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专利号: 2024103999285
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于无人机监测盲区数据补全的表面位移测量方法,其特征在于,具体方法如下:根据待测量边坡,预设规划测量航线;

控制无人机按预设规划测量航线飞行,无人机搭载的激光雷达扫描待测量边坡;

将激光雷达测量的边坡数据划分为若干窗口数据,将每个窗口数据输入诊断模型判定是否存在监测盲区;

若存在监测盲区,获取盲区范围,并标记对应窗口为盲区窗口;

调取盲区范围相邻的数据,联合盲区范围内的数据,一并构建补全数据集;

根据补全数据集,预测盲区范围的预测数据;

所述诊断模型为卷积神经网络模型,判定是否存在监测盲区,具体方法如下:求取所有窗口的平均数值,将每个窗口的每个数值根据大小转换为RGB值;

将每个窗口的若干RBG值输入卷积神经网络模型;

卷积神经网络模型输出是否存在监测盲区,以及监测盲区的区域;

所述补全数据集包括盲区范围边缘预设区域的相邻数据区域,以及删除盲区内数据后的空白区域;

预测盲区范围的预测数据,具体方法如下:

将空白的盲区全为若干行和若干列;

分别调取每行盲区左右最相邻的两个数值,以插值法填充盲区内每个空白数据格,填充的内容命名为行预测数据;

分别调取每行盲区上下最相邻的两个数值,以插值法填充盲区内每个空白数据格,填充的内容命名为列预测数据;

根据预测权重,加权行预测数据和列预测数据,获取盲区预测数据。

2.如权利要求1所述的基于无人机监测盲区数据补全的表面位移测量方法,其特征在于,所述无人机为四旋翼无人机,动力学模型如下:式中, 分别表示四旋翼无人机加速度, 分别表示四旋翼无人机滚转角、俯仰角和偏航角的加速度, 分别为表示四旋翼无人机滚转角、俯仰角和偏航角的速度,Ixx、Iyy、Izz分别表示四旋翼无人机绕坐标系三个坐标轴方向上的转动惯量,m为四旋翼无人机的质量,g为重力加速度;

其中:

式中,UL为总拉力,τx、τy、τz分别为绕机体轴三个方向上的转动力矩,ωi为四个螺旋桨的转速,l为螺旋桨中心到四旋翼无人机重心的距离,CT为推力系数,CM为反扭矩系数。

3.如权利要求1所述的基于无人机监测盲区数据补全的表面位移测量方法,其特征在于,控制无人机的具体方法如下:以下一时刻轨迹校正值Xc(k+1)修正下一时刻期望轨迹Xref(k+1),获取下一时刻新的状态量Xe(k+1);

以下一时刻新的状态量Xe(k+1),通过优化求解当前时刻最优控制量U(k);

将当前时刻最优控制量U(k)输入无人机状态预测模型,获取下一时刻无人机预测状态Xpre(k+1);

以当前最优控制量U(k)控制四旋翼无人机,记录四旋翼无人机下一时刻的实际状态Y(k+1);

根据下一时刻无人机预测状态Xpre(k+1)和下一时刻无人机实际状态Y(k+1),再计算下下时刻轨迹校正值Xc(k+2)。

4.如权利要求3所述的基于无人机监测盲区数据补全的表面位移测量方法,其特征在于,当前时刻轨迹校正值Xc(k)、下一时刻期望轨迹Xref(k+1)、新的状态量Xe(k+1)、预测状态Xpre(k+1)和实际状态Y(k+1)均包括无人机状态属性,所述无人机状态属性包括:无人机位置坐标x、y、z,无人机速度 无人机加速度无人机姿态角 θ、ψ,姿态角速度 姿态角加速度

5.如权利要求4所述的基于无人机监测盲区数据补全的表面位移测量方法,其特征在于,优化求解当前时刻最优控制量U(k),具体方法如下:以ω1、ω2、ω3、ω4作为优化变量,确定约束条件;

根据初始化优化变量U0(k)以及当前时刻的无人机实际状态Y(k),计算下一时刻对应的预测状态属性计算该配置优化变量的适应度;

在约束条件内改变优化变量配置,重新计算改变后优化变量配置对应的适应度;

重复改变优化变量配置,以及计算对应的适应度,直到适应度小于预设目标或迭代次数完成;

选取适应度最小时,对应的ω1、ω2、ω3、ω4作为当前时刻最优控制量U(k);

计算下一时刻对应的预测状态属性 具体方法如下:若下一时刻轨迹校正值|Xc(k+1)|

J=|Xpre(k+1)‑Xref(k+1)|。

6.如权利要求4所述的基于无人机监测盲区数据补全的表面位移测量方法,其特征在于,所述无人机状态预测模型为BP神经网络模型,将无人机当前时刻的实际状态Y(k)以及当前时刻最优控制量U(k)输入训练好的BP神经网络模型,BP神经网络模型输出下一时刻无人机预测状态Xpre(k+1)。

7.如权利要求4所述的基于无人机监测盲区数据补全的表面位移测量方法,其特征在于,轨迹校正值计算公式为:Xc(k+1)=Xpre(k)‑Y(k)

下一时刻新的状态量计算公式为:

Xe(k+1)=Xref(k+1)+Xc(k+1)。

8.如权利要求1所述的基于无人机监测盲区数据补全的表面位移测量方法,其特征在于,所述预测权重获取方法如下:初始化所有盲区空白数据格的权重;

单独调整盲区每个空白数据格的权重,构建权重矩阵;

以权重矩阵加权行、列预测数据与盲区真实数据的差的绝对值作为评价指标;

选取绝对值最小的评价指标对应的权重矩阵作为预测权重。