二值圖像B(X，y)為：
[0041]其中:H(x，y)表示Η通道圖像中坐標(biāo)為(x，y)的像素灰度值。
[0042] 2c)對(duì)道路區(qū)域二值圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)膨脹、腐蝕運(yùn)算，獲得連續(xù)、完整的道路連通 區(qū)域，如圖1(c)所示。
[0043] 2d)檢測(cè)步驟2c)中提取的道路連通區(qū)域的外圍輪廓，從而確定道路區(qū)域邊緣，計(jì) 算道路邊緣中心線，將中心線作為目標(biāo)飛行軌跡，如圖1(d)所示。
[0044] 步驟3:通過(guò)以上步驟實(shí)現(xiàn)對(duì)巡航道路輪廓的提取，從而得到無(wú)人機(jī)目標(biāo)飛行軌跡 與實(shí)際位置的橫向偏移量，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的偏航控制，偏航控制器采用雙模參數(shù) 自校正模糊控制，同時(shí)俯仰控制采用定速飛行，雙?？刂破髟O(shè)計(jì)的系統(tǒng)原理圖如附圖2所 示，其執(zhí)行過(guò)程如下所示：
[0045] a、利用提取得到的道路中心線作為目標(biāo)飛行軌跡，以目標(biāo)飛行軌跡與無(wú)人機(jī)實(shí)際 位置偏差量值e、無(wú)人機(jī)當(dāng)前高度值Η計(jì)算得到當(dāng)量偏差值作為控制器的模式識(shí) 別判決量，t為當(dāng)量系數(shù)，為高度對(duì)視角的影響系數(shù)，這里t為28。
[0046] b、根據(jù)模式識(shí)別判決量V，選用相應(yīng)的控制器，當(dāng)Ik'hre時(shí)選用參數(shù)自校正 模糊控制器，當(dāng)I e' I〈V thre時(shí)選用PI控制器，^ thre為模式識(shí)別判決量閾值，這里V thre為20。
[0047] 當(dāng)I e' I thre時(shí)選用參數(shù)自校正模糊控制器，參數(shù)自校正模糊控制器的控制流程 圖如附圖3所示，通過(guò)如下方法加以實(shí)現(xiàn)：
[0048] 1 )、輸入輸出變量的選擇以及語(yǔ)言變量賦值表的建立。以道路中心線與無(wú)人機(jī)實(shí) 際位置的偏差量e和偏差量的變化率ec作為控制器的輸入，偏航控制量u作為控制器的輸 出，同時(shí)設(shè)置論域的大小:輸入變量e的基本論域[-120，120 ]，輸入語(yǔ)言變量的E的基本論域 為[-6-5-4-3-2-1-0+0+1+2+3+4+5+6]，誤差量化因子初始值 1 = 6/120 = 1/20<^ 選取 8 個(gè)語(yǔ) 言值:PB、PM、PS、PO、NO、NS、匪、NB。輸入語(yǔ)言變量EC以及輸出語(yǔ)言變量U的論域選取和E- 致，語(yǔ)言變量賦值表如下表所示。
[0049] 表1語(yǔ)言變量E賦值表
[0052] 表2語(yǔ)言變量EC賦值表 [0053]
[0054] 表3語(yǔ)言變量U賦值表
[0057] 2 )、建立模糊參數(shù)調(diào)整器，調(diào)整器的輸入為量化后的E以及無(wú)人機(jī)的高度值Η，由此 查詢自適應(yīng)控制器參數(shù)調(diào)整表得到控制器的調(diào)整倍數(shù)N，并得到新的量化因子ke'=ke*N、 kec ' = kec*N和比例因子ku ' = ku/N，并由此得到新的量化后的E和EC。參數(shù)表建立的規(guī)則是在 大誤差時(shí)降低ke和k%，加大比例因子k u;在小誤差時(shí)增大ke和k%，減小比例因子ku，自適應(yīng)控 制器參數(shù)調(diào)整表如下：
[0058] 表4自適應(yīng)控制器參數(shù)調(diào)整表
[0060] 3)、設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則庫(kù)，模糊控制規(guī)則是對(duì)專家控制規(guī)則加以總結(jié)，根據(jù)總結(jié)的 結(jié)果建立控制規(guī)則表。根據(jù)模糊語(yǔ)句"if E and EC then U"得到相應(yīng)的模糊關(guān)系Ri，從而 建立起模糊控制規(guī)則表，進(jìn)一步的得到系統(tǒng)的模糊關(guān)系
在此基礎(chǔ)上建立根據(jù)推 理合成規(guī)則，得到輸出模糊集= (五X(qián)規(guī)^并將論域中所有元素進(jìn)行遍歷，從而得到 并建立起模糊控制器查詢表。模糊控制規(guī)則表以及模糊控制器查詢表如下所示：
[0061] 表5模糊控制規(guī)則表
[0064] 表6模糊控制器查詢表
[0066] 4)、根據(jù)量化后的控制量，查詢模糊控制器查詢表，得到相應(yīng)的輸出量，并乘以比 例因子，得到輸出的偏航控制量u，無(wú)人機(jī)根據(jù)此偏航控制量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的偏航控制， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的道路巡檢。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多旋翼無(wú)人機(jī)的智能道路巡檢控制方法，包括W下幾個(gè)步驟： 步驟1:通過(guò)云臺(tái)控制單元控制機(jī)載云臺(tái)圖像傳感器，使圖像傳感器垂直向下，圖像傳 感器獲取得到無(wú)人機(jī)正下方圖像信息； 步驟2:通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載的圖像傳感器獲取路面圖像信息，通過(guò)圖像處理提取得到道路 中屯、線； 步驟3:利用提取得到的道路中屯、線與無(wú)人機(jī)實(shí)際位置的偏差值進(jìn)行無(wú)人機(jī)的飛行控 審IJ，在確定控制底層驅(qū)動(dòng)后，只進(jìn)行無(wú)人機(jī)俯仰與偏航控制，對(duì)于俯仰控制，采用定速飛行； 對(duì)于偏航控制，采用雙模參數(shù)自校正模糊PID控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多旋翼無(wú)人機(jī)的智能道路巡檢控制方法，所述的步驟2中 通過(guò)圖像處理提取得到道路中屯、線的具體步驟如下： (1) 將拍攝得到的圖像從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到HSV顏色空間； (2) 提取Η通道圖像，通過(guò)顏色區(qū)間分割道路區(qū)域； (3) 對(duì)道路區(qū)域進(jìn)行形態(tài)學(xué)膨脹運(yùn)算，消除道路上物體造成的空桐； (4) 提取得到道路邊緣，將得到的道路邊緣中屯、線作為目標(biāo)飛行軌跡。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多旋翼無(wú)人機(jī)的智能道路巡檢控制方法，所述的步驟3中 偏航控制所采用的雙模參數(shù)自校正模糊PID的實(shí)現(xiàn)步驟如下： (1) 利用提取得到的道路中屯、線與無(wú)人機(jī)實(shí)際位置得到橫向位置偏差量值e、W及無(wú)人 機(jī)當(dāng)前高度信息Η作為控制器的模式識(shí)別判決量； (2) 根據(jù)模式識(shí)別判決量e，同時(shí)設(shè)置模式識(shí)別判決量闊值ethrel，在誤差值e〉ethrei時(shí)應(yīng) 用參數(shù)自校準(zhǔn)模糊控制，在誤差值e ^ ethrel時(shí)，應(yīng)用PI控制； (3) 誤差值e〉ethrei時(shí)，參數(shù)自校正模糊控制器設(shè)計(jì)如下： stepl: W道路中屯、線與無(wú)人機(jī)實(shí)際位置的橫向偏差量e和偏差量的變化率ec作為控制 器的輸入，偏航控制量U作為控制器的輸出；同時(shí)設(shè)置論域的大小:輸入變量偏差值eW及偏 差變化率ec的論域范圍分別為：[6。1。，6。3、]、[6如1。，6如3、]，輸出變量偏航控制量11的論域范 圍為：[Umin，Umax]，同時(shí)根據(jù)輸入變量偏差、偏差變化率W及輸出變量的論域范圍的大小設(shè) 置輸入語(yǔ)言變量E、ECW及輸出語(yǔ)言變量U的論域分別為Χ、Υ、Ζ，根據(jù)輸入、輸出語(yǔ)言變量論 域的大小選取模糊語(yǔ)言值，并建立起模糊語(yǔ)言與語(yǔ)言變量相對(duì)應(yīng)的變量賦值表，語(yǔ)言變量 賦值表根據(jù)需要的控制精度W及實(shí)際控制經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行建立;此后，進(jìn)行輸入變量的模糊化，W 預(yù)先設(shè)定的量化因子ke、ke。分別乘W采樣得到的橫向偏差量e和偏差的變化率ec由此得到 量化后的E和EC; step2:建立模糊參數(shù)調(diào)整器，調(diào)整器的輸入為量化后的EW及無(wú)人機(jī)的高度值H，由此 查詢自適應(yīng)控制器參數(shù)調(diào)整表得到控制器的調(diào)整倍數(shù)N，并得到新的量化因子ke'=ke*N、 kec'=kec*N和比例因子ku'=ku/N，式中的ku為預(yù)先設(shè)定的比例因子，并由此得到新的量化 后的E和EC; step3:設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則庫(kù):根據(jù)論域中每一條輸入經(jīng)模糊控制規(guī)則庫(kù)得到的輸出， 建立模糊控制器查詢表;根據(jù)模糊語(yǔ)句"if E and EC then U"得到相應(yīng)的模糊關(guān)系將 每條模糊關(guān)系進(jìn)行歸納，建立起模糊控制規(guī)則表，得到總的模糊關(guān)系戈巧,，模糊控制器 /二1 查詢表的建立是根據(jù)輸入語(yǔ)言變量E和EC論域中所有元素 Χ、Υ作模糊運(yùn)算 C/ = ? Εν 并將論域中所有元素進(jìn)行遍歷，最終得到； step4:根據(jù)量化后的控制量，查詢模糊控制器查詢表，得到相應(yīng)的輸出量Υ，并乘W比 例因子ku'，得到輸出的偏航控制量U;無(wú)人機(jī)根據(jù)偏航控制量實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的偏航控制； (4)誤差值e含ethrei時(shí)，應(yīng)用PI控制器即比例積分控制器，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的偏航控制。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多旋翼無(wú)人機(jī)的智能道路巡檢控制方法，包括步驟1：通過(guò)云臺(tái)控制單元控制機(jī)載云臺(tái)圖像傳感器，使圖像傳感器垂直向下，圖像傳感器獲取得到無(wú)人機(jī)正下方圖像信息。步驟2：通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載的圖像傳感器獲取路面圖像信息，通過(guò)圖像處理提取得到道路中心線。步驟3：利用提取得到的道路中心線與無(wú)人機(jī)實(shí)際位置的偏差值進(jìn)行無(wú)人機(jī)的飛行控制。同時(shí)為了降低控制的耦合性，在設(shè)計(jì)好控制底層驅(qū)動(dòng)后只進(jìn)行無(wú)人機(jī)的俯仰與偏航控制。對(duì)于俯仰控制，采用定速飛行；對(duì)于偏航控制，采用雙模參數(shù)自校正模糊PID控制。本發(fā)明應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行道路巡檢，可以很大程度上降低現(xiàn)有的應(yīng)用巡邏車輛進(jìn)行道路巡檢的成本，同時(shí)巡檢的視野范圍廣，不受道路交通狀況的限制。
【IPC分類】G05D1/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105549603
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510890484
【發(fā)明人】王云鵬, 余貴珍, 王章宇, 于海洋, 馬亞龍
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月7日