技术领域
[0001] 本申请涉及地形测绘技术的领域，尤其是涉及一种基于系留无人机的地形测绘方法及系统。
相关背景技术
[0002] 系留无人机是一种特殊形式的多旋翼无人机，它通过系留线缆连接地面电源，以此作为动力来源，替代传统的锂电池，使得能够实现长时间的滞空悬停，适用于需要长时间空中作业的场景，例如地形测绘。
[0003] 相关技术中，在使用系留无人机进行地形测绘工作时，工作人员提前规划测绘路径，此时控制系留无人机沿测绘路径移动以实时获取路径上各位置点的图像，再通过对图像进行处理以获取到地形模型。
[0004] 上述的相关技术中，在使用系留无人机进行地形测绘时，无人机按照预定的飞行路径移动时，可能会存在系留线缆缠绕于测绘区域内的障碍物的情况，此时工作人员无法得知该情况，仍会控制无人机继续飞行移动，此时减少了系留线缆的整体可用长度，从而减少无人机所能测绘的区域范围，影响整体测绘工作，尚有改进空间。
具体实施方式
[0073] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合图1‑图8及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0074] 下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。
[0075] 本申请实施例公开一种基于系留无人机的地形测绘方法，在无人机执行地形测绘作业时，通过对伸出的系留线缆的长度以及无人机的位置进行分析，以确定无人机的系留线缆是否存在缠绕于障碍物上的情况，当存在线缆缠绕于障碍物上的情况时，可通过规避的方法对障碍物进行绕行，从而有效的提高线缆的实际可用长度，以提高整体测绘工作的作业效果。
[0076] 参照图1，基于系留无人机的地形测绘方法的方法流程包括以下步骤：
[0077] 步骤S100：获取无人机检测位置以及系留线缆的线缆出线长度。
[0078] 无人机检测位置即无人机进行地形测绘工作时的位置，该位置为空间位置点，可通过无人机上携带的定位设备进行获取；线缆出线长度为系留线缆被使用的长度，可通过系留线缆的出线口按照计米器进行获取；其中，当系留线缆不使用时，通过类似于卷尺的方式进行收纳，以使得线缆能够需要使用多长从出线口中伸出多长。
[0079] 步骤S101：根据预设的地面初始位置以及无人机检测位置进行计算以确定设备相隔距离。
[0080] 地面初始位置即地面上系留线缆的出线口处以对信息进行获取的设备的位置点，设备相隔距离即地面初始位置以及无人机检测位置之间的直线距离值。
[0081] 步骤S102：根据线缆出线长度以及设备相隔距离进行差值计算以确定线缆相差长度。
[0082] 线缆相差长度即线缆出线长度减去设备相隔距离所得到的值。
[0083] 步骤S103：判断线缆相差长度是否大于预设的许可相差长度。
[0084] 许可相差长度为工作人员所设定的认定不存在线缆缠绕于障碍物上时所允许出现的最大线缆相差长度，判断的目的是为了得知当前系留线缆是否缠绕于障碍物上。
[0085] 步骤S1031：若线缆相差长度不大于许可相差长度，则控制无人机沿预设的测绘路径继续移动。
[0086] 当线缆相差长度不大于许可相差长度时，说明不存在线缆缠绕于障碍物上的情况，此时正常根据测绘路径继续移动以进行地形测绘工作即可，其中测绘路径即工作人员事先确定的供无人机飞行移动的路径。
[0087] 步骤S1032：若线缆相差长度大于许可相差长度，则输出缠绕信号并提示。
[0088] 当线缆相差长度大于许可相差长度时，说明存在在线缆缠绕于障碍物上的情况，此时输出缠绕信号进行提示，以使得工作人员能够及时得知该情况，此时工作人员能及时人工介入处理，以使得线缆的可用时长较长，提高测绘范围，提高整体测绘作业的作业效果。
[0089] 参照图2，于缠绕信号输出后，基于系留无人机的地形测绘方法还包括：
[0090] 步骤S200：将当前无人机检测位置定义为异常点。
[0091] 定义异常点以对出现缠绕信号时的无人机检测位置进行区分，便于后续分析。
[0092] 步骤S201：将测绘路径上已经行驶经过的路径定义为过往路径，并于过往路径中将线缆相差长度小于预设的基准相差长度的位置点定义为有效点。
[0093] 过往路径即测绘路径中无人机已经行驶过的路径，基准相差长度为工作人员所设定的认定线缆出线长度与设备相隔距离之间较为接近时所允许出现的最大线缆相差长度，定义有效点以对不同的位置点进行区分，便于后续分析。
[0094] 步骤S202：根据异常点以及有效点于过往路径上确定点位相隔距离。
[0095] 点位相隔距离为异常点与有效点之间于过往路径上的距离值。
[0096] 步骤S203：根据预设的排序规则以确定数值最小的点位相隔距离，并将该点位相隔距离相对应的有效点定义为临界点，且将临界点之前的过往路径定义为有效路径。
[0097] 排序规则为工作人员所设定的能对数值大小进行排序的方法，例如冒泡法，通过排序规则可确定数值较小的点位相隔距离，即该有效点为最后的未被障碍物所影响的有效点，也即从该有效点开始，系留线缆会陆续被障碍物所影响，此时定义临界点以及有效路径以实现不同数据的区分，便于后续分析。
[0098] 步骤S204：于有效路径中根据临界点以及预设的单位间隔距离确定各检测点，并根据各检测点确定点位检测顺序。
[0099] 单位间隔距离为工作人员所设定的定值距离，检测点即以临界点为起点于有效路径中间隔单位间隔距离确定的点位，点位检测顺序即对各检测点进行检测分析的顺序，其中该点位检测顺序可以通过与临界点的距离远近进行确定，也可通过步骤S300‑S303的方法进行确定，此处不作赘述、
[0100] 步骤S205：根据点位检测顺序控制无人机先后向异常点移动，且实时判断线缆相差长度是否均小于基准相差长度。
[0101] 例如存在三个检测点ABC，对应的点位检测顺序为CBA，则无人机的移动为先由C移向异常点，再由B移向异常点，最后再由A移向异常点；判断的目的是为了得知无人机在移动的过程中是否仍然会受到障碍物的影响。
[0102] 步骤S2051：若线缆相差长度均小于基准相差长度，则控制无人机于异常点处继续沿测绘路径移动。
[0103] 当线缆相差长度均小于基准相差长度时，说明当前的移动不会被障碍物所影响，此时无需无人机继续根据点位检测顺序以尝试移动至异常点，此时控制无人机于异常点处继续根据测绘路径移动以完成剩余的测绘工作即可。
[0104] 步骤S2052：若线缆相差长度未均小于基准相差长度，则控制无人机回退至当前的检测点，并控制无人机根据点位检测顺序于过往路径上移动至下一检测点并继续向异常点移动，直至线缆相差长度均小于基准相差长度。
[0105] 当线缆相差长度未均小于基准相差长度时，说明存在会被障碍物影响的点位，也即当前无人机无法再不受障碍物的影响下移动至异常点，此时控制无人机回退至当前的检测点以消除该次移动的影响，再控制无人机移动至下一检测点以继续向异常单移动，直至无人机能够在不受障碍物的影响下移动至异常点，从而确保了无人机作业时不会将线缆缠绕于障碍物上。
[0106] 参照图3，根据各检测点确定点位检测顺序的步骤包括：
[0107] 步骤S300：将异常点存在时无人机的飞行方向定义为异常方向。
[0108] 定义异常方向以对不同的方向进行区分，便于后续分析。
[0109] 步骤S301：以检测点为起点、异常点为贯穿点确定检测方向，并根据检测方向以及异常方向确定方向夹角。
[0110] 检测方向即检测点指向异常点的方向，方向夹角即检测方向与异常方向的夹角角度。
[0111] 步骤S302：根据检测点以及异常点于测绘路径上确定回退距离，并根据回退距离以及方向夹角进行计算以确定点位选择参数。
[0112] 回退距离为测绘路径上检测点与异常点之间的距离值，点位选择参数为反映检测点于点位检测顺序上先后顺序的参数，该参数越大则该检测点于点位检测顺序上越靠前，即该检测点最先被检测使用；其中点位选择参数的计算公式为 其中ρ为点位选择参数，A为用于计算的固定参数，α为方向夹角，L为回退距离，其中α越大说明当前移动的路径与之前移动的路径偏差越大，即当前被同一障碍物影响的可能性越小，此时能从该检测点移动至异常点不受障碍物影响的可能性越高。
[0113] 步骤S303：根据点位选择参数由大至小依次对检测点进行排序以确定点位检测顺序。
[0114] 通过点位选择参数由大至小进行排序以确定点位检测顺序，使得无人机能先于距离较近且通过可能性较高的检测点进行作业，从而提高整体效率。
[0115] 参照图4，于点位选择参数确定后，基于系留无人机的地形测绘方法还包括：
[0116] 步骤S400：判断是否存在至少两个点位选择参数相同的检测点。
[0117] 判断的目的是为了得知是否能对各检测点进行先后排序。
[0118] 步骤S4001：若不存在至少两个点位选择参数相同的检测点，则根据各检测点的点位选择参数确定点位检测顺序。
[0119] 当不存在至少两个点位选择参数相同的检测点时，说明可对各检测点进行先后排序，此时正常根据点位选择参数进行点位检测顺序进行确定即可。
[0120] 步骤S4002：若存在至少两个点位选择参数相同的检测点，则将点位选择参数相同的检测点相互定义为比较点。
[0121] 当存在至少两个点位选择参数相同的检测点时，说明点位选择参数相同的检测点无法进行先后排序，需要进一步分析；定义比较点以对不同的检测点进行区分，便于后续分析。
[0122] 步骤S401：于点位检测顺序中将处于比较点之前且与各比较点最接近的检测点定义为标准点。
[0123] 定义标准点以对各比较点之前无人机所要使用的检测点进行确定，便于后续分析。
[0124] 步骤S402：根据比较点以及标准点确定标准相隔距离。
[0125] 标准相隔距离即比较点与标准点之间于测绘路径上的距离值。
[0126] 步骤S403：根据标准相隔距离由小至大排序以对各比较点进行先后排序，并根据排序情况确定点位检测顺序。
[0127] 通过标准相隔距离由小至大排序以对各检测点的先后顺序进行确定以使得无人机能优先移动至较为接近的检测点进行作业，减少所需要的整体飞行路程。
[0128] 参照图5，基于系留无人机的地形测绘方法还包括：
[0129] 步骤S500：判断是否存在标准点。
[0130] 判断的目的是为了得知是否可通过标准点对各比较点进行先后排序。
[0131] 步骤S5001：若存在标准点，则根据标准点以对各比较点进行排序。
[0132] 当存在标准点时，说明可通过标准点对各比较点进行先后排序，此时正常进行排序处理即可。
[0133] 步骤S5002：若不存在标准点，则于点位检测顺序中将处于比较点之后且与各比较点最接近的检测点定义为末端点。
[0134] 当不存在标准点时，说明无法通过标准点对各比较点进行先后排序，需要进一步分析；定义末端点以对不同的检测点进行区分，便于后续分析。
[0135] 步骤S501：根据比较点以及末端点确定末端相隔距离。
[0136] 末端相隔距离为比较点与末端点于测绘路径上的距离值。
[0137] 步骤S502：根据末端相隔距离由大至小排序以对各比较点进行先后排序，并根据排序情况确定点位检测顺序。
[0138] 通过末端相隔距离由大至小排序对各检测点的先后顺序进行确定以使得无人机于比较点移动完全结束后能较为方便的移动至末端点，便于无人机飞行作业。
[0139] 参照图6，于无人机重新移动至异常点时，基于系留无人机的地形测绘方法还包括：
[0140] 步骤S600：将无人机从检测点移动至异常点的路径定义为第一边界路径，并将测绘路径上检测点至异常点的路径定义为第二边界路径。
[0141] 定义第一边界路径以及第二边界路径以确定障碍物所处位置，便于后续分析。
[0142] 步骤S601：将第一边界路径以及第二边界路径所围合的区域定义为障碍区域，并根据障碍区域获取区域整体面积。
[0143] 障碍区域即障碍物所处的位置区域，区域整体面积为障碍区域的区域面积。
[0144] 步骤S602：判断区域整体面积是否大于预设的上限设定面积。
[0145] 上限设定面积为工作人员所设定的认定存在对线缆进行障碍的障碍物时所允许出现的最大区域整体面积，判断的目的是为了得知当前对于障碍物的确定是否准确。
[0146] 步骤S6021：若区域整体面积不大于上限设定面积，则输出障碍信号，并将该障碍区域于预设的测绘区域进行标记。
[0147] 当区域整体面积不大于上限设定面积时，说明当前对于障碍物的确定较为准确，此时输出障碍信号以对该情况进行标识即可；同时将该障碍区域于测绘区域中进行标识，以辅助后续地形测绘，其中测绘区域即需要进行地形测绘的区域。
[0148] 步骤S6022：若区域整体面积大于上限设定面积，则输出检测异常信号。
[0149] 当区域整体面积大于上限设定面积时，说明当前所确定的障碍物存在异常，即可能存在无人机设备损坏或者计米器损坏而导致检测异常的情况，此时输出检测异常信号以对该情况进行标识，便于工作人员及时介入处理。
[0150] 参照图7，于无人机于测绘路径上完全移动后，基于系留无人机的地形测绘方法还包括：
[0151] 步骤S700：根据障碍信号进行计数以确定障碍数量。
[0152] 障碍数量为无人机于测绘路径上完全移动后所输出的障碍信号的总数量，也即测绘区域中被确定的障碍区域的总数量。
[0153] 步骤S701：根据障碍数量以及预设的测绘面积进行计算以确定单位障碍值。
[0154] 测绘面积为测绘区域的总面积，单位障碍值由障碍数量除以测绘面积进行确定。
[0155] 步骤S702：于单位障碍值大于预设的上限障碍值时输出障碍过多信号。
[0156] 上限障碍值为工作人员所设定的认定测绘区域中障碍物过于密集时所会出现的最小单位障碍值，当单位障碍值大于上限障碍值时，说明当前的测绘区域障碍物过于密集，此时输出障碍过多信号以对该情况进行标识，便于对地形测绘作业进行辅助。
[0157] 参照图8，基于同一发明构思，本发明实施例提供一种基于系留无人机的地形测绘系统，包括：
[0158] 获取模块，用于获取无人机检测位置以及系留线缆的线缆出线长度；
[0159] 处理模块，与获取模块和判断模块连接，用于信息的存储和处理；
[0160] 判断模块，与获取模块和处理模块连接，用于信息的判断；
[0161] 处理模块根据预设的地面初始位置以及无人机检测位置进行计算以确定设备相隔距离；
[0162] 处理模块根据线缆出线长度以及设备相隔距离进行差值计算以确定线缆相差长度；
[0163] 判断模块判断线缆相差长度是否大于预设的许可相差长度；
[0164] 若判断模块判断出线缆相差长度不大于许可相差长度，则处理模块控制无人机沿预设的测绘路径继续移动；
[0165] 若判断模块判断出线缆相差长度大于许可相差长度，则处理模块输出缠绕信号并提示；
[0166] 缠绕避让控制方法，对存在线缆缠绕于障碍物上的情况进行回退避让处理，以使得无人机能够有效的进行地形测绘作业；
[0167] 点位检测顺序确定模块，用于确定较为合适的点位检测顺序；
[0168] 检测点排序模块，对于点位选择参数相同的检测点进行先后排序；
[0169] 末端情况排序模块，于仅有末端点而没有标准点的情况对点位选择参数相同的检测点进行先后排序；
[0170] 检测情况分析模块，用于对障碍区域进行分析以确定当前检测情况是否存在异常；
[0171] 障碍过多标记模块，用于对障碍过多的情况进行标记处理。
[0172] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
