一种无人机悬停精度测试系统和方法与流程

本发明涉及无人机领域，尤其是一种无人机悬停精度测试系统和方法。

背景技术：

电力巡检使用无人直升机(包括多悬翼)进行架空线路巡检时，无人机的性能必须满足dl/t1578-2016《架空输电线路无人直升机巡检系统》的要求。因此，用于电力线路巡检的无人机都必须进行相关的性能测试，其中“悬停控制偏差试验”就是dl/t1578-2016标准规定应进行了一个试验项目。

dl/t1578-2016标准虽然规定了无人机的悬停控制偏差的测量要求，但是测量起来依旧不方便，也存在测量步骤不简便的问题。

如何方便地对无人机的悬停偏差进行准确地测量，并且完全满足dl/t1578-2016标准的要求，是值得研究的。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种无人机悬停精度测试系统和方法，简单可靠，整个测试系统成本低，使用方便。

本发明的技术方案具体如下：

一种无人机悬停精度测试系统，包括无人机本体、设于无人机本体上的摄像头和垂直高度测试仪、设于地面测试点上的水平悬停精度测试板；垂直高度测试仪用于测量无人机悬停时的高度变化，水平悬停精度测试板用于标识无人机悬停时的水平位移变化，摄像头采集水平悬停精度测试板的水平位移变化信息，控制器采集垂直高度测试仪的垂直高度信息和摄像头采集的信息，将水平悬停精度测试板上的水平坐标信息提取，并基于垂直高度信息和水平坐标信息计算无人机的悬停精度。

进一步地，悬停精度包括水平悬停偏差uci、垂直悬停偏差vci、水平标准差σuc、垂直标准差σvc，具体如下：

vci＝|zi-z0|，i＝1,2,...,n；式(2)

式1-4中：

i—表示无人机悬停数度测量的顺序数，即第几次的测量；取值为1至n；

xi—第i次测量得到的无人机悬停水平位置的横坐标值；

x0—无人机悬停精度测量的无人机悬停水平位置的横坐标初始值；

yi—第i次测量得到的无人机悬停水平位置的纵坐标值；

y0—无人机悬停精度测量的无人机悬停水平位置的纵坐标初始值；

zi—第i次测量得到的无人机悬停垂直高度值；

z0—无人机悬停精度测量的无人机悬停垂直高度初始值；

n—无人机悬停精度测量的总次数。按dl/t1578-2016规定为360。

进一步地，水平悬停精度测试板包括若干块单元，若干块单元通过连接件组成圆板，圆板上设有两条相互垂直的以中心为圆点的直线作为x轴和y轴，坐标轴上设有刻度，圆板上以坐标原点为圆心，设有若干间隔相同的同心圆。

进一步地，块单元一端呈锥形，另一端呈弧形，夹角呈60°，弧形一端侧面设有若干卡扣，块单元之间通过卡扣扣合。

进一步地，垂直高度测试仪为具有连续记录测量数据的激光测距仪，最小测量间隔不大于0.5秒，量程不小于50米。

进一步地，摄像头通过增稳云台设于无人机上，垂直向下，进行不大于0.5秒间隔的连续拍摄。

进一步地，该系统还包括风速测试单元，持续测量试验场地距地面2米高处的环境风速5分钟，保证测试时，风速不大于3m/s。

进一步地，垂直高度测试仪进行间隔为0.5秒的垂直高度测量，同时启动摄像头垂直向下进行间隔为0.5秒的照片拍摄；持续进行3分钟；垂直高度测试仪测量得到360个高度值，摄像头拍摄到360张垂直向下的照片，照片中包括无人机在水平悬停精度测试板上的水平坐标信息。

本发明还涉及的基于上述的系统的无人机悬停精度测试方法，包括如下步骤：

步骤(1)、场地选择

步骤(2)、将水平悬停精度测试板板平铺在选好的测点上，有刻度的一面朝向天空；将垂直高度测试仪及摄像头固定到无人机的增稳云台上，调整垂直高度测试仪以及摄像头的方向为垂直向下；

步骤(3)、以全自主的飞行模式将无人机升高到10米至40米，并尽量将摄像头对准水平悬停精度测试板的中心，即在控制器监视画面上将画面中心对准水平悬停精度测试板的中心；

步骤(4)、待无人机飞行稳定后，启动垂直高度测试仪进行间隔为0.5秒的垂直高度测量，同时启动摄像头垂直向下进行间隔为0.5秒的照片拍摄；高度测量及照片拍摄持续进行3分钟；垂直高度测试仪测量得到360个高度值，摄像头拍摄到360张垂直向下的照片；

步骤(5)、垂直高度测试仪测量无人机的垂直高度变化，其时间顺序存储在垂直高度测试仪中，无人机的水平坐标按以下进行：

5.1、作对角线，记录无人机在测量零位时的坐标，对角线交点为圆心，即零位时的坐标(x0，y0)＝(0，0)；

5.2、某个时刻i，记录无人机在该点的坐标，即对角线交点所在位置，

即(xi，yi)；以此类推，测量出全部照片的坐标值；

步骤(6)、将所有测量得到的(x，y，z)值代入式1-式4进行计算，即可得到无人机水平悬停偏差uci、垂直悬停偏差vci、水平标准差σuc、垂直标准差σvc；步骤(7)、若测试中一个或两个值大于1500mm，则按照片比例计算出此时的坐标值；

步骤(8)、重复上述步骤，完成剩余测试点的测量工作；

步骤(9)、根据各测试点的水平悬停偏差uci、垂直悬停偏差vci、水平标准差σuc、、垂直标准差σvc值来判断无人机的悬停精度是否满足要求。dl/t1578-2016规定uci不大于1.5米、vci不大于3米、σuc不大于0.75米、σvc不大于1.5米。

进一步地，步骤(1)中，具体按以下进行：

首先按dl/t1578-2016标准的要求，选好户外露天试验场地并确定试验的三个测点，每点距离不小于20米；选比较平坦的场地；持续测量试验场地距地面2米高处的环境风速5分钟，风速不大于3m/s时可进行试验；在试验期间也应持续进行环境风速的测量，若瞬时风速大于3m/s应中止试验，并待风速不大于3m/s时重新进行试验。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

(1)本发明的水平悬停精度测试板包括6个块单元，6个块单元通过连接件组成圆板，圆板上设有两条相互垂直的以中心为圆点的直线作为x轴和y轴，坐标轴上设有刻度。并以坐标原点为圆心以100mm间隔的半径画15个同心圆。板子采用不易受温度变化的不锈钢材质制成，以提高测量精度。画同心圆的目的一方面是为了测量时方便，同时也保证了测量精度。拼接简单，运输存偖方便。

(2)通过本发明的方法能够满足dl/t1578-2016《架空输电线路无人直升机巡检系统》的要求。

(3)利用本发明的一种无人机悬停精度测量系统及方法，可以方便地完成无人机悬停精度的测量并且具有较高的精度。整个系统简单可靠，具有非常高的实用性，非常适合无人机悬停精度的现场测试。

附图说明

图1是发明的无人机悬停精度测试的结构示意图。图中的点划线表示无人机拍摄头(3)的指向，虚线表示垂直高度测试仪(1)的指向。

图2为本发明的水平精度测试板的结构示意图；

图3为本发明的无人机在测量零位时的照片；

图4为本发明的无人机在第二时刻的照片。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“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。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

如图1所示，本实施例的无人机悬停精度测试系统，包括无人机本体、设于无人机本体上的摄像头3和垂直高度测试仪1、设于第一地面测试点上的水平悬停精度测试板2。

垂直高度测试仪1用于测量无人机悬停时的高度变化，水平悬停精度测试板2用于标识无人机悬停时的水平位移变化，摄像头3采集水平悬停精度测试板的水平位移变化信息，控制器采集垂直高度测试仪1的垂直高度信息和摄像头3采集的信息，将水平悬停精度测试板2上的水平坐标信息提取，并基于垂直高度信息和水平坐标信息计算无人机的悬停精度。

悬停精度包括水平悬停偏差uci、垂直悬停偏差vci、水平标准差σuc、垂直标准差σvc，具体如下：

vci＝|zi-z0|，i＝1,2,...,n；式(2)

i—表示无人机悬停数度测量的顺序数，即第几次的测量；取值为1至n；

xi—第i次测量得到的无人机悬停水平位置的横坐标值；

x0—无人机悬停精度测量的无人机悬停水平位置的横坐标初始值；

yi—第i次测量得到的无人机悬停水平位置的纵坐标值；

y0—无人机悬停精度测量的无人机悬停水平位置的纵坐标初始值；

zi—第i次测量得到的无人机悬停垂直高度值；

z0—无人机悬停精度测量的无人机悬停垂直高度初始值；

n—无人机悬停精度测量的总次数。按dl/t1578-2016规定为360。

如图2所示，水平悬停精度测试板2包括6个块单元，6个块单元通过连接件组成圆板，圆板上设有两条相互垂直的以中心为圆点的直线作为x轴和y轴，坐标轴上设有刻度。块单元一端呈锥形，另一端呈弧形，夹角呈60°，弧形一端侧面设有若干卡扣，块单元之间通过卡扣扣合，为了便于运输及使用。水平精度测试板2采用可拆卸式的结构，整个水平精度测试板2采用上述6块小块拼接而成(以60度等分整个圆板)。各小板上制作有4个卡扣，保证相邻小板之间能相互固定及拼接。

也就是说，水平精度测试板2是一块带有同心圆刻度及十字刻度的圆形平板，其直径为3米。板子采用不易受温度变化的不锈钢材质制成，以提高测量精度。水平精度测试板2以中心为原点，画两条相互垂直的直线，作为x轴与y轴(为区分x轴由红色，y轴由蓝色)，并以坐标原点为圆心以100mm间隔的半径画15个同心圆。为了保证板子的拼接不错位，每个小板的背面标有顺序号，拼接时按顺序连接即可。

垂直高度测试仪为具有连续记录测量数据的激光测距仪，最小测量间隔不大于0.5秒，量程不小于50米。摄像头通过增稳云台设于无人机上，垂直向下，进行不大于0.5秒间隔的连续拍摄。

该系统还包括风速测试单元，持续测量试验场地距地面2米高处的环境风速5分钟，保证测试时，风速不大于3m/s。

垂直高度测试仪进行间隔为0.5秒的垂直高度测量，同时启动摄像头垂直向下进行间隔为0.5秒的照片拍摄；持续进行3分钟；垂直高度测试仪测量得到360个高度值，摄像头拍摄到360张垂直向下的照片，照片中包括无人机在水平悬停精度测试板上的水平坐标信息。

本实施例的垂直高度测试仪1为高精度的激光测距仪，其测量精度可达到毫米级。垂直高度测试仪1固定到无人机的底部，测量方向垂直向下，以间隔0.5秒的时间间隔连续采集无人机的垂直高度值z，并保存在测距仪的内部存储卡里。为了保证测量的准确性，垂直高度测试仪1可与无人机摄像头3一并安装到增稳云台上。

本实施例的无人机摄像头3可以是无人机自带的，也可以是在无人机上加装的。无人机摄像头3能进行不大于0.5秒间隔的连续拍摄，并且具备增稳云台。进行测量时，将无人机摄像头3的镜头垂直向下，并对准水平精度测试板2的中心，以0.5秒间隔的连续拍摄照片。增稳云台的作用是保证无人机在倾斜时镜头始终垂直向下，不随无人机的机身发生倾斜。通过对无人机摄像头拍摄的照片进行处理，可以得到无人机的水平位置变化值，即x、y的数值。

将测量到的x、y、z值代入下列公式，即可计算出无人机的悬停精度，包括水平悬停偏差uci、垂直悬停偏差vci、水平标准差σuc、垂直标准差σvc。

vci＝|zi-z0|(i＝1,2,...,n)式(2)；

基于本实施例的系统，本实施例的无人机悬停精度测试方法，按以下步骤进行：

1.首先按dl/t1578-2016标准的要求，选好户外露天试验场地并确定试验的三个测点(每点距离不小于20米)。尽量选比较平坦的场地。持续测量试验场地距地面2米高处的环境风速5分钟，风速不大于3m/s时可进行试验。在试验期间也应持续进行环境风速的测量，若瞬时风速大于3m/s应中止试验，并待风速不大于3m/s时重新进行试验。

2.将水平悬停精度测试板板2平铺在选好的测点1上，有刻度的一面朝向天空。将垂直高度测试仪1以及无人机摄像头3固定到无人机的增稳云台上，调整垂直高度测试仪1以及无人机摄像头3的方向为垂直向下。将无人机通电完成自检，并确认无人机卫星导航(gps或北斗)功能有效。

3.以全自主的飞行模式将无人机升高到试验高度(10米至40米)，并尽量将摄像头对准水平悬停精度测试板2的中心，即在监视画面上将画面中心对准水平悬停精度测试板2的中心。

4.待无人机飞行稳定后，启动垂直高度测试仪1进行间隔为0.5秒的垂直高度测量，同时启动无人机摄像头3垂直向下进行间隔为0.5秒的照片拍摄。高度测量及照片拍摄持续进行3分钟。垂直高度测试仪1将测量得到360个高度值，与之对应无人机摄像头3也将拍摄到360张垂直向下的照片。

5.无人机的垂直高度变化值z即是垂直高度测试仪1测量到的数值，其按时间顺序存储在垂直高度测试仪1的内存文件中。无人机的水平位置数字(即x、y值)进行测量，如图2所示。

5.1对于无人机拍摄的照片，在电脑上进行测量。首先在照片上画两条对角线，对角线的交叉点，即为无人机的水平位置。图3为无人机在测量零位时的示意图。此时(x0，y0)＝(0，0)。

5.2在某个时刻i，无人机的水平位置按图4进行测量。此时，照片对角线交叉点的(xi，yi)＝(-660，230)。所有照片以此类推，测量出全部照片的(x，y)的值。

6.将所有测量得到的(x，y，z)值代入式1-4进行计算，即可得到无人机水平悬停偏差uci、垂直悬停偏差vci、水平标准差σuc、垂直标准差σvc。

测量得到的(x，y，z)值可以导入到excel表格中，并将公式也固化到表格中，实现自动计算。

无人机初始水平测量位置如果没有对准水平悬停精度测试板2的中心，不影响测量准确性。只是初始的(x0，y0)≠(0，0)而已。因水平悬停精度测试板(2)的尺寸有限，所以应尽量将无人机的拍摄头对准水平悬停精度测试板2的中心，以免无人机的水平位置超出水平悬停精度测试板2的范围。

7.如果测试中(xi，yi)一个或两个值大于1500mm，则按照片比例计算出此时的(xi，yi)值。

8.重复上述步骤，完成测试点2及测试点3的测量工作。

9.根据各测试点的水平悬停偏差uci、垂直悬停偏差vci、水平标准差σuc、、垂直标准差σvc值来判断无人机的悬停精度是否满足要求。

以上所述仅为本发明的实施方法，并不用以限制本发明，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。

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