基于MAVLink通信的体积测量算法研究

电气工程与自动化！Di.+qi Gongcheng yu Zidonghua
基于M A VLink通信的体积测量算法研究
刘书华孙钊李佳张鑫刘伟良
（国网河北省电力有限公司石家庄市栾城区供电分公司，河北石家庄051430）
摘要：针对目前火电厂煤堆体积测量多采用人工丈量、移动扫描或定点激光扫描等方式的情况，研究设计了基于MAVLink 通信的无人机体积测量算法。

无人机在高于煤堆最高点的固定高度按照规定路线飞，通MAVLink通信 激光测距的，算煤堆表面散点的竖坐标，通GPS定位面坐标信息。

无人机飞,煤堆表面有限散点的坐标。

再通过Matlab煤堆表面，运用曲面的
积分煤堆体积—最煤堆的量
关键词：煤堆体积测量;MAVLink通信;三维坐标；反比加权插值拟合
0引言
火电厂作为传统发电企业，承担着大量发电任务［1］o
火电厂的计算煤，火电厂电的煤
于火电厂煤量的丈量计算，煤量的
理工作至关重要，且工作量巨大凹。

目前火电厂储煤量的
管理工作多为人工测量测量，测量精
度，用无人机扫描测量
基层人员工作强度，同时提高燃煤管理的科学性和精准度。

1测量平台简介
本文区别于以往单点激光测距模块安装在龙门吊和斗轮机上的方式，将点激光测于无人机上。

目前市面上的无人机已经具有很高的可靠性，能够在严苛的室外环境下稳定工作!3"。

同时，多家电厂可以共用一台无人机降低成，其复、利用高。

无人机上搭载点测量激光测分GPS定位模块，并配有双自由度微型云台。

首先，无人机采用分GPS定位系统定位，在高于煤堆最高点的固定高度按照规定的路线飞行，飞行轨迹遍历煤场上空。

飞行过程中，无人 机盘煤置激光测的
通过GPS定位无人机的坐标。

无人机飞
煤堆表面有限散点的坐标。

然，通Matlab
煤堆表面—利用面分计算煤堆体—最
得到煤堆质量。

无人机测量图如图1所示。

2数据提取及处理
2.1MAVLink通信协议的应用
一个完善的无人机通信协议是连接无人机与地面站的重要桥梁MAVLink是一个开源的基于C/C++或者其他语言的，够对微型飞器封解析的库叫它高速递C语言并送这些包地面控制站，具有传输速度快、安全性高的特点。

MAVLink内建的参数14字符的字，并1点参
取参数列表被激活后，发送请求消息。

板载组件接收到消息后，单独传送参数。

每个参数延后推迟发送，避免占用整写入参，动参表一次，参数送
2.2反比加权插值法拟合成面
利用差分GPS激光测量模块，可以得到煤堆表面各个离散点的三维坐标。

然后利用Matlab对得出的离散点坐标法拟合
插值法由地质工作者家，算法
法〔%"。

其是设面上分布一系已其位置坐标和竖坐标（!=1，2,3，，"）的散点，这些离散点在面的一点—通对散点的
点属性值［7］，有：
uSx，y）="2$（厂yj2（2）式中:为离散点（'””网格点#（'，y）的距离。

Wi（X，（= 卩⑶
式中：）!为权函数;！一2。

法散点的—在稀疏数据点区域会出现较多等值局部闭合所导致的“尖—的对体计算的并—所
计
煤堆图2所示，图中深灰色点由已知三维
12机电信息2021年第5期总第647
期
Dianqi Gongcheng yu Zidonghua♦电气工程与自动化
坐标的离散点组成。

无人机在垂直于深灰线的方向上定高匀速飞行，飞行速度越慢，深灰线间隔越小，误差越小，拟合的曲面就越精确。

根据离散点的三维坐标，通过距离反比加权插值法还原出煤堆原本的形状。

图2煤堆形状还原
2.3曲面二重积分计算体积
根据2.2部分，将通过反比加权插值法拟合的曲面函数
!("，#)进行二重积分运算[7]，即$=实现了整个煤堆曲面的煤堆体积的计算。

3误差分析
3.1横摆宽度限制
激光测距传于无人机的正下方，当飞行器匀速向飞行时，激光光光，在平面内进行左右偏离轴的60。

摆动，扫过一个120°的形平
面激光传距离煤堆的高度&，激光扫过的宽度最大为2&，这样可能不能扫描到煤堆表面的个离散点个，的法通过
飞行，个面点扫加飞行煤堆面高点的距离，加扫的度摆度3所
3.2重叠处差异处理
无人机飞行，离散点重
样，因为误差的存在，重复取样的离散点三维坐标可能存在差，的误差方法，就测的平数点的三维坐标
3.3光线遮挡
无人机飞行的时候，由于传感器的偏角只有60°，而光线直线传，部分面的离散点被遮挡，这样就影响了煤堆形状的还原閃，造成较大的测计算误差。

光线 4。

3.4角度误差
无人机飞行，，机，
还需考虑航偏角、俯仰角和横滚角，这些会影响角度测量，离散点的坐标，出现误差
4结语
本文采用无人机遍历飞行方式测量煤堆表面点的三维坐标，然后将坐标数据传送给计算机。

通过编写的上位机软件，用Matlab软件进行反比加权插值法拟合，还原煤堆面形状，再进行曲面积分，得煤堆的体积和质量。

这种测量方法新颖实用，可以近似测量煤堆的体积和质量，但还在一定的误差，希望今后缺陷得
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收稿日期：2020T2-23
作者简介:刘书华(1978—),男，河北石家庄人，工程师,研究方向：电网发展运维检修。

机电信息2021年第5期总第647期
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