摘要：随着社会的发展，我国科技不断进步。无人机作为一种由遥控器或编程软件实现控制的小型飞行设备，具有高稳定性、高效作业、高精度悬停等诸多优势。为提高自动化水平，针对多旋翼无人机开发了自动驾驶智能巡检系统，该系统基于全球定位系统与全球卫星导航系统的双系统精密定位技术，提出飞机打点与航迹飞行融合的自动巡检方式。探讨如何将这一技术应用于实际场景，为无人机巡检领域的发展提供新的思路和方向。

关键词：OpenCV；线缆除冰；多旋翼无人机；设计实现

引言

线路覆冰和积雪通常会引起线路舞动、跳闸、断线、倒杆和通信中断等事故。恶劣天气和通信中断使得检修非常困难，因为在冰灾发生时，往往会出现大规模、长时间的停电现象，给工业生产和人们的日常生活带来极大的不便。由于穿越覆冰区域的特高压交直流数量不断增加，导线覆冰问题已成为制约电力安全性和稳定性的一个重要因素。因此，研究线缆线路覆冰厚度的智能预测技术对电力系统的安全运行具有重要得现实意义。

1无人机自主巡检的基本原理和技术流程

无人机自主巡检的基本原理和技术流程如下。（1）自主导航。通过精确的GPS定位、导航系统和惯性导航，实现无人机在规定范围内的准确定位和航线规划。同时结合实时大气动力学参数的感知和调整，确保飞行稳定和航线准确。（2）设备识别与智能决策。利用各类传感器（如摄像头、激光雷达等）对巡检目标进行识别，获取准确、全面的检测数据。通过图像识别、计算机视觉和深度学习等技术，对收集到的数据进行智能分析与决策。（3）数据采集与处理。无人机通过搭载的传感器和设备，自动采集巡检现场数据，如图像、温度、压力等。采集到的原始数据经过预处理、滤波、校正和融合等过程，得到高精度和可靠的检测结果。

1.2无人机自主巡检的关键技术和难点

无人机自主巡检的关键技术和难点包括：（1）高精度的自主导航技术。实现无人机在复杂环境下的准确飞行和自主导航，需要解决空中环境感知、障碍物避障、航线规划等问题。（2）目标检测与识别技术。不同的设备、设施，在视觉上有着很大差异，需要开发具有高效准确的目标检测和识别算法，辅助无人机完成巡检任务。（3）快速、实时的数据处理和传输。巡检过程中生成的大量数据，需要在很短的时间内进行处理，提取有用的信息并进行实时传输。这需要高性能的计算平台和优秀的数据处理算法。

2巡检无人机自主循迹自动控制器设计

2.1航迹点检测

以所得的无人机视觉图像为基础，利用拉普拉斯算子与Harris算子检测航迹点。在巡检机械设备的场景中，将无人机待跟踪的航迹点抽象地看成一条结构化路径。利用拉普拉斯算子与Harris算子，检测航迹的边界与角点，为自主循迹提供可靠依据。作为二阶微分算子，拉普拉斯算子具有微分特征，故边界点即像素点二阶微分值是0的点。

2.2自主循迹自动控制

以航迹点为循迹目标，利用外环方位控制器和内环姿势控制器实现无人机自主循迹的自动控制。以航迹点作为循迹目标，并以其与无人机的方位与姿势偏差为飞行轨迹的调整依据，基于经典的PID算法设计出自动控制器。经方位与姿势的双环控制，实现无人机自主循迹的自动控制，各组成部分具体描述如下：（1）自主循迹策略。根据航迹路径边界与角点的检测结果，基于carrot-chasing路径追踪算法，构建自主循迹方法，让无人机能够在固定高度上自主循迹飞行。若无人机投射点与起飞点的间距是L，视线角与航向角分别是θ、ψ，则自主循迹的目标条件为高度固定、速度固定。以起飞点为中心，在待追踪的航迹路径AB上设立虚拟目标点，令其与无人机在路径上的横向投射点之间的距离是δ，则起飞点-虚拟目标点连线与水平方向的夹角即为180°减去横向距离L到起飞点-虚拟目标点连线的夹角。（2）外环方位控制器。（3）内环姿势控制器。（4）控制量计算。将控制量传输至无人机，控制电机转速来自动控制自主循迹路线。

3具体实现

上位机视觉检测软件编程.（1）安装VS2015，安装OpenCV3.4。（2）配置OpenCV运行环境，这一步一定要配置完善，否则调试总是报错。具体配置方法如下：计算机→（右键）属性→高级系统设置→高级（标签）→环境变量→（双击）path（用户，系统里面的path任选其一）→在变量值里面添加相应的路径。对于32位系统，就添加：“……opencv＼build＼x86＼vc14＼bin”；而对于64位系统，可以两个都添加：“……opencv＼build＼x86＼vc14＼bin”和“……opencv＼build＼x64＼vc14＼bin”。这样就可以在编译器Win32和X64中来回切换，游刃有余。注：变量值实际为bin文件夹的路径；D表示OpenCV安装于D盘；X64表示运行系统环境为64位系统，若安装于32位系统，应为X86；vc14表示编译环境为MicrosoftVisualStudio2015；变量添加完成后需要注销系统，才会生效。（3）人机界面设计。（4）图像采集及颜色识别。点选图像上绿色区域作为识别标准，点击Calculate按钮保存相应颜色数据，同时将相关参数保存.txt文件到电脑硬盘，设置面积阈值数据，新图像经颜色计算后与标准值比较，达到目标值则给PLC输出OK信号，并保存一张照片至指定文件夹，便于以后查询是否缺失。（5）与PLC通信。采用485Modbus与ModiconTM200CPLC通信，PC端配置一个485转USB的转换器。

结语

通过无人机自主巡检技术的合理应用，不仅可到达传统人工巡检无法到达的位置，让线缆巡检数据的获取更加准确、全面，同时也可以实现线缆巡检中人力、物力以及时间成本等的进一步节约。因此，在现代化的线缆巡检工作中，电力单位、相关学者与技术人员应加大力度对无人机技术及其应用进行研究，让该项技术在具体的线缆巡检中得以良好应用，并不断对其进行改进与优化，使其更加适应线缆的实际发展及其巡检需求，并让无人机技术的应用优势得以充分发挥，从而实现线缆巡检质量、效率、安全性、可靠性及其经济性的显著提升，这将对无人机技术的应用与线缆巡检工作的开展起到非常积极的促进作用。

参考文献

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作者简介：张筠硕（2002-），男，汉族，山东省济南人，本科学历，专业研究方向：机械电子工程

刘洋（1986-）女，汉族，黑龙江省五常市人，硕士学历，现任职思想政治辅导员，专业方向：思想政治教育，主题框架构建

张玉发（2003-），男，汉族，山东省聊城人，本科学历，专业研究方向：机械电子工程

梁佳琪（2002-），女，汉族，黑龙江齐齐哈尔人，本科学历，专业研究方向：电气工程及其自动化

王李（2003-），男，汉族，山东省日照市人，本科学历，专业研究方向：机械电子工程