一种架空线路无人机巡检策略优化方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种架空线路无人机巡检策略优化方法和系统，包括以下步骤：S1：采集巡检数据，将巡检数据传输至服务器；S2：从服务器提取巡检数据并根据巡检数据建立映射模型；S3：确定模型参数，设置模型参数，建立约束条件和目标函数；S4：基于目标函数建立并求解巡检策略模型，得到巡检优化路径；S5：映射模型展示巡检优化路径。本发明专利技术的有益效果是：能制定和优化无人机巡检路径。化无人机巡检路径。化无人机巡检路径。

【技术实现步骤摘要】
一种架空线路无人机巡检策略优化方法和系统


[0001]本专利技术涉及无人机巡检
，特别涉及一种架空线路无人机巡检策略优化方法和系统。

技术介绍

[0002]电力系统主要采用架空线路输送电能，随着输电线路分布范围愈加宽广而复杂，传统的人工、机器人或机械设备等巡检方式已无法满足输电线路的巡检任务。
[0003]现有技术中，技术人员在地面工作站远程操作无线遥控设备和程序，采集架空线路的各种信息并通过传输设备将信息返回到地面工作站，实现无人机的自主巡检作业。但是技术人员缺乏针对不同巡检任务制定对应巡检策略，无人机巡检策略制定较为粗放。存在不能制定和优化无人机巡检路径的问题。
[0004]例如，一种在中国专利文献上公开的“输电线路的预警系统和输电线路”，其公告号：CN106771864A，其申请日：2016年12月12日，该专利技术解决了对仅能够对输电线路发现的隐患进行存档导致不能直观的确定隐患的技术问题，但是存在不能制定和优化无人机巡检路径的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术不能制定和优化无人机巡检路径的不足，本专利技术提出了一种架空线路无人机巡检策略优化方法和系统，能制定和优化无人机巡检路径。
[0006]以下是本专利技术的技术方案，一种架空线路无人机巡检策略优化方法，包括以下步骤：
[0007]S1：采集巡检数据，将巡检数据传输至服务器；
[0008]S2：从服务器提取巡检数据并根据巡检数据建立映射模型；
[0009]S3：确定模型参数，设置模型参数，建立约束条件和目标函数；
[0010]S4：基于目标函数建立并求解巡检策略模型，得到巡检优化路径；
[0011]S5：映射模型展示巡检优化路径。
[0012]本方案中，采集巡检数据，将巡检数据传输至服务器，从服务器提取巡检数据并根据巡检数据建立映射模型，确定模型参数，设置模型参数，建立约束条件和目标函数，基于目标函数建立并求解巡检策略模型，得到巡检优化路径，映射模型展示巡检优化路径。构建的目标函数包括效率目标函数、配置目标函数和损耗目标函数，能够从无人机效率、配置和损耗层面制定和优化无人机巡检路径。
[0013]作为优选，步骤S1中，巡检数据包括电压等级、线路名称、区域线路长度、区域杆塔数量、杆塔GPS坐标、杆塔高度、区域地形参数、线路投产时间、照片数据和视频数据。
[0014]本方案中，巡检数据包括电压等级、线路名称、区域线路长度、区域杆塔数量、杆塔GPS坐标、杆塔高度、区域地形参数、线路投产时间、照片数据和视频数据。通过采集模块获取电力杆塔、电力线路和无人机的数据作为巡检数据，巡检数据用于创建映射模型和参与
巡检策略模型的计算得出巡检优化路径，提高数据的有效性。
[0015]作为优选，步骤S2中，映射模型为三维模型和数字孪生模型中的一种或多种。
[0016]本方案中，处理模块用于根据巡检数据建立电力杆塔、电力线路和无人机的映射模型，映射模型可以三维模型或数字孪生模型。若处理模块建立的映射模型为数字孪生模型，则还需使用云渲染服务器。能够直观查阅无人机的巡检位置和状态。
[0017]作为优选，步骤S3中，约束条件包括高效性约束、可行性约束、周期性约束和安全性约束，基于约束条件构建惩罚函数；
[0018]其中，高效性约束表示巡检路线是一条从任意站点起飞在任意站点降落的完整路径，可行性约束表示无人机巡检时在最大续航时间内回到站点，周期性约束表示巡检结束后仓库无人机数量保持不变，安全性约束表示无人机巡检时自身的安全性和无人机与输电线路和杆塔的安全距离。
[0019]本方案中，约束条件包括高效性约束、可行性约束、周期性约束和安全性约束。其中，高效性约束表示规划巡检路线是一条从任意站点起飞在任意站点降落的完整路径。在满足巡检任务要求下，避免巡检路径重复、规划航点距离来缩短巡检路径长度、提高飞行速度以缩短巡检时长。可行性约束表示任务进行时，每个任务服务时间不定，参与巡检任务的无人机要在最大续航时间内回到站点，顺利完成巡检路径。避免无人机在巡检途中能耗损失殆尽的情况。周期性约束表示每次巡检任务结束后，每个仓库原有无人机数量保持不变，以保证路径规划方案可周期性使用。安全性约束表示包括无人机飞行自身的安全性和与输电线路和杆塔的安全距离。在实际巡检中，惩罚函数表达式如下：
[0020]h＝ax1+bx2+cx3+
…
+z
[0021]上式中，a,b,c,z为常数，x
i
为不同的约束条件。
[0022]作为优选，基于惩罚函数构建效率目标函数、配置目标函数和损耗目标函数，基于效率目标函数、配置目标函数和损耗目标函数构建目标函数；
[0023]其中，效率目标函数用于最小化巡检总时间，配置目标函数用于最小化无人机总数量，损耗目标函数用于最小化巡检路径总长度。
[0024]本方案中，效率目标函数用于最小化巡检总时间(T)。一架无人机的巡检时间为从起飞开始直到降落，所有无人机的巡检时间之和为总巡检时间。假设一条路径有n+1个目标点，效率目标函数表达式如下：
[0025][0026]上式中，t
i
表示第i段线路的巡检时间，h表示惩罚函数，n为目标点数量。
[0027]配置目标函数用于最小化无人机总数量(N)。一条从站点起飞后在站点降落的路径定义为一架无人机的飞行路径，无人机群以队列形式模拟各自的飞行路线。假设一条路径有n+1个目标点，配置目标函数表达式如下：
[0028]f2(x)＝N+h
[0029]上式中，N为无人机总数量，h表示惩罚函数。
[0030]损耗目标函数用于最小化巡检路径总长度(S)。实际线路巡检中，可以根据无人机达到的两个相邻路径节点，计算整个线路节点总的路径长度，假设一条路径有n+1个目标点，损耗目标函数表达式如下：
[0031][0032]上式中，s
i
表示第i段线路的巡检路径长度，h表示惩罚函数，n为目标点数量。
[0033]结合效率目标函数、配置目标函数和损耗目标函数的表达式，路径规划的目标函数表达式如下：
[0034][0035]上式中，f1(x)为效率目标函数，f2(x)为配置目标函数，f3(x)为损耗目标函数。
[0036]作为优选，基于效率目标函数建立效率最优巡检策略模型：以最大化飞行距离、飞行高度、最小化直飞距离对无人机巡检路径进行约束，基于改进RRT算法以评估函数判断搜索中高度空间，确定无人机巡检优化路径。
[0037]本方案中，最大化飞行距离约束表示无人机的最大续航能力有限，飞行距离也受电池限制，为了保障飞行安全，设置最远飞行距离。无人机的飞行路径是由飞行轨迹{l
i
|i＝1,2,...,n}组成，最大化飞行距离约束表达式如下：
[0038][0039]上式中，||l
i
||为无人机某一段飞行距离，L
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种架空线路无人机巡检策略优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采集巡检数据，将巡检数据传输至服务器；S2：从服务器提取巡检数据并根据巡检数据建立映射模型；S3：确定模型参数，设置模型参数，建立约束条件和目标函数；S4：基于目标函数建立并求解巡检策略模型，得到巡检优化路径；S5：映射模型展示巡检优化路径。2.根据权利要求1所述的一种架空线路无人机巡检策略优化方法，其特征在于，步骤S1中，巡检数据包括电压等级、线路名称、区域线路长度、区域杆塔数量、杆塔GPS坐标、杆塔高度、区域地形参数、线路投产时间、照片数据和视频数据。3.根据权利要求1所述的一种架空线路无人机巡检策略优化方法，其特征在于，步骤S2中，映射模型为三维模型和数字孪生模型中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种架空线路无人机巡检策略优化方法，其特征在于，步骤S3中，约束条件包括高效性约束、可行性约束、周期性约束和安全性约束，基于约束条件构建惩罚函数；其中，高效性约束表示巡检路线是一条从任意站点起飞在任意站点降落的完整路径，可行性约束表示无人机巡检时在最大续航时间内回到站点，周期性约束表示巡检结束后仓库无人机数量保持不变，安全性约束表示无人机巡检时自身的安全性和无人机与输电线路和杆塔的安全距离。5.根据权利要求4所述的一种架空线路无人机巡检策略优化方法，其特征在于，基于惩罚函数构建效率目标函数、配置目标函数和损耗目标函数，基于效率目标函数、配置目标函数和损耗目标函数构建目标函数；其中，效率目标函数用于最小化巡检总时间，配置目标函数用于最小化无人机总数量，损耗目标函数用于最小化巡检路径总长度。6.根据权利要求1或4所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：程亮亮，吴松，曹征领，李浩言，王华伟，刘平平，肖杨明，程潜，季世超，宋庆彬，
申请(专利权)人：浙江泰仑电力集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：