论文部分内容阅读
高压输电线路常年暴露在野外,恶劣天气、鸟类筑巢、人造垃圾等因素都会对输电线路造成破坏或形成安全隐患,传统人工电力巡检的安全性和工作效率已经达不到要求,所以电力巡检亟需更好的方法。多旋翼无人机具有原地起降和空中悬停的特性,可以很好地满足电力巡检的要求。四旋翼无人机在进行电力巡检时,需要具有高精度的姿态解算、一定的抗干扰能力、较高的自主性,同时能够对巡检图像进行处理,判定输电线路是否存在问题。本文使用姿态解算算法对惯性导航器件的数据进行融合滤波,使用卡尔曼算法消除气压计噪声、提高GPS精度,设计四旋翼无人机的自主电力巡检流程,以及巡检过程中的图像处理,具体内容如下:(1)本文使用Mahony算法和梯度下降法分别对惯性导航器件的数据进行融合,对比两种算法的解算结果,采用效果更好的梯度下降法进行姿态解算。使用串级PID-ADRC(自抗扰控制)控制器控制无人机姿态,角度控制采用PID控制器,角速度控制采用ADRC控制器,增强巡检无人机的抗风能力。(2)本文使用卡尔曼滤波算法进行无人机的位置数据融合,其中气压计的高度、GPS的位置和速度作为观测量,由加速度计得到的位置和速度作为状态量,使用卡尔曼滤波算法融合状态量和观测量的数据。本文从自主起飞、航线飞行、自动返航降落等方面进行研究和设计,实现了无人机电力巡检的自主性,。(3)本文针对绝缘子串自爆、破损的问题,利用图像处理技术对航拍图像进行处理,对已有的最大类间方差法做出了改进,减小计算量,提高阈值分割速度,并设计基于像素点的检测方法对缺陷绝缘子进行检测和定位。针对输电线路存在异物的问题,利用Hough变换对航拍图像中的输电线路进行特征提取,通过仿射变换旋转图像并实现异物的检测与定位。最后,在搭建的四旋翼无人机平台上验证上述研究方案,实验数据显示姿态解算结果精确度高、姿态控制器抗干扰能力强、高度与水平位置估计精度高、绝缘子破损与输电线路异物检测定位准确。