CN116093871A - 一种无人机除冰系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种无人机除冰系统、控制方法、电子设备以及存储介质。该系统包括除冰无人机及指挥控制系统，其中：所述除冰无人机包括无人机平台、除冰发射模块、视觉引导模块，用于接收所述指挥控制系统的控制信号以引导所述除冰无人机飞行至预设位置，并基于除冰弹完成对结冰电缆的机械除冰；所述指挥控制系统包括指挥控制软件及地面控制站，所述指挥控制系统用于接收所述除冰无人机发送姿态信息及其与所述结冰电缆的相对位置生成控制信号。本公开采用无人机为载体，机动灵活接近复杂环境下的各类高度输电线路，通过投弹式机械除冰法除冰，具有自动精确定位、安全性高、除冰效率高、使用成本低、可重复利用、运输便利机动等优点。

Description

一种无人机除冰系统及控制方法

技术领域

本公开涉及无人机应用、电力检修领域，具体而言，涉及一种无人机除冰系统、控制方法、电子设备以及计算机可读存储介质。

背景技术

电缆结冰，增加电缆的重量，增大受风阻力，可造成杆塔倒坍、导线接地、断线、短路等不容易恢复的严重故障。电力输电线路覆冰会在一定程度上增加线路的重量、湿度影响线路的空气绝缘效果，并将导致各种事故，对电网的正常运转和人民生活带来了极大不便，工作人员的除冰维护过程也存在高难度、高风险的问题。

输电线路覆冰的危害主要有以下几点：

1.增加杆塔的负担。电力输电线路覆冰如果不能及时发现并处理，会导致覆冰的厚度增加，导线的重量增加。我国的高压、特高压输电线路都是通过大型的电力铁塔进行架设和输送的，铁塔的强度要能够承受住电力线路的重量，并有一定的余度。但是如果导线的重量因为覆冰的原因不断增加，那么将会突破铁塔的承受能力，最终导致铁塔或者导线断裂。

2.不均匀覆冰或不同期脱冰事故。如果线路中覆冰的程度不同或者在脱冰作业处理中不同期脱冰容易使整条线路产生的拉力不同，覆冰薄或者脱冰处理及时的线路拉力小，而覆冰厚脱冰处理晚的线路拉力则会很大，这样容易使线路上的金具或者绝缘子发生损坏，并且使导线电气间隙减小，发生闪络，也有可能破坏杆塔。

3.导致覆冰导线舞动。不均匀的覆冰或者冰、风负载的作用会使导线产生自激振荡，尤其是高压塔杆上的线路。由于高压线路本身线体裸露要靠空气绝缘，所以电压越高的线路架设的高度就会越高。同时所承受的风力就会越大，当线路覆冰时，产生的震荡运动也就会更加强烈。这种震荡容易造成塔杆金具损坏、导线断裂甚至会使塔杆发生倒塌，造成严重的电力事故。

国内外除冰技术大概有以下几种：人工除冰、热力融冰、机械除冰、机器人除冰和自然除冰等方法。

人工除冰是通过人工巡线的方式，借助望远镜、照相机或红外传热成像仪等进行巡视，发现问题后，通过手动敲击的方式清除电缆的覆冰。人工除冰的缺点有耗时长、效率低、操作危险性高、人力成本高、除冰观测结果准确度低，并且人工除冰不容易掌握力度，力度过大亦会破坏输电线，影响用户供电，目前可使用人工除冰的地域越来越少。

热力融冰是将高压输电线电压降低，在功率一定的情况下电流变大、电缆生热，从而将覆冰融化清除，该除冰方法效果明显，效率较高，但是损耗能量大，成本相对极高，热力融冰法的不足是有很大可能会损耗输电线，且电压的变化无法做到完全不影响供电系统正常运行，并且对通信电缆无法适用。

机械除冰法是通过机械装备进行除冰，常见的有滑轮刮铲法等。大多装备需依靠大型吊车将其架设在输电线上，但受地域影响极大，在丘陵，山脉等地区均无法采用此方法。如机器人除冰法虽然提升了智能程度，但是除冰效率不高，速度慢，残留覆冰较多，对算法和图像数据传输精度要求很高，受干扰程度大，自身重量对输电线也产生一定负担，并且成本高、结构复杂、不易维修。无人机机械臂除冰法用无人机为载体，灵活性提高，但需要对每次除冰行动进行三维建模，耗时长、占用算力高；并且机械臂带动的钻头与线路直接接触，存在损坏、带电短路等危险，安全性相对人工机械除冰法降低。

因此，需要一种或多种方法解决上述问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种无人机除冰系统、控制方法、电子设备以及计算机可读存储介质，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开的一个方面，提供一种无人机除冰系统，包括除冰无人机及指挥控制系统，其中：

所述除冰无人机包括无人机平台、除冰发射模块、视觉引导模块，所述无人机平台用于接收所述指挥控制系统发送的控制信号，并基于所述控制信号将所述无人机平台搭载的所述除冰发射模块、视觉引导模块飞行至预设位置，所述除冰发射模块用于发射除冰弹以完成对结冰电缆的除冰处理，所述视觉引导模块用于识别所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置，并将所述相对位置通过所述无人机平台发送至指挥控制系统；

所述指挥控制系统包括指挥控制软件及地面控制站，所述指挥控制软件用于基于所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置及所述无人机平台的姿态信息生成控制信号，所述地面控制站用于与所述无人机平台通讯，接收所述无人机平台发送的所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置及所述无人机平台的姿态信息，并将所述指挥控制系统生成的控制信号发送至无人机平台。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统的除冰无人机的无人机平台还包括动力机架、飞控模块、动力模块、电源模块、机载数传图传模块、RTK移动站、遥控器，其中：

所述机载数传图传模块、RTK移动站用于分别与所述指挥控制系统的地面控制站的地面数传图传模块、RTK基准站通讯，完成所述无人机平台与地面控制站的通讯。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统的除冰无人机的除冰发射模块还包括气动发射装置、挂载触发装置、除冰弹，其中：

所述气动发射装置用于基于气动动力将所述除冰弹发射；

所述挂载触发装置用于通过所述无人机平台接收所述指挥控制系统发送的除冰指令，并基于所述除冰指令使能所述气动发射装置；

所述除冰弹用于与所述结冰电缆发生碰撞以完成对所述结冰电缆的机械式除冰。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统的除冰无人机的视觉引导模块还包括可见光摄像模块、红外摄像模块、毫米波雷达、图像处理软件、运动控制软件，所述视觉引导模块用于基于所述光摄像模块、红外摄像模块、毫米波雷达检测所述结冰电缆，并基于所述图像处理软件、运动控制软件识别所述结冰电缆，生成所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系统的指挥控制系统的地面控制站还包括地面数传图传模块、工控机、RTK基准站，所述地面数传图传模块、RTK基准站用于分别与所述除冰无人机的无人机平台的机载数传图传模块、RTK移动站的通讯，完成所述无人机平台与地面控制站的通讯。

在本公开的一个方面，提供一种无人机除冰方法，包括：

除冰无人机基于指挥控制系统的人工操作指令完成指令制导飞行，将所述除冰无人机飞行距所述结冰电缆小于第一预设距离的位置；

基于所述除冰无人机的视觉引导模块检测并识别所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置，基于所述相对位置生成控制信号，完成所述除冰无人机的视觉制导飞行，将所述除冰无人机飞行距所述结冰电缆小于第二预设距离、高度距于距所述结冰电缆小于预设高度的位置；

挂载触发装置基于所述控制信号使能所述气动发射装置发射除冰弹，完成对结冰电缆的除冰处理。

在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

基于所述除冰无人机的视觉引导模块对所述结冰电缆的图像跟踪，实现对所述除冰无人机的横向平面的运动控制、纵向平面的运动控制及姿态控制，实现对所述除冰无人机的视觉制导飞行。

在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

完成所述除冰无人机的视觉制导飞行后，当所述除冰无人机与所述结冰电缆的相对速度小于预设速度时，挂载触发装置基于所述控制信号使能所述气动发射装置发射除冰弹，完成对结冰电缆的除冰处理。

在本公开的一个方面，提供一种电子设备，包括：

处理器；以及

存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现根据上述任意一项所述的方法。

在本公开的一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据上述任意一项所述的方法。

本公开的示例性实施例中的一种无人机除冰系统，该系统包括除冰无人机及指挥控制系统，其中：所述除冰无人机包括无人机平台、除冰发射模块、视觉引导模块，用于接收所述指挥控制系统的控制信号以引导所述除冰无人机飞行至预设位置，并基于除冰弹完成对结冰电缆的机械除冰；所述指挥控制系统包括指挥控制软件及地面控制站，所述指挥控制系统用于接收所述除冰无人机发送姿态信息及其与所述结冰电缆的相对位置生成控制信号。本公开采用无人机为载体，机动灵活接近复杂环境下的各类高度输电线路，通过投弹式机械除冰法除冰，具有自动精确定位、安全性高、除冰效率高、使用成本低、可重复利用、运输便利机动等优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示出了根据本公开一示例性实施例的一种无人机除冰系统的示意框图；

图2示出了根据本公开一示例性实施例的一种无人机除冰方法的流程图；

图3A-3B示出了根据本公开一示例性实施例的一种无人机除冰方法的横向平面、纵向平面控制示意图；

图4示出了根据本公开一示例性实施例的一种无人机除冰方法的坐标变换逻辑图；

图5A-5B示出了根据本公开一示例性实施例的一种无人机除冰方法的坐标变换示意图；

图6示出了根据本公开一示例性实施例的一种无人机除冰方法的跟踪视野示意图；

图7示出了根据本公开一示例性实施例一种无人机除冰系统的视觉制导飞行逻辑图；

图8示意性示出了根据本公开一示例性实施例的电子设备的框图；

图9示意性示出了根据本公开一示例性实施例的计算机可读存储介质的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

在本示例实施例中，首先提供了一种无人机除冰系统；参考图1中所示，该一种无人机除冰系统包括除冰无人机及指挥控制系统，其中：

所述除冰无人机包括无人机平台、除冰发射模块、视觉引导模块，所述无人机平台用于接收所述指挥控制系统发送的控制信号，并基于所述控制信号将所述无人机平台搭载的所述除冰发射模块、视觉引导模块飞行至预设位置，所述除冰发射模块用于发射除冰弹以完成对结冰电缆的除冰处理，所述视觉引导模块用于识别所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置，并将所述相对位置通过所述无人机平台发送至指挥控制系统；

所述指挥控制系统包括指挥控制软件及地面控制站，所述指挥控制软件用于基于所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置及所述无人机平台的姿态信息生成控制信号，所述地面控制站用于与所述无人机平台通讯，接收所述无人机平台发送的所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置及所述无人机平台的姿态信息，并将所述指挥控制系统生成的控制信号发送至无人机平台。

本公开的示例性实施例中的一种无人机除冰系统，该系统包括除冰无人机及指挥控制系统，其中：所述除冰无人机包括无人机平台、除冰发射模块、视觉引导模块，用于接收所述指挥控制系统的控制信号以引导所述除冰无人机飞行至预设位置，并基于除冰弹完成对结冰电缆的机械除冰；所述指挥控制系统包括指挥控制软件及地面控制站，所述指挥控制系统用于接收所述除冰无人机发送姿态信息及其与所述结冰电缆的相对位置生成控制信号。本公开采用无人机为载体，机动灵活接近复杂环境下的各类高度输电线路，通过投弹式机械除冰法除冰，具有自动精确定位、安全性高、除冰效率高、使用成本低、可重复利用、运输便利机动等优点。

所述无人机除冰系统包括除冰无人机及指挥控制系统，其中：

所述除冰无人机包括无人机平台、除冰发射模块、视觉引导模块，所述无人机平台用于接收所述指挥控制系统发送的控制信号，并基于所述控制信号将所述无人机平台搭载的所述除冰发射模块、视觉引导模块飞行至预设位置，所述除冰发射模块用于发射除冰弹以完成对结冰电缆的除冰处理，所述视觉引导模块用于识别所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置，并将所述相对位置通过所述无人机平台发送至指挥控制系统；

所述指挥控制系统包括指挥控制软件及地面控制站，所述指挥控制软件用于基于所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置及所述无人机平台的姿态信息生成控制信号，所述地面控制站用于与所述无人机平台通讯，接收所述无人机平台发送的所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置及所述无人机平台的姿态信息，并将所述指挥控制系统生成的控制信号发送至无人机平台。

在本示例的实施例中，所述系统的除冰无人机的无人机平台还包括动力机架、飞控模块、动力模块、电源模块、机载数传图传模块、RTK移动站、遥控器，其中：

所述机载数传图传模块、RTK移动站用于分别与所述指挥控制系统的地面控制站的地面数传图传模块、RTK基准站通讯，完成所述无人机平台与地面控制站的通讯。

在本示例的实施例中，所述系统的除冰无人机的除冰发射模块还包括气动发射装置、挂载触发装置、除冰弹，其中：

所述气动发射装置用于基于气动动力将所述除冰弹发射；

所述挂载触发装置用于通过所述无人机平台接收所述指挥控制系统发送的除冰指令，并基于所述除冰指令使能所述气动发射装置；

所述除冰弹用于与所述结冰电缆发生碰撞以完成对所述结冰电缆的机械式除冰。

在本示例的实施例中，所述系统的除冰无人机的视觉引导模块还包括可见光摄像模块、红外摄像模块、毫米波雷达、图像处理软件、运动控制软件，所述视觉引导模块用于基于所述光摄像模块、红外摄像模块、毫米波雷达检测所述结冰电缆，并基于所述图像处理软件、运动控制软件识别所述结冰电缆，生成所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置。

在本示例的实施例中，所述系统的指挥控制系统的地面控制站还包括地面数传图传模块、工控机、RTK基准站，所述地面数传图传模块、RTK基准站用于分别与所述除冰无人机的无人机平台的机载数传图传模块、RTK移动站的通讯，完成所述无人机平台与地面控制站的通讯。

在本示例的实施例中，除冰无人机由无人机平台、除冰发射模块与视觉引导模块组成。

在本示例的实施例中，无人机平台为无人机提供电源及动力，对无人机进行精准的飞行控制。图传数传模块与RTK移动站分别与指挥控制系统的图传数传模块与RTK基准站进行远程无线通信连接，完成信息传输功能。通过遥控器也可对除冰无人机进行手动操作。

在本示例的实施例中，除冰发射模块包含气动发射装置、挂载出发装置及两发除冰弹，提供足够动能平抛发射。此模块应用应急安防低空投送技术，通过地面实时多元信息感知、数据融合形成目标时空信息，结合飞行平台上传感器的高精度信息获取，精确导引和控制飞行平台与目标的时空闭合，安全释放有效载荷。涵盖了投送轨道设计与修正技术、视觉导引投送技术，实现多种有效载荷对空、对地的快速、精确、高效投送。

在本示例的实施例中，视觉引导模块通过可见光与红外摄像头达到复杂环境下全天候目标观测功能，通过毫米波雷达进行激光测距与瞄准，通过图像控制软件对目标进行识别与监测。此模块将目标信息传递至指挥控制系统后，获取指挥控制系统反馈的除冰指令，由运动控制软件采用机械除冰法，对覆冰输电线路进行物理击打，从而击落碎冰。

在本示例的实施例中，指挥控制系统具备GPS定位、5G实时通信与图像传输功能，通过应用无人机飞行控制与路径规划技术、机器视觉技术、深度学习人工智能技术、平滑交班控制技术，实现稳定飞行、精确锁定与自主打击目标的功能。在地面控制站开发无人机飞行控制算法，实现了无人机的自主稳定飞行；根据目标位置，规划无人机飞行航迹，以最优路径快速接近目标。

在本示例的实施例中，除冰无人机在飞行过程中通过视觉引导装置将图像、位置等信息实时传递至指挥控制系统，指挥控制系统通过计算分析，向除冰无人机发送通信、定位、瞄准、指挥等命令，除冰无人机进行飞行、除冰弹投送发射任务并将信息回传至指挥控制系统，通过打击碰撞结冰线缆从而达到除冰效果。

下面，如图2所示，将对本示例实施例中的一种无人机除冰系统进行进一步的说明。

在步骤S210中，可以除冰无人机基于指挥控制系统的人工操作指令完成指令制导飞行，将所述除冰无人机飞行距所述结冰电缆小于第一预设距离的位置。

在步骤S220中，可以基于所述除冰无人机的视觉引导模块检测并识别所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置，基于所述相对位置生成控制信号，完成所述除冰无人机的视觉制导飞行，将所述除冰无人机飞行距所述结冰电缆小于第二预设距离、高度距于距所述结冰电缆小于预设高度的位置。

在步骤S230中，可以挂载触发装置基于所述控制信号使能所述气动发射装置发射除冰弹，完成对结冰电缆的除冰处理。

在本示例的实施例中，所述方法还包括：

基于所述除冰无人机的视觉引导模块对所述结冰电缆的图像跟踪，实现对所述除冰无人机的横向平面的运动控制、纵向平面的运动控制及姿态控制，实现对所述除冰无人机的视觉制导飞行。

在本示例的实施例中，所述方法还包括：

完成所述除冰无人机的视觉制导飞行后，当所述除冰无人机与所述结冰电缆的相对速度小于预设速度时，挂载触发装置基于所述控制信号使能所述气动发射装置发射除冰弹，完成对结冰电缆的除冰处理。

在本示例的实施例中，所述除冰无人机系统以输电线路除冰为目的，采用无人机为载体，机动灵活接近复杂环境下的各类高度输电线路，通过投弹式机械除冰法，模拟目前普遍应用的人工击打方式，发射除冰弹对覆冰输电线路进行物理击打，从而击落碎冰。具有自动精确定位、低特征处置、安全性高、除冰效率高、使用成本低、可重复利用、操作灵活、运输便利机动等优点，并且不影响输电线路正常工作、不改变线路物理性能且对操作人员和环境安全有保障。

在本示例的实施例中，无人机在飞行过程中同时存在两种类型的状态变量，一种是无人机的自身姿态状态，另一种无人机的位置状态变量。无人机通过改变自身的姿态来改变自身在空间中的位置。无人机在做滚转和俯仰运动时会产生在机体坐标系下沿X和y轴的位移，因此滚转角和俯仰角的变化会间接对无人机位置产生影响，偏航角只决定无人机机头的朝向，不会影响无人机的位置。为了保证目标在屏幕坐标系中的脱靶量尽量小的前提下，实现无人机对三维空间机动目标的跟踪，接下来要针对该问题设计带视线角控制的旋翼无人机视觉制导控制方法。定义无人机质心、目标质心、地心三点形成的平面为纵向平面，过无人机质心、目标质心与纵向平面平行的平面为横向平面。

在本示例的实施例中，如图3A所示，横向平面的运动中△u作为横向平面内的运动输入，设计控制器使得△u的期望值为0。△u的减小主要依靠航向通道控制航向角的运动来实现。偏航角的运动期望值为视线方向在横向平面内的投影与无人机与目标连线的夹角。△Ψ＝δ，δ视线方向在横向平面内的投影与无人机与目标连线的夹角，δ可通过摄像机的外参数与目标的成像平面坐标求出。

在本示例的实施例中，如图3B所示，△v和d作为纵向平面内的运动输入，设计控制器使得△v和d的期望值分别为0和5。△v的减小主要依靠油门通道控制机体坐标系z向的运动来实现；d的减小依靠俯仰通道控制机体坐标系x向的运动来实现。横滚通道无控制量输入，横滚角理论值为零，横滚通道主要微调横滚角保持姿态自稳。

△z＝d*sinη

△x＝d*cosη

η为视线方向在纵向平面内的投影与无人机与目标连线的夹角。η可通过摄像机的外参数与目标的成像平面坐标求出。

△Ψ，R(△x，0，△z)T是机体坐标系下的希望姿态和位置变化量。△Ψ，R(△x，0，△z)T为惯性坐标系下的希望姿态和位置变化量。R为机体坐标系到惯性坐标系的旋转矩阵。

在本示例的实施例中，坐标转化计算矩阵为

在本示例的实施例中，如图4所示，为坐标变换逻辑图，其中，△Ψ，R(△x，0，△z)T为发给飞控的惯性坐标系下的姿态角变化期望和位移变化期望。

在本示例的实施例中，如图5A-5B所示，坐标变换流程为，像素坐标系——成像平面坐标系——相机坐标系(机体坐标系)——惯性坐标系。

在本示例的实施例中，如图6所示，在跟踪过程中，目标距离视野中心的像素位移在x方向和y方向上均小于100个像素，小于偏差150个像素的跟踪精度要求，确保了目标始终位于视野中心附近，实现了对目标的有效跟踪。

在本示例的实施例中，无人机的识别过程分为前段的指令制导飞行和后端的视觉制导飞行。指令制导飞行主要依赖地面人工操作，使无人机远距离快速靠近目标；在接近目标100m以内，可切换为视觉制导飞行，使无人机靠近目标。

其中，指令制导过程为，指令制导飞行过程首先由操作者通过地面控制站操作跟踪装置搜索线路结冰目标，发现并确认目标后，操作者控制无人机接近目标，并且在接近目标的过程中保证航向角朝向目标，利于后续的识别过程。

如图7所示，为视觉制导飞行逻辑图，视觉制导过程为，视觉制导飞行过程中无人机云台将始终对准目标，以便实时获取目标距离信息，同时保证整个飞行过程中除冰弹瞄准目标，在距离合适时(10米以内)即可自动发射拦截目标。无人机的控制输入信息包括目标距离，云台的姿态角(方位、俯仰)以及无人机姿态角，并据此将无人机控制分解为水平面控制，高度控制以及航向角控制。

无人机水平面控制为其沿机头方向的前进运动，远距离时以最大速度接近目标，并根据云台输出的测距值及方位俯仰角计算目标的相对位置与速度。同时，在发射除冰弹时应控制目标与无人机间相对速度差在合理范围内以使除冰弹弹道相对稳定，因此在目标距离20米以内时，无人机将根据目标速度视情况进行适当减速。

高度控制会影响除冰弹的发射角度。为保持弹道的稳定性，提高拦截概率，同时避免无人机与目标相撞导致无人机发生坠机危险，将发射时云台期望俯仰角设为零，即除冰弹斜向下打出。假设在追踪的某一时刻无人机俯仰角为β₁，云台俯仰角为β₂，目标测距为d,则目标相对于云台的高度d sin(β₁+β₂)应为定值。若无人机以最大速度18.6m/s追踪目标，俯仰角为45°，拦截点取5.5m,则目标相对于云台的高度应定为

5.5×sin45°＝3.89m

在20米处该高度下云台俯仰角为

arcsin(3.89/20)＝11.2°

假设目标从20米时从其最大速度15m/s突然开始以10m/s²减速，追踪的最短用时表示为

(20×cos11.2°-3.9)+(15t-5t²)＝18.6t

解算得到最短用时t＝1.45s。

则平均角速度为

(45-11.2)/1.45＝23.31°/s

云台俯仰角速度最大为30°/s，性能满足要求。

航向角控制方面，由于云台对准目标，因此无人机航向角与云台偏航角间存在偏差，为保证无人机对大机动目标的可靠跟踪，应控制两者间偏差为零。即无人机航向角控制目标为云台偏航角为零。由于除冰弹拦截范围在10m以内，假设目标在距无人机10m处横向以10m/s²加速，1s后横向位置变化为5米，则角度变化为26.56°。平均角速度为26.56°/s，小于云台最大角速度30°/s，性能满足要求。

综合上述，该方案可对机动能力不大于0.7g的目标进行。

在本示例的实施例中，所示除冰无人机系统，采用无人机为载体，机动灵活接近复杂环境下的各类高度输电线路，通过投弹式机械除冰法，模拟目前普遍应用的人工击打方式，对覆冰输电线路进行物理击打，从而击落碎冰。具有自动精确定位、低特征处置、安全性高、除冰效率高、使用成本低、可重复利用、操作灵活、运输便利机动等优点，并且不影响输电线路正常工作、不改变线路物理性能且对操作人员和环境安全有保障。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

此外，在本公开的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述方法的电子设备。

所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施例、完全的软件实施例(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施例，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

下面参照图8来描述根据本发明的这种实施例的电子设备800。图8显示的电子设备800仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图8所示，电子设备800以通用计算设备的形式表现。电子设备800的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元810、上述至少一个存储单元820、连接不同系统组件(包括存储单元820和处理单元810)的总线830、显示单元840。

其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元810执行，使得所述处理单元810执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施例的步骤。例如，所述处理单元810可以执行如图2中所示的步骤S110至步骤S130。

存储单元820可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)8201和/或高速缓存存储单元8202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)8203。

存储单元820还可以包括具有一组(至少一个)程序模块8203的程序/实用工具8204，这样的程序模块8205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线850可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备800也可以与一个或多个外部设备870(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备800交互的设备通信，和/或与使得该电子设备800能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口850进行。并且，电子设备800还可以通过网络适配器860与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器860通过总线850与电子设备800的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备800使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施例的方法。

在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施例中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施例的步骤。

参考图9所示，描述了根据本发明的实施例的用于实现上述方法的程序产品900，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (10)

1.一种无人机除冰系统，其特征在于，所述系统包括除冰无人机及指挥控制系统，其中：

所述除冰无人机包括无人机平台、除冰发射模块、视觉引导模块，所述无人机平台用于接收所述指挥控制系统发送的控制信号，并基于所述控制信号将所述无人机平台搭载的所述除冰发射模块、视觉引导模块飞行至预设位置，所述除冰发射模块用于发射除冰弹以完成对结冰电缆的除冰处理，所述视觉引导模块用于识别所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置，并将所述相对位置通过所述无人机平台发送至指挥控制系统；

所述指挥控制系统包括指挥控制软件及地面控制站，所述指挥控制软件用于基于所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置及所述无人机平台的姿态信息生成控制信号，所述地面控制站用于与所述无人机平台通讯，接收所述无人机平台发送的所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置及所述无人机平台的姿态信息，并将所述指挥控制系统生成的控制信号发送至无人机平台。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统的除冰无人机的无人机平台还包括动力机架、飞控模块、动力模块、电源模块、机载数传图传模块、RTK移动站、遥控器，其中：

所述机载数传图传模块、RTK移动站用于分别与所述指挥控制系统的地面控制站的地面数传图传模块、RTK基准站通讯，完成所述无人机平台与地面控制站的通讯。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统的除冰无人机的除冰发射模块还包括气动发射装置、挂载触发装置、除冰弹，其中：

所述气动发射装置用于基于气动动力将所述除冰弹发射；

所述挂载触发装置用于通过所述无人机平台接收所述指挥控制系统发送的除冰指令，并基于所述除冰指令使能所述气动发射装置；

所述除冰弹用于与所述结冰电缆发生碰撞以完成对所述结冰电缆的机械式除冰。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统的除冰无人机的视觉引导模块还包括可见光摄像模块、红外摄像模块、毫米波雷达、图像处理软件、运动控制软件，所述视觉引导模块用于基于所述光摄像模块、红外摄像模块、毫米波雷达检测所述结冰电缆，并基于所述图像处理软件、运动控制软件识别所述结冰电缆，生成所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统的指挥控制系统的地面控制站还包括地面数传图传模块、工控机、RTK基准站，所述地面数传图传模块、RTK基准站用于分别与所述除冰无人机的无人机平台的机载数传图传模块、RTK移动站的通讯，完成所述无人机平台与地面控制站的通讯。

6.一种无人机除冰系统控制方法，其特征在于，所述方法包括：

除冰无人机基于指挥控制系统的人工操作指令完成指令制导飞行，将所述除冰无人机飞行距所述结冰电缆小于第一预设距离的位置；

基于所述除冰无人机的视觉引导模块检测并识别所述无人机平台与所述结冰电缆的相对位置，基于所述相对位置生成控制信号，完成所述除冰无人机的视觉制导飞行，将所述除冰无人机飞行距所述结冰电缆小于第二预设距离、高度距于距所述结冰电缆小于预设高度的位置；

挂载触发装置基于所述控制信号使能所述气动发射装置发射除冰弹，完成对结冰电缆的除冰处理。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于所述除冰无人机的视觉引导模块对所述结冰电缆的图像跟踪，实现对所述除冰无人机的横向平面的运动控制、纵向平面的运动控制及姿态控制，实现对所述除冰无人机的视觉制导飞行。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

完成所述除冰无人机的视觉制导飞行后，当所述除冰无人机与所述结冰电缆的相对速度小于预设速度时，挂载触发装置基于所述控制信号使能所述气动发射装置发射除冰弹，完成对结冰电缆的除冰处理。

9.一种电子设备，其特征在于，包括

处理器；以及

存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现根据权利要求6至8中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求6至8中任一项所述方法。

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