本發(fā)明屬于無人機(jī)避障領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于移動機(jī)場的無人機(jī)高空自主返航避障方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、無人機(jī)巡檢具備效率高、精度高、安全性高的特點(diǎn)，無人機(jī)機(jī)場自動化巡檢已經(jīng)成為一種比較常見的自動化巡檢方式。傳統(tǒng)的無人機(jī)機(jī)場為固定機(jī)場，需要安裝在固定地點(diǎn)并且只能對巡檢半徑內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行巡檢。這雖然擺脫了巡檢人員需要掌握無人機(jī)操作技能的問題，但也在一定程度上增加了巡檢區(qū)域的局限性。因此衍生出了移動機(jī)場產(chǎn)品，移動機(jī)場實(shí)現(xiàn)了機(jī)場的移動化作業(yè)擺脫了傳統(tǒng)固定機(jī)場巡檢區(qū)域的局限性。同時，移動機(jī)場的異地起降功能(從a點(diǎn)起飛，移動機(jī)場移動到b點(diǎn)等待無人機(jī)降落到b點(diǎn))也大大提升了移動機(jī)場的巡檢效率。但在異地返航降落的時候還會存在著一些問題。

3、無人機(jī)返航路徑隨著移動機(jī)場的移動會與飛往巡檢地點(diǎn)的路徑有所不同，這勢必存在著返航路徑存在障礙物遮擋導(dǎo)致無人機(jī)墜機(jī)的可能。如果無人機(jī)只是單純的按照導(dǎo)航走不進(jìn)行避障的話，當(dāng)發(fā)生拔高高度不夠或人為操作問題極易發(fā)生炸機(jī)。

4、對于移動機(jī)場應(yīng)用的無人機(jī)高空返航現(xiàn)場環(huán)境來說?，F(xiàn)有的方案在此應(yīng)用場景下還存在著一定的問題。現(xiàn)有的避障方案普遍是應(yīng)用于某一個固定現(xiàn)場環(huán)境，并沒有一種適合于各個場景的普適方案。

5、下面進(jìn)行舉例說明，中國發(fā)明專利一種無人機(jī)視覺避障方法及系統(tǒng)(cn116540776a)中搭載了外接設(shè)備，這種做法會降低無人機(jī)的續(xù)航時間，尤其是移動機(jī)場應(yīng)用的小型無人機(jī)，其自身載重能力弱，額外搭載外接設(shè)備對續(xù)航時間影響更大。中國發(fā)明專利基于nerf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)無人機(jī)視覺避障系統(tǒng)及方法(cn115826628b)在搭載攝像頭的同時，也同時搭載了激光雷達(dá)，不適用于小型無人機(jī)。并且，該系統(tǒng)方法主要避障方案是依靠激光雷達(dá)解決陽光直射圖像不清晰導(dǎo)致視覺避障能力弱的問題，并不適用于移動機(jī)場無人機(jī)高空返航場景。中國發(fā)明專利一種基于點(diǎn)云空間二值化的無人機(jī)視覺避障方法(cn108764080b)需要提前將場景內(nèi)的三維激光點(diǎn)云掃描，在與無人機(jī)雙目攝像頭圖像對比，不適用于多變的環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種應(yīng)用于移動機(jī)場的無人機(jī)高空自主返航避障方法及系統(tǒng)，針對于移動機(jī)場，在復(fù)雜多變的返航路線可能存在障礙物，能夠遠(yuǎn)距離提前判斷前方是否有障礙物，如果有障礙物需要自主選擇避障策略，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)在高空自主返航時的避障策略，保證無人機(jī)的安全。

2、本發(fā)明的無人機(jī)高空自主返航避障是指移動機(jī)場在移動作業(yè)期間，移動機(jī)場移動到新的返航點(diǎn)后，無人機(jī)需返航到新坐標(biāo)位置。無人機(jī)返航途中，可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境等信息來綜合判斷能否安全返航，給出避障策略，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)高空自主返航。

3、根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

4、一種無人機(jī)高空自主返航避障方法，包括以下步驟：

5、獲取無人機(jī)的拍攝圖像；

6、對拍攝圖像進(jìn)行矩形設(shè)置，并網(wǎng)格化分割；

7、對圖像進(jìn)行處理，得到各個分割區(qū)域的灰度值；

8、根據(jù)灰度值初步確定障礙物的位置和大小，控制無人機(jī)飛行高度；

9、當(dāng)無人機(jī)前方對應(yīng)的分割區(qū)域的灰度值發(fā)生變化時，根據(jù)貝葉斯決策確定最優(yōu)路徑的規(guī)劃，調(diào)整無人機(jī)飛行最優(yōu)避障路徑。

10、作為可選擇的實(shí)施方式，所述無人機(jī)設(shè)置有攝像頭，所述攝像頭內(nèi)置視覺模塊，用于獲取拍攝視頻，并截取為圖像。

11、作為可選擇的實(shí)施方式，對拍攝圖像進(jìn)行矩形設(shè)置，并網(wǎng)格化分割的過程包括，將圖像進(jìn)行矯正，并按照預(yù)設(shè)的網(wǎng)格大小，將圖像分割為n*m的多網(wǎng)格區(qū)域，n、m為正整數(shù)。

12、作為可選擇的實(shí)施方式，根據(jù)灰度值初步確定障礙物的位置和大小，控制無人機(jī)飛行高度的過程包括：

13、若位于底部的分割區(qū)域的灰度值大于位于上部的分割區(qū)域的灰度值，且相差超過設(shè)定值，則認(rèn)為底部存在障礙物，需要增加無人機(jī)的飛行高度。

14、作為可選擇的實(shí)施方式，根據(jù)貝葉斯決策確定最優(yōu)路徑的規(guī)劃，調(diào)整無人機(jī)飛行最優(yōu)避障路徑的過程包括：

15、以無人機(jī)為貝葉斯元胞，在可飛行區(qū)域內(nèi)，確定備選節(jié)點(diǎn)概率；

16、估計(jì)可飛行區(qū)域內(nèi)各備選節(jié)點(diǎn)和障礙物之間的距離；

17、根據(jù)估計(jì)的備選節(jié)點(diǎn)與障礙物之間的距離，判斷相應(yīng)備選節(jié)點(diǎn)是否可以安全避障；

18、根據(jù)判斷結(jié)果計(jì)算備選節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率，根據(jù)后驗(yàn)概率確定最終選擇的備選節(jié)點(diǎn)。

19、作為進(jìn)一步的，估計(jì)可飛行區(qū)域內(nèi)各備選節(jié)點(diǎn)和障礙物之間的距離的過程包括：

20、對于元胞鄰居可行區(qū)域n1(sn)內(nèi)任意一個備選節(jié)點(diǎn)wi，設(shè)無人機(jī)攝像頭取得圖像的視覺夾角內(nèi)為備選節(jié)點(diǎn)的可預(yù)測區(qū)域，根據(jù)灰度值設(shè)定閾值，使用基于直方圖的閾值方法將圖像分割成前景和背景，前景即為障礙物，使用基于視覺時間差的估計(jì)方法估計(jì)距離。

21、作為進(jìn)一步的，所述距離為無人機(jī)在兩幀圖像之間沿飛行方向的移動距離和攝像頭的焦距的乘積，除以物體在圖像上的水平位移。

22、作為進(jìn)一步的，根據(jù)估計(jì)的備選節(jié)點(diǎn)與障礙物之間的距離，判斷相應(yīng)備選節(jié)點(diǎn)是否可以安全避障的過程包括：

23、

24、其中，d0為設(shè)置的飛行安全距離，dist(wi,obstacle)表示備選節(jié)點(diǎn)和障礙物之間的距離，該距離值越小，說明條件概率值越??；

25、條件概率為：

26、

27、其中，g表示規(guī)劃事件。

28、作為進(jìn)一步的，貝葉斯元胞備選節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率為：

29、

30、一種無人機(jī)高空自主返航避障系統(tǒng)，包括：

31、圖像獲取模塊，被配置為獲取無人機(jī)的拍攝圖像；

32、圖像分割模塊，被配置為對拍攝圖像進(jìn)行矩形設(shè)置，并網(wǎng)格化分割；

33、灰度處理模塊，被配置為對圖像進(jìn)行處理，得到各個分割區(qū)域的灰度值；

34、初步避障模塊，被配置為根據(jù)灰度值初步確定障礙物的位置和大小，控制無人機(jī)飛行高度；

35、最優(yōu)避障模塊，被配置為當(dāng)無人機(jī)前方對應(yīng)的分割區(qū)域的灰度值發(fā)生變化時，根據(jù)貝葉斯決策確定最優(yōu)路徑的規(guī)劃，調(diào)整無人機(jī)飛行最優(yōu)避障路徑。

36、作為可選擇的實(shí)施方式，所述系統(tǒng)部署于邊緣計(jì)算模塊上，所述模塊設(shè)置于無人機(jī)上。

37、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，用于存儲計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時，完成上述方法中的步驟。

38、一種電子設(shè)備，包括存儲器和處理器以及存儲在存儲器上并在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器運(yùn)行時，完成上述方法中的步驟。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

40、本發(fā)明創(chuàng)新性提供了一種無人機(jī)高空自主返航避障方法，采用灰度值判斷的方法處理高空返航避障問題，高空圖像背景環(huán)境單一，采用灰度值方案算法效率更高，效果較好；采用貝葉斯決策算法框架來確定無人機(jī)的最優(yōu)避障路線，區(qū)別于以往機(jī)械的拔高避障，繞障等方式，避障策略更加靈活效率更高。

41、本發(fā)明創(chuàng)新性提供了一種無人機(jī)高空自主返航避障系統(tǒng)，采用無人機(jī)自帶的攝像頭，硬件成本較低，在無人機(jī)側(cè)添加邊緣計(jì)算模塊能夠?qū)崟r地處理視頻流數(shù)據(jù)，無需將所有數(shù)據(jù)上傳至云端處理，減少網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗、降低延遲并提高隱私安全性。

42、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。