一种水库消落带的无人机巡航路线规划方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水库消落带下的无人机巡航路线规划方法及系统。该方法包括：获取无人机巡检的地形数据以及水库的设计参数数据；根据无人机巡检的地形数据以及水库的设计参数数据划分重点区域以及特殊区域；根据水库的初始化环境地图和无人机自身参数确定最大迭代次数以及初始路径；对每个区域进行风险评估，确定每个区域的风险值；根据风险值对所有的区域进行排序，并将排序后的区域进行连通处理；将初始路径作为优化目标确定成本函数，并利用全局最优头脑风暴法对所述成本函数进行迭代，确定在最大迭代次数以内的最优飞行路径；根据最优飞行路径进行非常规巡检以及进行常规巡检。本发明专利技术提高了水库边坡巡检效率。本发明专利技术提高了水库边坡巡检效率。本发明专利技术提高了水库边坡巡检效率。

【技术实现步骤摘要】
一种水库消落带的无人机巡航路线规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及水库边坡巡检领域，特别是涉及一种水库消落带下的无人机巡航路线规划方法及系统。

技术介绍

[0002]中国小型水库数量多，且存在工程标准偏低，建设质量较差，老化失修严重，配套设施不全的等问题，部分存在严重的渗漏隐患。此外，在水库日常的运行中，库岸边坡除了在地质演化过程中形成的天然裂隙和短处、节理等地质不连续结构面外，由于开挖、灌浆以及蓄水的影响，产生了一些人工的裂缝。这些裂缝若不及时处理，将会引发库岸滑坡，而且成规模的库岸滑坡对库区和下游的影响往往是灾难性的。
[0003]消落带又称为水位涨落带、消涨带、消落带等，是指河流、湖泊、水库中由于季节性水位涨落，而使被水淹没的土地周期性出露水面，成为陆地的一段特殊区域。在目前水电站运行管理中，主要采用人工乘船开展库岸稳定巡检，不仅工作量大，耗时费力且巡航效果不理想，且不利于在周期内多次勘察，而且人工巡检在工作时很难有全局的概念，难免出现遗漏、不够全面等问题。此外，人工巡检难以获得距离水面3m以上的岸坡资料，对于水位变幅较大的区域，更是如此，无法满足普检到位的要求。目前常用的监测技术需要在该区域大规模布设位移监测传感器，也容易受到水体升降、风浪冲蚀等条件破坏，需要增加较多成本。相较与人工巡检，通过无人机上的传感器，可提供调查区域的完整图片，也能在固定周期内进行多次巡检，因此无人机巡检可视为有效的监测设备。
[0004]近年来，无人机技术发展迅速，由于其灵活、快速以及不受地形环境等条件制约的特点，被广泛的应用于大比例尺测绘，工程勘察等方面。将无人机应用于水库地形测量、边坡勘探可以很好地解决水库等水利工程由于区域覆盖面广、环境复杂、水位徒涨陡落所造成的巡航里程大、频率高和不及时等问题。
[0005]目前，使用无人机进行巡检时，常常采用遥控的方式，但由于库区范围大，环境复杂，使得通过节点传播的无线信号容易被水体、山体和植被等吸收，信号衰减厉害，容易对无人机的飞行造成影响。另外，通过导入DEM数据，自动生成巡检路径的方法，因为DEM的精度不够，也难以达到巡检的要求，此外，在使用无人机巡检时，常需要其进行悬停、转弯、垂直运动、俯仰运动等操作，人工操作难度大，若操作不当易造成无人机损坏，导致数据丢失。无人机在巡航时也受常到自身条件的限制，如无人机巡视易受到电池容量、飞行稳定性较差、机动性能较差等因素的制约。因此，如何优化无人机的巡航路线使其尽可能的收集信息变得十分重要。。
[0006]近年来，研究者提出可各种各样的无人机路线优化模型，如通过对偶拓扑收取的方法，将需要监测的区域转化为节点，将无人机的路线优化问题转化为旅行商问题；或是假定在某些区域沿着坡面飞行，其余区域仅是直线低空飞行的方法。由于库岸边坡以及水位涨落的存在，直接应用上述的方法是不可行的。
[0007]目前，在库岸稳定巡检工作中，也有部分使用无人机进行巡检，但使用的无人机重
量大，飞行时间段，巡航范围小，一般不能完成巡检任务或是需要频繁的起降和补给。此外，无人机没有进行专门的路径规划，巡检路线随意，没有充分利用巡航区域现有的地理信息数据和设计数据，科学性系统性较差，监测针对性弱，无法充分发挥无人机巡检的优势。
[0008]针对目前库岸巡检过程中特别是在针对水库消落带的巡检不充分和巡检效率低下的问题，亟需一种水库消落带下的无人机巡航路线规划方法或系统以达到高效巡检库岸的目的。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种水库消落带下的无人机巡航路线规划方法及系统，提高水库边坡巡检效率。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0011]一种水库消落带下的无人机巡航路线规划方法，包括：
[0012]获取无人机巡检的地形数据以及水库的设计参数数据；
[0013]根据所述无人机巡检的地形数据以及所述水库的设计参数数据将库区划分重点区域以及特殊区域；所述重点区域为已发生过滑坡的区域和设计参数数据中圈定的危险区域；所述特殊区域为在水库消落带范围内周期性露出地表的区域；
[0014]根据水库的初始化环境地图和无人机自身参数确定最大迭代次数以及初始路径；
[0015]对所述重点区域以及所述特殊区域进行风险评估，确定每个区域的风险值；
[0016]根据风险值对所有的区域进行排序，并将排序后的区域进行连通处理，确定连通图；
[0017]将所述初始路径作为优化目标确定成本函数，并利用全局最优头脑风暴法对所述成本函数进行迭代，确定在所述最大迭代次数以内的最优飞行路径；
[0018]根据所述最优飞行路径进行非常规巡检，同时根据所述水库的库区的边界，采用无人机直飞的方法进行常规巡检，得到常规巡检的巡检结果；并根据常规巡检的巡检结果返回所述根据所述无人机巡检的地形数据以及所述水库的设计参数数据划分重点区域以及特殊区域的步骤。
[0019]可选的，根据水库的初始化环境地图和无人机自身参数确定最大迭代次数以及初始路径，具体包括：
[0020]根据水库的初始化环境地图和无人机自身参数确定最大迭代次数和无人机路径的参数；所述无人机路径的参数包括：无人机路径的起点和终点、最大曲率以及下降角度；
[0021]对所述无人机路径进行初始化，确定B样条曲线的控制点；
[0022]根据所述控制点确定遍历所有区域的由起始点到终点的初始路径。
[0023]可选的，所述对所述重点区域以及所述特殊区域进行风险评估，确定每个区域的风险值，具体包括：
[0024]根据所述常规巡检获取巡检图像；
[0025]根据所述巡检图像，采用专家打分法、模糊综合评价法对所述重点区域以及所述特殊区域的风险评估，确定每个区域的风险值。
[0026]可选的，所述将所述初始路径作为优化目标确定成本函数，并利用全局最优头脑风暴法对所述成本函数进行迭代，确定在所述最大迭代次数以内的最优飞行路径，具体包
括：
[0027]将所述初始路径作为优化目标确定成本函数，并初始化优化目标权重和迭代次数；
[0028]根据所述迭代次数和所述最大迭代次数对优化目标权重进行更新；
[0029]利用全局最优头脑风暴法对所述成本函数进行迭代，确定在所述最大迭代次数以内的最优飞行路径。
[0030]可选的，所述常规巡检的巡航频率小于所述非常规巡检的巡航频率。
[0031]一种水库消落带下的无人机巡航路线规划系统，包括：
[0032]数据获取模块，用于获取无人机巡检的地形数据以及水库的设计参数数据；
[0033]区域划分模块，用于根据所述无人机巡检的地形数据以及所述水库的设计参数数据将库区划分重点区域以及特殊区域；所述重点区域为已发生过滑坡的区域和设计参数数据中圈定的危险区域；所述特殊区域为在水库消落带范围内周期性露出地表的区域；
[0034]路径处理分析模块，用于根据水库的初始化环境地图和无人机自身参数确定最大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水库消落带下的无人机巡航路线规划方法，其特征在于，包括：获取无人机巡检的地形数据以及水库的设计参数数据；根据所述无人机巡检的地形数据以及所述水库的设计参数数据将库区划分重点区域以及特殊区域；所述重点区域为已发生过滑坡的区域和设计参数数据中圈定的危险区域；所述特殊区域为在水库消落带范围内周期性露出地表的区域；根据水库的初始化环境地图和无人机自身参数确定最大迭代次数以及初始路径；对所述重点区域以及所述特殊区域进行风险评估，确定每个区域的风险值；根据风险值对所有的区域进行排序，并将排序后的区域进行连通处理，确定连通图；将所述初始路径作为优化目标确定成本函数，并利用全局最优头脑风暴法对所述成本函数进行迭代，确定在所述最大迭代次数以内的最优飞行路径；根据所述最优飞行路径进行非常规巡检，同时根据所述水库的库区的边界，采用无人机直飞的方法进行常规巡检，得到常规巡检的巡检结果；并根据常规巡检的巡检结果返回所述根据所述无人机巡检的地形数据以及所述水库的设计参数数据划分重点区域以及特殊区域的步骤。2.根据权利要求1所述的一种水库消落带下的无人机巡航路线规划方法，其特征在于，根据水库的初始化环境地图和无人机自身参数确定最大迭代次数以及初始路径，具体包括：根据水库的初始化环境地图和无人机自身参数确定最大迭代次数和无人机路径的参数；所述无人机路径的参数包括：无人机路径的起点和终点、最大曲率以及下降角度；对所述无人机路径进行初始化，确定B样条曲线的控制点；根据所述控制点确定遍历所有区域的由起始点到终点的初始路径。3.根据权利要求1所述的一种水库消落带下的无人机巡航路线规划方法，其特征在于，所述对所述重点区域以及所述特殊区域进行风险评估，确定每个区域的风险值，具体包括：根据所述常规巡检获取巡检图像；根据所述巡检图像，采用专家打分法、模糊综合评价法对所述重点区域以及所述特殊区域的风险评估，确定每个区域的风险值。4.根据权利要求1所述的一种水库消落带下的无人机巡航路线规划方法，其特征在于，所述将所述初始路径作为优化目标确定成本函数，并利用全局最优头脑风暴法对所述成本函数进行迭代，确定在所述最大迭代次数以内的最优飞行路径，具体包括：将所述初始路径作为优化目标确定成本函数，并初始化优化目标权重和迭代次数；根据所述迭代次数和所述最大迭代次数对优化目标权重进行更新；利用全局最优头脑风暴法对所述成本函数进行迭代，确定在所述最大迭代次数以内的最优飞行路径。5.根据权利要求1所述的一种水库消落带下的无人机巡航路线规划方法，其特征在于，所述常规巡检的巡航频率小于所述非常规巡检的巡航频率。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳春娜，申剑，余凌，吴必朗，胡纯卿，姜付仁，方仲超，李健源，吴万庆，刘轶，林俊杰，邱晓松，
申请(专利权)人：华电西藏能源有限公司，
类型：发明
国别省市：