飞行机器人电塔巡检中安全检视区域的计算方法研究

摘要

本文针对飞行机器人电塔巡检中安全检视区域的计算方法问题进行研究。传统的巡检方法危险性高、效率低、准确度低、飞行机器人在巡检过程中采集到过多无效数据，不能突出巡检重点。因此，为克服这些飞行机器人巡检电塔技术的缺陷，提高飞行机器人观测视点的质量和数量具有重要意义。
　　目前存在许多关于视点选择的相关研究，但大多是基于图像信息的单一视点优选，应用在电塔巡检中具有一定的局限性。本文考虑到激光点云的广泛应用性和飞行机器人巡检电塔过程中对安全性和有效性的要求，提出了安全检视区域的概念和计算方法。首先，用点云分层投影结合安全距离的方法拟合得到电塔的安全包络面即候选视点集。其次，根据任意视点下电塔点云的数量、视点到所有可见点云的平均距离及点云的维度特征等检视要素结合信息熵多属性决策方法确定权值，从而建立视点的评价模型。再次，用粒子群算法进行安全检视区域的连续寻优，提高了计算结果的准确性。最后，根据安全检视区域的计算过程设计了实验方案，并进行离散寻优与连续寻优的比较，离散寻优方法基于PCL点云库实现，连续寻优使用Matlab工具实现，分别对这两种方法进行基于巡检仿真平台的仿真观测及实际观测，实验结果表明，本文计算的安全检视区域能够安全、准确、高效地观察被测电塔，能够突出巡检重点，范围较广的检视区域为智能巡检的高级功能如路径规划打下坚实的基础。
　　通过比较离散寻优与连续寻优的结果，得出连续寻优能够快速准确地找到安全检视区域。本文提出的安全检视区域计算方法基于激光点云数据，比传统的基于CAD模型的视点选择方法应用更广泛。本文方法求解目标是范围较大的安全检视区域，跟单一视点相比可使飞行机器人巡检更灵活。计算安全检视区域的方法不仅适用于电塔，也适用于其他三维物体。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题的研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 候选点集的研究现状

1．2．2 视点优化算法的研究现状

1．3 研究思路和论文内容

1．4 论文的组织结构

第2章 求解安全包络面

2．1 引言

2．2 构建视始包络面

2．2．1 点云分层投影

2．2．2 拟合电塔外轮廓

2．3 禁飞区约束条件

2．4 本章小结

第3章 建立视点的评价模型

3．1 引言

3．2 求解电塔的检视要素

3．2．1 可见性要素

3．2．2 距离要素

3．2．3 维度要素

3．3 构建视点评价模型

3．3．1 指标归一化

3．3．2 信息熵计算权值

3．3．3 集结算子

3．4 本章小结

第4章 安全检视区域的寻优

4．1 引言

4．2 离散寻优

4．3 基于粒子群算法的连续寻优

4．3．1 粒子群算法原理

4．3．2 粒子群算法的视点寻优

4．3．3 安全检视区域的生成

4．4 本章小结

第5章 实验及结果分析

5．1 引言

5．2 实验方案

5．3 目标模型数据的输入及处理

5．4 离散安全检视区域的计算

5．4．1 求解安全包络面

5．4．2 电塔检视要素的计算结果

5．4．3 离散的安全检视区域优选

5．4．4 观测效果

5．5 连续安全检视区域的计算

5．5．1 求解安全包络面

5．5．2 电塔检视要素的计算结果

5．5．3 连续的安全检视区域优选

5．5．4 观测效果

5．6 离散寻优与连续寻优结果比较

5．7 本章小结

总结及展望

参考文献

致谢