本發(fā)明涉及無人機應(yīng)用領(lǐng)域，涉及新型的無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時的飛行區(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)動機塔、排氣塔、水塔、煙囪等；郵電、交通、運輸?shù)炔块T的電信塔、導(dǎo)航塔、航空指揮塔、雷達塔、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)危險系數(shù)高。因此，逐漸出現(xiàn)了采用無人機吊裝攝像頭，對高聳結(jié)構(gòu)進行外觀巡檢。隨著，工業(yè)化、城市化的發(fā)展，高聳結(jié)構(gòu)空間周圍可能同時存在高聳結(jié)構(gòu)、高大建筑物或者高壓線徑路等，無人機巡檢時一但失控，可能會發(fā)生無人機撞碰附近設(shè)備，造成嚴重后果。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種新型的無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時的飛行區(qū)域控制方法。其特點是利用布設(shè)于高聳結(jié)構(gòu)周圍的一個無線信號發(fā)射源陣列，發(fā)射源陣列發(fā)射位置限制信號，無人機通過接收該限制信號，自動約束無人機的飛行區(qū)域。，確保無人機在圍繞高聳結(jié)構(gòu)進行巡檢飛行的時候，防止無人機失控，飛離安全飛行區(qū)域，造成無人機撞碰附近設(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，……,+∞）的無線信號發(fā)射源S^q (q=1,2,……,N)，形成無線信號發(fā)射陣列S_N。

②每一個無線信號發(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SS ^q，形成無線信號陣列SS_N。

③無人機在圍繞高聳結(jié)構(gòu)飛行時，不斷地接收來自于S_N發(fā)送的位置限制信號SS ^q（q=1,2,……,N），自動計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)無人機在圍繞高聳結(jié)構(gòu)飛行時，判斷出自己的位置超出了SCP_limt或SCP_3Dlimt，則自動調(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發(fā)射源，所發(fā)射的無線信號，可以是光信號，也可以是電磁波信號。

⑥該方法②至④中所提及的SCP_limt，是指無人機進行高聳結(jié)構(gòu)巡檢時，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巡檢高聳結(jié)構(gòu)時的飛行區(qū)域控制方法，可以實現(xiàn)無人機在進行高聳結(jié)構(gòu)巡檢時飛行區(qū)域的有效控制，能夠有效防止因無人機飛離安全飛行范圍、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)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1為一種利用5處無線信號發(fā)射源對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案示意圖

圖2是利用3處無線信號發(fā)射源對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案示意圖

圖3是利用1處無線信號發(fā)射源對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案示意圖

圖4是一種利用激光陣列對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案示意圖

圖5是一種利用激光陣列對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案示意圖

圖6是一種利用激光陣列對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案示意圖

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步說明。

實施例1

本發(fā)明提出了一種新型的無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時的飛行區(qū)域控制方法。其特點是利用布設(shè)于高聳結(jié)構(gòu)周圍的一個無線信號發(fā)射源陣列，發(fā)射源陣列發(fā)射位置限制信號，無人機通過接收該限制信號，自動約束無人機的飛行區(qū)域，防止無人機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高結(jié)構(gòu)巡檢系統(tǒng)。

實施例1

實施方案一：一種利用5處無線信號發(fā)射源對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案（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。

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

（3）當(dāng)無人機飛行控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，無人機已經(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。

實施例2

一種利用3處無線信號發(fā)射源對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案（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。

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

（3）當(dāng)無人機飛行控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，無人機已經(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。

實施例3

一種利用1處無線信號發(fā)射源對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案（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）（國際單位：米）的443MHz民用頻段無線電信號（SS¹，R_min，R_max，H_max ，H_min）。其中（R_min，R_max，H_max ，H_min）確定了無人機允許自主飛行的飛行區(qū)域SCP_3Dlimt。

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

（3）無人機控制系統(tǒng)實時計算ΔL_min=L-R_min、ΔL_max=L-R_max，Δh_min=h-H_min、Δh_max=h- H_max等四個絕對差值；當(dāng)出現(xiàn)ΔL_min≤0、ΔL_max≥0、Δh_min≤0、Δh_max ≥0等情況之一時，說明無人機已經(jīng)偏離、或者將要分離允許飛行的區(qū)域SCP_3Dlimt，則自動調(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。

實施例4

一種利用激光陣列對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案（圖4）

利用3處無線信號發(fā)射源對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案

（1）在待巡檢的通信鐵塔周圍一定范圍內(nèi)，布設(shè)一個由N個激光發(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，激光點陣垂直于地面、向天空連續(xù)發(fā)射一定波長λ的激光。

（2）激光陣列兩個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)成了無人機允許飛行的大地水平面二維飛行范圍SCP_limt。

（3）無人機下面吊裝有一個激光信號接收裝置，該激光信號接收裝置可以接收波長為λ的激光信號。

（4）無人機起飛后，吊裝于其下的激光信號接收裝置的激光信號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)激光信號接收裝置接收到波長為λ的激光信號后，說明無人機已經(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，激光信號接收裝置將該信息反饋至無人機飛行控制系統(tǒng)，飛行控制系統(tǒng)自動調(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。

實施例5

一種利用激光陣列對無人機巡檢高聳結(jié)構(gòu)時進行飛行區(qū)域控制的實施方案（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)兩個由N個激光發(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，激光點陣垂直于地面、向天空連續(xù)發(fā)射一定波長λ的激光。

（2）同一個激光陣列內(nèi)、兩個激光單元之間的最小距離為D_max；兩個激光陣列發(fā)射的激光束分別形成了一個梯形圓柱形，兩個梯形圓柱、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，組成的一個封閉的梯形空心圓柱，構(gòu)成了無人機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）無人機下面吊裝有一個激光信號接收裝置，該激光信號接收裝置可以接收波長為λ的激光信號。

（4）無人機起飛后，吊裝于其下的激光信號接收裝置的激光信號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，無人機接觸到激光點陣發(fā)射的激光束形成的梯形圓柱形時，能夠正常接收到該至少一個激光點陣發(fā)射出的激光。

（5）兩個激光陣列發(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)能滿足無人機進行巡檢時的姿態(tài)調(diào)整、飛行方向調(diào)整等要求。

（6）無人機起飛前，放置于SCP_3Dlimt的范圍內(nèi)；起飛后，當(dāng)激光信號接收裝置接收到波長為λ的激光信號后，說明無人機已經(jīng)偏離、或者將要分離允許飛行的飛行范圍SCP_3Dlimt，激光信號接收裝置將該信息反饋至無人機飛行控制系統(tǒng)，飛行控制系統(tǒng)自動調(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)明的五個具體實施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(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和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護范圍。