已經(jīng)偏離、或者將要分離允許飛行的區(qū)域SCP_3Dlimt，則自動(dòng)調(diào)整飛行姿態(tài)、方向，回到允許的飛行范圍SCP_3Dlimt內(nèi)，繼續(xù)完成巡檢工作。

實(shí)施例4

一種利用激光陣列對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案（圖4）

利用3處無線信號(hào)發(fā)射源對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案

（1）在待巡檢的通信鐵塔周圍一定范圍內(nèi)，布設(shè)一個(gè)由N個(gè)激光發(fā)射源組成的激光發(fā)射陣列S¹、S²、………..、S^N。設(shè)備布設(shè)好后，開啟激光陣列，激光點(diǎn)陣垂直于地面、向天空連續(xù)發(fā)射一定波長(zhǎng)λ的激光。

（2）激光陣列兩個(gè)激光單元之間的最小距離為D_max；該激光陣列所圍成的封閉區(qū)間構(gòu)成了無人機(jī)允許飛行的大地水平面二維飛行范圍SCP_limt。

（3）無人機(jī)下面吊裝有一個(gè)激光信號(hào)接收裝置，該激光信號(hào)接收裝置可以接收波長(zhǎng)為λ的激光信號(hào)。

（4）無人機(jī)起飛后，吊裝于其下的激光信號(hào)接收裝置的激光信號(hào)接收面在大地水平面上的投影幾何形狀最窄處的垂直距離Lmin，與D_max之間的關(guān)系為，Lmin不小于D_max。

（5）無人機(jī)起飛前，放置于鐵塔附近、SCP_limt的范圍內(nèi)；起飛后，當(dāng)激光信號(hào)接收裝置接收到波長(zhǎng)為λ的激光信號(hào)后，說明無人機(jī)已經(jīng)偏離、或者將要分離允許飛行的大地水平面二維飛行范圍SCP_limt，激光信號(hào)接收裝置將該信息反饋至無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，飛行控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整飛行姿態(tài)、方向，回到允許的飛行范圍SCP_limt內(nèi)，繼續(xù)完成巡檢工作。

實(shí)施例5

一種利用激光陣列對(duì)無人機(jī)巡檢高聳結(jié)構(gòu)時(shí)進(jìn)行飛行區(qū)域控制的實(shí)施方案（圖5）（圖6）

（1）在待巡檢的通信鐵塔周圍一定范圍內(nèi)，布設(shè)兩個(gè)由N個(gè)激光發(fā)射源組成的激光發(fā)射陣列S¹、S²、………..、S^N。設(shè)備布設(shè)好后，開啟激光陣列，激光點(diǎn)陣垂直于地面、向天空連續(xù)發(fā)射一定波長(zhǎng)λ的激光。

（2）同一個(gè)激光陣列內(nèi)、兩個(gè)激光單元之間的最小距離為D_max；兩個(gè)激光陣列發(fā)射的激光束分別形成了一個(gè)梯形圓柱形，兩個(gè)梯形圓柱、與鐵塔基座海拔高度上的水平面、鐵塔高度加上一定容易量后的海拔高度的水平面，組成的一個(gè)封閉的梯形空心圓柱，構(gòu)成了無人機(jī)允許飛行的三維空間SCP_3Dlimt（附圖4），SCP_3Dlimt在大地水平面上的豎直投影為SCP_limt。

（3）無人機(jī)下面吊裝有一個(gè)激光信號(hào)接收裝置，該激光信號(hào)接收裝置可以接收波長(zhǎng)為λ的激光信號(hào)。

（4）無人機(jī)起飛后，吊裝于其下的激光信號(hào)接收裝置的激光信號(hào)接收面在大地水平面上的投影幾何形狀最窄處的垂直距離Lmin應(yīng)能夠滿足，無人機(jī)接觸到激光點(diǎn)陣發(fā)射的激光束形成的梯形圓柱形時(shí)，能夠正常接收到該至少一個(gè)激光點(diǎn)陣發(fā)射出的激光。

（5）兩個(gè)激光陣列發(fā)射出的激光束所形成的梯形圓柱形任意兩點(diǎn)之間的最短間距R_min，應(yīng)大于L_min；R_min應(yīng)能滿足無人機(jī)進(jìn)行巡檢時(shí)的姿態(tài)調(diào)整、飛行方向調(diào)整等要求。

（6）無人機(jī)起飛前，放置于SCP_3Dlimt的范圍內(nèi)；起飛后，當(dāng)激光信號(hào)接收裝置接收到波長(zhǎng)為λ的激光信號(hào)后，說明無人機(jī)已經(jīng)偏離、或者將要分離允許飛行的飛行范圍SCP_3Dlimt，激光信號(hào)接收裝置將該信息反饋至無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，飛行控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整飛行姿態(tài)、方向，回到允許的飛行范圍SCP_3Dlimt內(nèi)，繼續(xù)完成巡檢工作。

（7）可以通過調(diào)整兩個(gè)激光陣列的激光源的發(fā)射角度δ和β（單位：弧度或度），去控制SCP_3Dlimt的大小。

以上所述僅是本發(fā)明的五個(gè)具體實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。