一种无人机巡检安全返航的避障方法

摘要

本发明涉及一种无人机巡检安全返航的避障方法，包括：采集图像信息以判定无人机的实际高度；根据无人机与停靠点之间的绝对距离重新调节最大飞行高度和最大飞行速度；若环境中的物体与无人机的距离小于临界安全距离，中控处理器控制无人机移动；当无人机进入停靠阶段，中控处理器控制无人机降落在停靠点。本发明通过采集无人机周边环境的图像信息，能够快速得到无人机周边的环境信息，从而使中控处理器能够根据实际情况快速得出无人机的飞行高度以及飞行速度，同时，对无人机飞行过程中会出现的障碍物进行提前预测，能够有效避免无人机与障碍物碰撞导致的无人机受到损坏或坠机的情况发生，有效提高了无人机的巡检效率。

权利要求

1.一种无人机巡检安全返航的避障方法，其特征在于，包括：步骤s1，当无人机返航时，无人机内的中控处理器控制图像采集器采集无人机正下方的图像信息，中控处理器采集图像信息中的景物特征，计算图像信息中景物特征尺寸与对应景物特征的实际尺寸的尺寸比值以判定无人机实际所处的高度；

步骤s2，所述中控处理器根据无人机的实际高度初步确定无人机的最大飞行速度，初步确定完成后，中控处理器控制信号收发器检测无人机与停靠点之间的绝对距离，根据绝对距离的实际值对无人机的最大飞行高度进行调节并重新确定无人机的最大飞行速度；

步骤s3，所述中控处理器根据所述无人机的飞行高度将无人机与周边环境的临界安全距离设置为对应值，当无人机返航时，中控处理器控制图像采集器检测环境中物体与无人机之间的距离，若环境中的物体与无人机的距离小于临界安全距离，中控处理器控制图像采集器采集无人机周边的环境状况并控制无人机向临界安全距离内没有障碍物的方向移动；

步骤s4，当所述无人机与停靠点的距离低于预设区间且所述中控处理器能够通过所述图像采集器直接观测到停靠点，中控处理器判定无人机进入停靠阶段并控制无人机降落在停靠点；

在所述步骤s1中，所述中控处理器接收到图像信息后，从图像信息中获取能够识别到的障碍物的形状特征，选取与该形状特征相似度最高的预设形状特征所属的障碍物种类作为该形状特征的障碍物种类，获取该障碍物的图像尺寸C并根据C与该障碍物所属种类物体的实际尺寸C0计算尺寸比值B，设定B=C/C0；

所述中控处理器中设有第一预设比值B1、第二预设比值B2、第一预设临界速度V1、第二预设临界速度V2和第三预设临界速度V3，其中，B1＜B2，V1＞V2＞V3；

当B≤B1时，所述中控处理器判定无人机所处的高度H位于2/3Hmax和Hmax之间并将无人机的最大飞行速度设置为第一预设临界速度V1，其中，Hmax为无人机能够达到的最大飞行高度；

当B1＜B≤B2时，所述中控处理器判定无人机所处的高度H位于1/3Hmax和2/3Hmax之间并将无人机的最大飞行速度设置为第二预设临界速度V2；

当B＞B2时，所述中控处理器判定无人机所处的高度H低于1/3Hmax并将无人机的最大飞行速度设置为第三预设临界速度V3；

当所述中控处理器完成对所述图像信息中的特征提取时，中控处理器分别根据图像信息中各障碍物的形状及颜色依次判定各障碍物的种类，并根据判定结果检测无人机所处环境以调节无人机的飞行高度或最大飞行速度；

所述中控处理器中设有第一预设种类环境A1、第二预设种类环境A2、第三预设种类环境A3、第一预设飞行高度调节系数a1、第二预设飞行高度调节系数a2和预设移速调节系数b，其中，1＜a1＜1.5，1＜a2＜1.5，0.5＜b＜1；

当所述中控处理器判定图像信息中植物特征占比最高时，中控处理器判定无人机所处环境为第一预设种类环境A1，中控处理器使用第一预设飞行高度调节系数a1对无人机的最高飞行高度进行调节；

当所述中控处理器判定图像信息中建筑特征占比最高或建筑特征占比与植物特征占比相同时，中控处理器判定无人机所处环境为第二预设种类环境A2，中控处理器使用第二预设飞行高度调节系数a2对无人机的最高飞行高度进行调节；

当所述中控处理器判定图像信息中存在人物特征时，中控处理器判定无人机所处环境为第三预设种类环境A3，中控处理器使用预设移速调节系数对无人机的最大飞行速度进行调节，并根据植物特征占比与建筑特征占比选取对应的预设飞行高度调节系数对无人机的最高飞行高度进行调节；

当所述中控处理器使用第i预设飞行高度调节系数ai对无人机的最高飞行高度进行调节时，设定i=1，2，调节后的最高飞行高度记为Hmax’，设定Hmax’=Hmax×ai；当所述中控处理器使用预设移速调节系数对无人机的最大飞行速度进行调节时，调节后的无人机的最大飞行速度记为Vj’，设定Vj’=Vj×b0，其中，j=1，2，3，b0为预设移速调节系数。

2.根据权利要求1所述的无人机巡检安全返航的避障方法，其特征在于，当无人机飞行时，所述中控处理器控制所述信号收发器实时检测无人机与停靠点之间的绝对距离D以对调节后的无人机的最大飞行高度Hmax’进行二次调节，中控处理器中还设有第一预设距离D1、第二预设距离D2、第一预设高度调节系数e1和第二预设高度调节系数e2，其中，D1＞D2，

0.5＜e2＜e1＜0.8；

当D＞D1时，所述中控处理器不对Hmax’进行二次调节；

当D2＜D≤D1时，所述中控处理器使用第一预设高度调节系数e1对Hmax’进行二次调节；

当D≤D2时，所述中控处理器使用第二预设高度调节系数e2对Hmax’进行二次调节；

当所述中控处理器使用第i预设高度调节系数ei对Hmax’进行二次调节时，设定i=1，2，二次调节后的最大飞行高度记为Hmax”，设定Hmax”=Hmax’×ei。

3.根据权利要求2所述的无人机巡检安全返航的避障方法，其特征在于，当所述无人机飞行时，所述中控处理器根据无人机的实际飞行速度v确定无人机与障碍物之间的临界安全距离；所述中控处理器中还设有第一预设飞行速度v1、第二预设飞行速度v2、所述中控处理器中设有第一预设安全距离L1、第二预设安全距离L2和第三预设安全距离L3，其中，v1＜v2，L1＜L2＜L3；

当v≤v1时，所数中控处理器将无人机与障碍物之间的临界安全距离设置为L1；

当v1＜v≤v2时，所数中控处理器将无人机与障碍物之间的临界安全距离设置为L2；

当v＞v2时，所数中控处理器将无人机与障碍物之间的临界安全距离设置为L3。

4.根据权利要求3所述的无人机巡检安全返航的避障方法，其特征在于，当所述中控处理器通过所述图像采集器检测到无人机周边有移动的障碍物时，中控处理器通过视觉检测器实时检测该移动的障碍物与无人机之间的相对移动速度V以及该移动的障碍物与无人机之间的距离L并根据V与L控制无人机继续飞行或避让；所述中控处理器中设有预设相对移动速度V0，

当所述中控处理器测得移动障碍物与无人机逐渐靠近且移动障碍物与无人机之间的相对移动速度V≤V0时，中控处理器判定障碍物与环境相对静止或障碍物与无人机沿相同方向移动，中控处理器实时检测移动障碍物与无人机之间的距离L并在L≤Li时控制无人机对障碍物进行避让，设定Li=1，2，3；

当所述中控处理器测得移动障碍物与无人机逐渐靠近且移动障碍物与无人机之间的相对移动速度V＞V0时，中控处理器判定障碍物与无人机沿相反方向移动，中控处理器根据无人机周边的环境选用对应的避让方式以控制无人机对障碍物进行避让。

5.根据权利要求4所述的无人机巡检安全返航的避障方法，其特征在于，所述避让方式包括减速、悬停、转向、上升和下降。

6.根据权利要求4所述的无人机巡检安全返航的避障方法，其特征在于，当所述无人机移动时，中控处理器根据扇叶的转速以预估无人机的预设飞行速度v0并根据图像采集器采集到的图像信息求得无人机的实际移动速度v，若v=v0，中控处理器判定无人机在无风环境下飞行；

若v＜v0，中控处理器判定无人机在逆风环境下飞行，若v＜0.5×v0，中控处理器判定无人机无法飞行并控制无人机搜寻附近的停靠点以临时停靠；

若v＞v0，中控处理器判定无人机在顺风环境下飞行，若v＞2×v0，中控处理器判定无人机无法飞行并控制无人机搜寻附近的停靠点以临时停靠。

7.根据权利要求6所述的无人机巡检安全返航的避障方法，其特征在于，当所述无人机飞行时，所数中控处理器控制湿度检测器检测无人机周边环境湿度S以判定无人机周边环境是否存在降雨，所述中控处理器中还设有预设湿度S0，当S≤S0时，中控处理器判定无人机周边环境为未降雨环境；

当S＞S0时，中控处理器判定无人机周边环境为降雨环境，若S＞2×S0，中控处理器判定无人机周边环境为暴雨环境，中控处理器判定无人机无法飞行并控制无人机搜寻附近的停靠点以临时停靠。

8.根据权利要求6所述的无人机巡检安全返航的避障方法，其特征在于，当所述中控处理器控制无人机进行避让时，中控处理器控制无人机悬停并控制所述视觉检测器检测无人机周边的障碍物信息，若水平方向上有一个方向不存在障碍物，中控处理器控制无人机沿该方向水平移动以对障碍物进行避让，若水平方向均存在障碍物，中控处理器控制无人机垂直上升或下降以对障碍物进行避让。

说明书

一种无人机巡检安全返航的避障方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无人机控制技术领域，尤其涉及一种无人机巡检安全返航的避障方法。

背景技术

[0002] 无人驾驶飞机简称无人机，英文缩写为UAV，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人
多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。

[0003] 随着社会的发展，无人机凭借其机身小巧灵活的特点，在各类巡查监控、航拍飞播作业中被广泛使用，特别是在输电线路巡查过程中，提供了许多便利，国内的输电线路分
散、面积广，所处地形复杂，自然环境恶劣。电力线及杆塔附件长期暴露在野外，受到持续的
机械张力、雷击闪络、材料老化、人为影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀等损坏，必须及时对
其修复或更换。绝缘子还存在被雷击损伤，树木生长引起输电线放电，杆塔存在被偷窃等意
外事件，也必须及时处理。传统的人工巡检方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对山区
和跨越大江大河的输电线路的巡检，以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所
花时间长、人力成本高、困难大、风险高，所以无人机进行线路巡查是大势所趋。

[0004] 无人机在巡检过后返航的过程中受到线路、树木、塔架以及可移动障碍物的威胁，一旦无人机撞到障碍物将会造成无人机损伤甚至坠毁，若无人机触碰到输电线路将会造成
输电线路的短路、断路等情况，严重影响电力输送造成较大的经济损失，巡检效率低。

发明内容

[0005] 为此，本发明提供一种无人机巡检安全返航的避障方法，用以克服现有技术中无人机在返航时无法自动避让障碍物导致的巡检效率低的问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种无人机巡检安全返航的避障方法，包括：

[0007] 步骤s1，当无人机返航时，无人机内的中控处理器控制图像采集器采集无人机正下方的图像信息，中控处理器采集图像信息中的景物特征，计算图像信息中景物特征尺寸
与对应景物特征的实际尺寸的尺寸比值以判定无人机实际所处的高度；

[0008] 步骤s2，所述中控处理器根据无人机的实际高度初步确定无人机的最大飞行速度，初步确定完成后，中控处理器控制信号收发器检测无人机与停靠点之间的绝对距离，根
据绝对距离的实际值对无人机的最大飞行高度进行调节并重新确定无人机的最大飞行速
度；

[0009] 步骤s3，所述中控处理器根据所述无人机的飞行高度将无人机与周边环境的临界安全距离设置为对应值，当无人机返航时，中控处理器控制图像采集器检测环境中物体与
无人机之间的距离，若环境中的物体与无人机的距离小于临界安全距离，中控处理器控制
图像采集器采集无人机周边的环境状况并控制无人机向临界安全距离内没有障碍物的方
向移动；

[0010] 步骤s4，当所述无人机与停靠点的距离低于预设区间且所述中控处理器能够通过所述图像采集器直接观测到停靠点，中控处理器判定无人机进入停靠阶段并控制无人机降
落在停靠点；

[0011] 在所述步骤s1中，所述中控处理器接收到图像信息后，从图像信息中获取能够识别到的障碍物的形状特征，选取与该形状特征相似度最高的预设形状特征所属的障碍物种
类作为该形状特征的障碍物种类，获取该障碍物的图像尺寸C并根据C与该障碍物所属种类
物体的实际尺寸C0计算尺寸比值B，设定B=C/C0；

[0012] 所述中控处理器中设有第一预设比值B1、第二预设比值B2、第一预设临界速度V1、第二预设临界速度V2和第三预设临界速度V3，其中，B1＜B2，V1＞V2＞V3；

[0013] 当B≤B1时，所述中控处理器判定无人机所处的高度H位于2/3Hmax和Hmax之间并将无人机的最大飞行速度设置为第一预设临界速度V1，其中，Hmax为无人机能够达到的最
大飞行高度；

[0014] 当B1＜B≤B2时，所述中控处理器判定无人机所处的高度H位于1/3Hmax和2/3Hmax之间并将无人机的最大飞行速度设置为第二预设临界速度V2；

[0015] 当B＞B2时，所述中控处理器判定无人机所处的高度H低于1/3Hmax并将无人机的最大飞行速度设置为第三预设临界速度V3；

[0016] 进一步地，当所述中控处理器完成对所述图像信息中的特征提取时，中控处理器分别根据图像信息中各障碍物的形状及颜色依次判定各障碍物的种类，并根据判定结果检
测无人机所处环境以调节无人机的飞行高度或最大飞行速度；

[0017] 所述中控处理器中设有第一预设种类环境A1、第二预设种类环境A2、第三预设种类环境A3、第一预设飞行高度调节系数a1、第二预设飞行高度调节系数a2和预设移速调节
系数b，其中，1＜a1＜1.5，1＜a2＜1.5，0.5＜b＜1；

[0018] 当所述中控处理器判定图像信息中植物特征占比最高时，中控处理器判定无人机所处环境为第一预设种类环境A1，中控处理器使用第一预设飞行高度调节系数a1对无人机
的最高飞行高度进行调节；

[0019] 当所述中控处理器判定图像信息中建筑特征特征占比最高或建筑特征占比与植物特征占比相同时，中控处理器判定无人机所处环境为第二预设种类环境A2，中控处理器
使用第二预设飞行高度调节系数a2对无人机的最高飞行高度进行调节；

[0020] 当所述中控处理器判定图像信息中存在人物特征时，中控处理器判定无人机所处环境为第三预设种类环境A3，中控处理器使用预设移速调节系数对无人机的最大飞行速度
进行调节，并根据植物特征占比与建筑特征占比选取对应的预设飞行高度调节系数对无人
机的最高飞行高度进行调节；

[0021] 当所述中控处理器使用第i预设飞行高度调节系数ai对无人机的最高飞行高度进行调节时，设定i=1，2，调节后的最高飞行高度记为Hmax’，设定Hmax’=Hmax×ai；当所述中
控处理器使用预设移速调节系数对无人机的最大飞行速度进行调节时，调节后的无人机的
最大飞行速度记为Vj’，设定Vj’=Vj×b0，其中，j=1，2，3，b0为预设移速调节系数。

[0022] 进一步地，当无人机飞行时，所述中控处理器控制所述信号收发器实时检测无人机与停靠点之间的绝对距离D以对调节后的无人机的最大飞行高度Hmax’进行二次调节，中
控处理器中还设有第一预设距离D1、第二预设距离D2、第一预设高度调节系数e1和第二预
设高度调节系数e2，其中，D1＞D2，0.5＜e2＜e1＜0.8；

[0023] 当D＞D1时，所述中控处理器不对Hmax’进行二次调节；

[0024] 当D2＜D≤D1时，所述中控处理器使用第一预设高度调节系数e1对Hmax’进行二次调节；

[0025] 当D≤D2时，所述中控处理器使用第二预设高度调节系数e2对Hmax’进行二次调节；

[0026] 当所述中控处理器使用第i预设高度调节系数ei对Hmax’进行二次调节时，设定i=1，2，二次调节后的最大飞行高度记为Hmax”，设定Hmax”=Hmax’×ei。

[0027] 进一步地，当所述无人机飞行时，所述中控处理器根据无人机的实际飞行速度v确定无人机与障碍物之间的临界安全距离；所述中控处理器中还设有第一预设飞行速度v1、
第二预设飞行速度v2、所述中控处理器中设有第一预设安全距离L1、第二预设安全距离L2
和第三预设安全距离L3，其中，v1＜v2，L1＜L2＜L3；

[0028] 当v≤v1时，所数中控处理器将无人机与障碍物之间的临界安全距离设置为L1；

[0029] 当v1＜v≤v2时，所数中控处理器将无人机与障碍物之间的临界安全距离设置为L2；

[0030] 当v＞v2时，所数中控处理器将无人机与障碍物之间的临界安全距离设置为L3。

[0031] 进一步地，当所述中控处理器通过所述图像采集器检测到无人机周边有移动的障碍物时，中控处理器通过视觉检测器实时检测该移动的障碍物与无人机之间的相对移动速
度V以及该移动的障碍物与无人机之间的距离L并根据V与L控制无人机继续飞行或避让；所
述中控处理器中设有预设相对移动速度V0，

[0032] 当所述中控处理器测得移动障碍物与无人机逐渐靠近且移动障碍物与无人机之间的相对移动速度V≤V0时，中控处理器判定障碍物与环境相对静止或障碍物与无人机沿
相同方向移动，中控处理器实时检测移动障碍物与无人机之间的距离L并在L≤Li时控制无
人机对障碍物进行避让，设定Li=1，2，3；

[0033] 当所述中控处理器测得移动障碍物与无人机逐渐靠近且移动障碍物与无人机之间的相对移动速度V＞V0时，中控处理器判定障碍物与无人机沿相反方向移动，中控处理器
根据无人机周边的环境选用对应的避让方式以控制无人机对障碍物进行避让。

[0034] 进一步地，所述避让方式包括减速、悬停、转向、上升和下降。

[0035] 进一步地，当所述无人机移动时，中控处理器根据扇叶的转速以预估无人机的预设飞行速度v0并根据图像采集器采集到的图像信息求得无人机的实际移动速度v，

[0036] 若v=v0，中控处理器判定无人机在无风环境下飞行；

[0037] 若v＜v0，中控处理器判定无人机在逆风环境下飞行，若v＜0.5×v0，中控处理器判定无人机无法飞行并控制无人机搜寻附近的停靠点以临时停靠；

[0038] 若v＞v0，中控处理器判定无人机在顺风环境下飞行，若v＞2×v0，中控处理器判定无人机无法飞行并控制无人机搜寻附近的停靠点以临时停靠。

[0039] 进一步地，当所述无人机飞行时，所数中控处理器控制湿度检测器检测无人机周边环境湿度S以判定无人机周边环境是否存在降雨，所述中控处理器中还设有预设湿度S0，
当S≤S0时，中控处理器判定无人机周边环境为未降雨环境；

[0040] 当S＞S0时，中控处理器判定无人机周边环境为降雨环境，若S＞2×S0，中控处理器判定无人机周边环境为暴雨环境，中控处理器判定无人机无法飞行并控制无人机搜寻附
近的停靠点以临时停靠。

[0041] 进一步地，当所述中控处理器控制无人机进行避让时，中控处理器控制无人机悬停并控制所述视觉检测器检测无人机周边的障碍物信息，若水平方向上有一个方向不存在
障碍物，中控处理器控制无人机沿该方向水平移动以对障碍物进行避让，若水平方向均存
在障碍物，中控处理器控制无人机垂直上升或下降以对障碍物进行避让。

[0042] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过采集无人机周边环境的图像信息，能够快速得到无人机周边的环境信息，从而使中控处理器能够根据实际情况快速
得出无人机的飞行高度以及飞行速度，同时，对无人机飞行过程中会出现的障碍物进行提
前预测，能够有效避免无人机与障碍物碰撞导致的无人机受到损坏或坠机的情况发生，有
效提高了无人机的巡检效率。

[0043] 进一步地，所述中控处理器接收到图像信息后，从图像信息中获取能够识别到的障碍物的形状特征，选取与该形状特征相似度最高的预设形状特征所属的障碍物种类作为
该形状特征的障碍物种类，获取该障碍物的图像尺寸C并根据C与该障碍物所属种类物体的
实际尺寸C0计算尺寸比值B，本发明通过根据比值B快速确定无人机所处的高度，从而对无
人机的最大飞行速度进行限制，能够有效避免无人机在障碍物较少的高处飞行过慢导致的
返航耗时过高以及无人机在障碍物较多的低处飞行过快导致的与障碍物发生碰撞的情况
发生，在有效提高了无人机的使用寿命的同时，进一步提高了无人机的巡检效率。

[0044] 进一步地，当所述中控处理器完成对所述图像信息中的特征提取时，中控处理器分别根据图像信息中各障碍物的形状及颜色依次判定各障碍物的种类，并根据判定结果检
测无人机所处环境以调节无人机的飞行高度或最大飞行速度，本发明通过根据图像信息中
的植物特征占比、建筑特征占比以及是否存在人物特征以精准确定无人机所处的环境种
类，同时，通过在不同种类环境下调节无人机的飞行高度或最大飞行高度，能够有效降低无
人机与障碍物碰撞的概率，从而进一步提高了无人机的巡检效率。

[0045] 进一步地，所述中控处理器控制所述信号收发器实时检测无人机与停靠点之间的绝对距离D以对调节后的无人机的最大飞行高度Hmax’进行二次调节，本发明通过根据无人
机与停靠点之间的距离关系逐渐降低无人机的飞行速度，能够使无人机在与停靠点的距离
低于预设值时进行更加精准的飞行，在保证精准降落的同时，能够有效避免无人机飞行速
度过快导致的与障碍物发生碰撞的情况发生，进一步提高了无人机的巡检效率。

[0046] 进一步地，当所述无人机飞行时，所述中控处理器根据无人机的实际飞行速度v确定无人机与障碍物之间的临界安全距离，本发明通过根据无人机不同的飞行速度选取对应
的安全距离，能够使无人机在以不同速度飞行遇到障碍物时，均能够使中控处理器有充足
的应对时间，从而进一步避免了无人机与障碍物碰撞的情况发生，并进一步提高了无人机
的巡检效率。

[0047] 进一步地，当所述中控处理器通过所述图像采集器检测到无人机周边有移动的障碍物时，中控处理器通过视觉检测器实时检测该移动的障碍物与无人机之间的相对移动速
度V以及该移动的障碍物与无人机之间的距离L并根据V与L控制无人机继续飞行或避让，本
发明通过设置预设相对移动速度，能够使无人机遇到移动的障碍物时，对障碍物的移动路
径进行初步的分析，从而避免障碍物不与无人机相撞而无人机减速或避让导致的返航耗时
增加的情况以及无人机对障碍物不避让导致的相撞的情况发生，在进一步增加了无人机的
使用寿命的同时，进一步提高了无人机的巡检效率。

[0048] 进一步地，当所述无人机移动时，中控处理器根据扇叶的转速以预估无人机的预设飞行速度v0并根据图像采集器采集到的图像信息求得无人机的实际移动速度v，本发明
通过比对预设移速和实际移速以判定无人机是否处于有风的环境，若风速过大，中控处理
器控制无人机降落以紧急避风，从而防止风速过大将无人机损毁的情况发生，在进一步增
加了无人机的使用寿命的同时，进一步提高了无人机的巡检效率。

[0049] 进一步地，当所述无人机飞行时，所数中控处理器控制湿度检测器检测无人机周边环境湿度S以判定无人机周边环境是否存在降雨，本发明通过检测无人机周边的湿度以
判定无人机是否处于降雨环境，若降雨量过大，中控处理器控制无人机降落以紧急避雨，从
而防止雨水对无人机的内部造成损坏，在进一步增加了无人机的使用寿命的同时，进一步
提高了无人机的巡检效率。

附图说明

[0050] 图1为使用本发明所述方法的无人机的结构框图；

[0051] 图2为本发明所述无人机巡检安全返航的避障方法的流程图。

具体实施方式

[0052] 为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

[0053] 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

[0054] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而
不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不
能理解为对本发明的限制。

[0055] 此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地
连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在
本发明中的具体含义。

[0056] 请参阅图1所示，其为使用本发明所述方法的无人机的结构框图。所述无人机包括中控处理器、两个图像采集器、信号收发器和湿度检测器。其中，所述图像采集器分别设置
在无人机的底部和顶部，用以采集无人机周边环境的图像信息。所述信号收发器设置在无
人机的顶部，用以向停靠点处的基站发送信号。所述湿度检测器设置在无人机顶部，用以检
测无人机手边环境的湿度。所述中控处理器分别与图像采集器、信号收发器和湿度检测器
相连，用以接收图像采集器、信号收发器和湿度检测器测得的数据、根据数据分析出无人机
实际所处的环境并控制无人机做出相应的飞行动作。

[0057] 请参阅图2所示，其为本发明所述无人机巡检安全返航的避障方法的流程图。本发明所述无人机巡检安全返航的避障方法包括：

[0058] 步骤s1，当无人机返航时，无人机内的中控处理器控制图像采集器采集无人机正下方的图像信息，中控处理器采集图像信息中的景物特征，计算图像信息中景物特征尺寸
与对应景物特征的实际尺寸的尺寸比值以判定无人机实际所处的高度；

[0059] 步骤s2，所述中控处理器根据无人机的实际高度初步确定无人机的最大飞行速度，初步确定完成后，中控处理器控制信号收发器检测无人机与停靠点之间的绝对距离，根
据绝对距离的实际值对无人机的最大飞行高度进行调节并重新确定无人机的最大飞行速
度；

[0060] 步骤s3，所述中控处理器根据所述无人机的飞行高度将无人机与周边环境的临界安全距离设置为对应值，当无人机返航时，中控处理器控制图像采集器检测环境中物体与
无人机之间的距离，若环境中的物体与无人机的距离小于临界安全距离，中控处理器控制
图像采集器采集无人机周边的环境状况并控制无人机向临界安全距离内没有障碍物的方
向移动；

[0061] 步骤s4，当所述无人机与停靠点的距离低于预设区间且所述中控处理器能够通过所述图像采集器直接观测到停靠点，中控处理器判定无人机进入停靠阶段并控制无人机降
落在停靠点；

[0062] 在所述步骤s1中，所述中控处理器接收到图像信息后，从图像信息中获取能够识别到的障碍物的形状特征，与该形状特征相似度最高的预设形状特征所属的障碍物种类作
为该形状特征的障碍物种类，获取该障碍物的图像尺寸C并根据C与该障碍物所属种类物体
的实际尺寸C0计算尺寸比值B，设定B=C/C0；

[0063] 所述中控处理器中设有第一预设比值B1、第二预设比值B2、第一预设临界速度V1、第二预设临界速度V2和第三预设临界速度V3，其中，B1＜B2，V1＞V2＞V3；

[0064] 当B≤B1时，所述中控处理器判定无人机所处的高度H位于2/3Hmax和Hmax之间并将无人机的最大飞行速度设置为第一预设临界速度V1，其中，Hmax为无人机能够达到的最
大飞行高度；

[0065] 当B1＜B≤B2时，所述中控处理器判定无人机所处的高度H位于1/3Hmax和2/3Hmax之间并将无人机的最大飞行速度设置为第二预设临界速度V2；

[0066] 当B＞B2时，所述中控处理器判定无人机所处的高度H低于1/3Hmax并将无人机的最大飞行速度设置为第三预设临界速度V3；

[0067] 本发明通过采集无人机周边环境的图像信息，能够快速得到无人机周边的环境信息，从而使中控处理器能够根据实际情况快速得出无人机的飞行高度以及飞行速度，同时，
对无人机飞行过程中会出现的障碍物进行提前预测，能够有效避免无人机与障碍物碰撞导
致的无人机受到损坏或坠机的情况发生，有效提高了无人机的巡检效率。

[0068] 进一步地，本发明通过根据比值B快速确定无人机所处的高度，从而对无人机的最大飞行速度进行限制，能够有效避免无人机在障碍物较少的高处飞行过慢导致的返航耗时
过高以及无人机在障碍物较多的低处飞行过快导致的与障碍物发生碰撞的情况发生，在有
效提高了无人机的使用寿命的同时，进一步提高了无人机的巡检效率。

[0069] 具体而言，所述避让方式包括减速、悬停、转向、上升和下降。当所述中控处理器控制无人机进行避让时，中控处理器控制无人机悬停并控制所述视觉检测器检测无人机周边
的障碍物信息，若水平方向上有一个方向不存在障碍物，中控处理器控制无人机沿该方向
水平移动以对障碍物进行避让，若水平方向均存在障碍物，中控处理器控制无人机垂直上
升或下降以对障碍物进行避让。

[0070] 具体而言，当所述中控处理器完成对所述图像信息中的特征提取时，中控处理器分别根据图像信息中各障碍物的形状及颜色依次判定各障碍物的种类，并根据判定结果检
测无人机所处环境以调节无人机的飞行高度或最大飞行速度；

[0071] 所述中控处理器中设有第一预设种类环境A1、第二预设种类环境A2、第三预设种类环境A3、第一预设飞行高度调节系数a1、第二预设飞行高度调节系数a2和预设移速调节
系数b，其中，1＜a1＜1.5，1＜a2＜1.5，0.5＜b＜1；

[0072] 当所述中控处理器判定图像信息中植物特征占比最高时，中控处理器判定无人机所处环境为第一预设种类环境A1，中控处理器使用第一预设飞行高度调节系数a1对无人机
的最高飞行高度进行调节；

[0073] 当所述中控处理器判定图像信息中建筑特征特征占比最高或建筑特征占比与植物特征占比相同时，中控处理器判定无人机所处环境为第二预设种类环境A2，中控处理器
使用第二预设飞行高度调节系数a2对无人机的最高飞行高度进行调节；

[0074] 当所述中控处理器判定图像信息中存在人物特征时，中控处理器判定无人机所处环境为第三预设种类环境A3，中控处理器使用预设移速调节系数对无人机的最大飞行速度
进行调节，并根据植物特征占比与建筑特征占比选取对应的预设飞行高度调节系数对无人
机的最高飞行高度进行调节；

[0075] 当所述中控处理器使用第i预设飞行高度调节系数ai对无人机的最高飞行高度进行调节时，设定i=1，2，调节后的最高飞行高度记为Hmax’，设定Hmax’=Hmax×ai；当所述中
控处理器使用预设移速调节系数对无人机的最大飞行速度进行调节时，调节后的无人机的
最大飞行速度记为Vj’，设定Vj’=Vj×b0，其中，j=1，2，3，b0为预设移速调节系数。

[0076] 本发明通过根据图像信息中的植物特征占比、建筑特征占比以及是否存在人物特征以精准确定无人机所处的环境种类，同时，通过在不同种类环境下调节无人机的飞行高
度或最大飞行高度，能够有效降低无人机与障碍物碰撞的概率，从而进一步提高了无人机
的巡检效率。

[0077] 具体而言，当无人机飞行时，所述中控处理器控制所述信号收发器实时检测无人机与停靠点之间的绝对距离D以对调节后的无人机的最大飞行高度Hmax’进行二次调节，中
控处理器中还设有第一预设距离D1、第二预设距离D2、第一预设高度调节系数e1和第二预
设高度调节系数e2，其中，D1＞D2，0.5＜e2＜e1＜0.8；

[0078] 当D＞D1时，所述中控处理器不对Hmax’进行二次调节；

[0079] 当D2＜D≤D1时，所述中控处理器使用第一预设高度调节系数e1对Hmax’进行二次调节；

[0080] 当D≤D2时，所述中控处理器使用第二预设高度调节系数e2对Hmax’进行二次调节；

[0081] 当所述中控处理器使用第i预设高度调节系数ei对Hmax’进行二次调节时，设定i=1，2，二次调节后的最大飞行高度记为Hmax”，设定Hmax”=Hmax’×ei。

[0082] 本发明通过根据无人机与停靠点之间的距离关系逐渐降低无人机的飞行速度，能够使无人机在与停靠点的距离低于预设值时进行更加精准的飞行，在保证精准降落的同
时，能够有效避免无人机飞行速度过快导致的与障碍物发生碰撞的情况发生，进一步提高
了无人机的巡检效率。

[0083] 具体而言，当所述无人机飞行时，所述中控处理器根据无人机的实际飞行速度v确定无人机与障碍物之间的临界安全距离；所述中控处理器中还设有第一预设飞行速度v1、
第二预设飞行速度v2、所述中控处理器中设有第一预设安全距离L1、第二预设安全距离L2
和第三预设安全距离L3，其中，v1＜v2，L1＜L2＜L3；

[0084] 当v≤v1时，所数中控处理器将无人机与障碍物之间的临界安全距离设置为L1；

[0085] 当v1＜v≤v2时，所数中控处理器将无人机与障碍物之间的临界安全距离设置为L2；

[0086] 当v＞v2时，所数中控处理器将无人机与障碍物之间的临界安全距离设置为L3。

[0087] 本发明通过根据无人机不同的飞行速度选取对应的安全距离，能够使无人机在以不同速度飞行遇到障碍物时，均能够使中控处理器有充足的应对时间，从而进一步避免了
无人机与障碍物碰撞的情况发生，并进一步提高了无人机的巡检效率。

[0088] 具体而言，当所述中控处理器通过所述图像采集器检测到无人机周边有移动的障碍物时，中控处理器通过视觉检测器实时检测该移动的障碍物与无人机之间的相对移动速
度V以及该移动的障碍物与无人机之间的距离L并根据V与L控制无人机继续飞行或避让；所
述中控处理器中设有预设相对移动速度V0，

[0089] 当所述中控处理器测得移动障碍物与无人机逐渐靠近且移动障碍物与无人机之间的相对移动速度V≤V0时，中控处理器判定障碍物与环境相对静止或障碍物与无人机沿
相同方向移动，中控处理器实时检测移动障碍物与无人机之间的距离L并在L≤Li时控制无
人机对障碍物进行避让，设定Li=1，2，3；

[0090] 当所述中控处理器测得移动障碍物与无人机逐渐靠近且移动障碍物与无人机之间的相对移动速度V＞V0时，中控处理器判定障碍物与无人机沿相反方向移动，中控处理器
根据无人机周边的环境选用对应的避让方式以控制无人机对障碍物进行避让。

[0091] 本发明通过设置预设相对移动速度，能够使无人机遇到移动的障碍物时，对障碍物的移动路径进行初步的分析，从而避免障碍物不与无人机相撞而无人机减速或避让导致
的返航耗时增加的情况以及无人机对障碍物不避让导致的相撞的情况发生，在进一步增加
了无人机的使用寿命的同时，进一步提高了无人机的巡检效率。

[0092] 具体而言，当所述无人机移动时，中控处理器根据扇叶的转速以预估无人机的预设飞行速度v0并根据图像采集器采集到的图像信息求得无人机的实际移动速度v，

[0093] 若v=v0，中控处理器判定无人机在无风环境下飞行；

[0094] 若v＜v0，中控处理器判定无人机在逆风环境下飞行，若v＜0.5×v0，中控处理器判定无人机无法飞行并控制无人机搜寻附近的停靠点以临时停靠；

[0095] 若v＞v0，中控处理器判定无人机在顺风环境下飞行，若v＞2×v0，中控处理器判定无人机无法飞行并控制无人机搜寻附近的停靠点以临时停靠。

[0096] 本发明通过比对预设移速和实际移速以判定无人机是否处于有风的环境，若风速过大，中控处理器控制无人机降落以紧急避风，从而防止风速过大将无人机损毁的情况发
生，在进一步增加了无人机的使用寿命的同时，进一步提高了无人机的巡检效率。

[0097] 具体而言，当所述无人机飞行时，所数中控处理器控制湿度检测器检测无人机周边环境湿度S以判定无人机周边环境是否存在降雨，所述中控处理器中还设有预设湿度S0，
当S≤S0时，中控处理器判定无人机周边环境为未降雨环境；

[0098] 当S＞S0时，中控处理器判定无人机周边环境为降雨环境，若S＞2×S0，中控处理器判定无人机周边环境为暴雨环境，中控处理器判定无人机无法飞行并控制无人机搜寻附
近的停靠点以临时停靠。

[0099] 本发明通过检测无人机周边的湿度以判定无人机是否处于降雨环境，若降雨量过大，中控处理器控制无人机降落以紧急避雨，从而防止雨水对无人机的内部造成损坏，在进
一步增加了无人机的使用寿命的同时，进一步提高了无人机的巡检效率。

[0100] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本
发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些
更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

[0101] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、
等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。