基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113900446A(43)申请公布日2022.01.07(21)申请号202111203241.2(22)申请日2021.10.15(71)申请人贵州师范学院地址550018贵州省贵阳市乌当区高新路115号(72)发明人崔忠伟桑海伟吴恋杨国荣王晴晴游顺才左欣(74)专利代理机构北京中济纬天专利代理有限公司11429代理人陈友(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)权利要求书4页说明书11页附图1页(54)发明名称基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统和方法(57)摘要本发明提供了基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统和方法，其通过超声测距和双目拍摄相结合的方式，对无人机在水文监测过程中快速和准确地识别障碍物的存在情况，以此使无人机能够自动躲避障碍物，从而提高无人机在水文监测过程中的避障准确性、缩短水文监测的周期和降低监测成本。CN113900446ACN113900446A权利要求书1/4页1.基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统，其特征在于，其包括无人机机体、超声波测距模块、双目摄像模块、数据处理模块和飞行控制模块；其中，所述无人机机体用于对目标水体区域进行水文摄像监测；所述无人机机体的下方设置有所述超声波测距模块和所述双目摄像模块；所述超声波测距模块用于在所述无人机机体飞行或者降落过程中，向外界发射超声波信号以及接收相应的超声回波信号；所述数据处理模块用于分析所述超声回波信号，以此确定所述无人机机体在飞行或者降落过程中是否存在障碍物；所述双目摄像模块用于在确定所述无人机机体在飞行或者降落过程中存在障碍物时，对所述无人机机体所处的外界环境进行双目拍摄，从而采集得到相应的双目影像；所述数据处理模块还用于分析所述双目影像，以此确定所述障碍物的存在位置和形状尺寸；所述飞行控制模块用于根据所述障碍物的存在位置和形状尺寸，调整无人机机体的飞行状态，从而使所述无人机机体在飞行或者降落过程中进入避障飞行模式。2.如权利要求1所述的基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统，其特征在于：所述无人机机体包括无人机机身、力臂、旋翼、旋翼电机、脚架、浮筒、电子调速器、水流传感器和挂载机构；所述力臂与所述无人机机身铰接；所述旋翼电机设置在所述力臂的尾端，所述旋翼电机的旋转轴与所述旋翼连接；所述脚架设置在所述无人机机身的下部，所述浮筒设置在所述脚架上；所述飞行控制模块通过所述电子调速器与所述旋翼电机连接，从而驱动所述旋翼电机运转以改变旋翼的旋转速度；所述浮筒上设置有所述水流传感器；所述超声波测距模块和所述双目摄像模块通过所述挂载机构插接在所述无人机机体的下方。3.如权利要求2所述的基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统，其特征在于：所述力臂的数量为四个，四个力臂沿周向均匀铰接在所述无人机机身上；所述旋翼电机的数量为四个，每个旋翼电机一一对应设置在所述力臂上；所述旋翼的数量为四个，每个旋翼一一对应地与所述旋翼电机的旋转轴连接；所述脚架的数量为两个，两个脚架对称设置在所述无人机机身的下部，每个脚架通过螺钉连接在所述无人机机身的下部；所述无人机机身内部还设置有锂电池，所述锂电池与每个旋翼电机供电连接。4.如权利要求2或3所述的基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统，其特征在于：所述数据处理模块还用于分析所述超声回波信号，以此确定所述无人机机体是否降落在水面上；当确定所述无人机机体降落在水面上，则通过所述水流传感器检测降落区域在所述无人机机体前进方向和侧向方向上的水流流速矢量；其中，所述水流流速矢量包括水流速率和水流方向；2CN113900446A权利要求书2/4页所述数据处理模块用于根据所述水流流速矢量，确定所述无人机机体在水面上航行过程中对应的航行阻力；所述飞行控制模块用于根据所述航行阻力，调整所述旋翼电机的转速，以驱动对应的旋翼改变自身的旋转速度，从而使所述无人机机体能够沿着指定路径在水面上航行。5.如权利要求2或3所述的基于双目视觉的无人机水文监测自主避障系统，其特征在于：所述飞行控制模块根据所述障碍物的存在位置和形状尺寸，调整无人机机体的飞行状态，从而使所述无人机机体在飞行或者降落过程中进入避障飞行模式具体包括：根据所述障碍物的存在位置，确定所述无人机机体与所述障碍物之间的实际距离；将所述实际距离与预设距离阈值进行比对；若所述实际距离大于或等于预设距离阈值，则保持所述无人机机体当前的飞行路径和飞行速度不变；若所述实际距离小于预设距离阈值，则将减小所述无人机机体的飞行速度，同时根据所述障碍物的形状尺寸，确定所述无人机机体当前的飞行路径是否与所述障碍物存在重叠；若所述无人机机体当前的飞行路径不与所述障碍物存在重叠，则增大所述无人机机体的飞行速度；若