输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法，涉及输配电线路密集走廊巡检领域，包括，定义无人机协同巡检多基站模型的决策变量，构建无人机协同巡检多基站模型；基于无人机协同巡检多基站模型进行多层染色体杂交编码；通过双种群选择得到无人机协同巡检的最优路径。提出一种创新的多无人机协同巡检模式，引入无人机充电站，解决无人机执行单一任务时功率不足的问题；建立一个多无人机带充电站飞行推销员问题模型，该模型允许无人机在一次飞行中对多个塔进行巡检；设计了一种改进的多级染色体杂交编码和多种群选择遗传算法，使无人机决定执行巡检任务或充电，提高了检查效率，减少了资源利用，灵活性好、环境适应性强。强。强。

【技术实现步骤摘要】
输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法及系统


[0001]本专利技术涉及输配电线路密集走廊巡检领域，特别是输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国输配电网基础设施建设发展迅速。随着输配电线路分布范围和密度的增大，输配电线路设备总是长期暴露在野外环境中。因此，设备受到自然灾害、动植物入侵、人为因素等不同程度的破坏。与此同时，电力事故对人类和社会生活产生了巨大的影响。为了保证输配电线路的正常运行，供电公司需要对输配电塔和输配电线路进行定期细致的检查。但是，以往对传动设备的人工检查存在以下问题：人身安全高风险，检查效率低，资源成本高。
[0003]无人机具有灵活性好、环境适应性强、效率高、不负责任等优点。因此，无人机巡检逐渐成为一种流行的传输设备巡检方式。然而随着输配电线路密集走廊的快速发展，无人机在输配电线路巡检任务中遇到了新的挑战。虽然以往的研究在这一领域取得了显著的成功，但它们主要集中在单无人机自动巡检和无人机路径规划任务上，没有考虑多无人机协同巡检任务。由于这些问题的存在，严重限制了无人机的发展潜力。
[0004]目前，工程师通常是控制一架无人机来执行巡检任务，或者使用单架无人机进行自动巡检。针对这些问题，我们提出了一种创新的多无人机协同巡检模式，引入了无人机充电站，解决了无人机执行单一任务时功率不足的问题。在无人机飞行推销员问题(TSP
‑
D)的基础上，建立了一个多无人机带充电站飞行推销员问题模型(MU
‑
TSP
‑<br/>C)，该模型允许无人机在一次飞行中对多个塔进行巡检。具体而言，设计了一种改进的多级染色体杂交编码和多种群选择遗传算法(CH&amp;DS
‑
GA)，可以使无人机决定执行巡检任务或充电。
[0005]本专利提出了一种多无人机协同巡检模型，用于输配电线路密集走廊巡检。引入无人机充电站，以便无人机可以在一次飞行中执行尽可能多的任务。对于这个模型功能，我们提出了一个名为MU
‑
TSP
‑
C的模型并设计了一种改进的多级染色体混合编码和双群体选择的遗传算法，以获得满意的解决方案。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述和/或现有的输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法中存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术所要解决的问题是：检查效率低和无人机执行单一任务时功率不足的问题。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：输配电线路巡检多无人机协同
任务分配方法，其包括，定义无人机协同巡检多基站模型的决策变量，构建无人机协同巡检多基站模型；基于无人机协同巡检多基站模型进行多层染色体杂交编码；通过双种群选择得到无人机协同巡检的最优路径。
[0010]作为本专利技术所述输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法的一种优选方案，其中：所述决策变量表示为，
[0011][0012][0013][0014]其中，表示为无人机k从任务点j飞往充电桩c的决策变量，表示为无人机k从任务i飞往任务j的决策变量，表示为无人机k从任务i飞往充电桩c的决策变量，i表示为第i个无人机或者任务，j表示为第j个任务，c表示充电站编号，k表示无人机编号，U表示所有无人机的集合，C表示所有充电站集合，T表示所有任务的集合。
[0015]作为本专利技术所述输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法的一种优选方案，其中：所述无人机协同巡检多基站模型包括，构建约束条件表示为，
[0016][0017][0018][0019][0020]其中，任务点j到最近的充电站c之间的距离，是无人机k从充电站c飞到任务点i的时间，是无人机k充电站c的充电时间，是无人机k从任务点i飞到任务点j的时间，表示为无人机k从任务点j飞往充电桩c的决策变量，表示为无人机k从任务i飞往任务j的决策变量，表示为无人机k从任务i飞往充电桩c的决策变量。
[0021]作为本专利技术所述输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法的一种优选方案，其中：所述构建约束条件还表示为，
[0022][0023][0024]其中，表示剩下部分无人机起始点的功率，p
u
表示为飞行功率，v表示为无人机的飞行速度。
[0025]作为本专利技术所述输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法的一种优选方案，其中：所述多层染色体杂交编码包括，多级整数编码染色体杂交和突变操作；
[0026]所述多级整数编码染色体杂交通过染色体之间的交叉改变染色体的基因序列；
[0027]所述突变操作通过改变染色体中的基因或基因位置来产生新的染色体；无人机编码和电荷编码采用单点突变方法，任务编码采用片段突变法。
[0028]作为本专利技术所述输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法的一种优选方案，其中：所述双种群选择包括，精英预订策略和轮盘选择策略；
[0029]所述精英预订策略包括，计算人群中所有个体的适应度，按适当比例选择适应度大的个体；
[0030]所述轮盘选择策略包括，将适应度转化为选择概率，适应度值大的染色体被选择到下一代的概率大；
[0031]对精英预订策略选择的染色体进行轮盘选择策略，通过轮盘选择策略的新生成的染色体为可行的染色体，可行染色体对应的路径为最优路径，若染色体未通过轮盘选择策略，判断为不可行染色体。
[0032]作为本专利技术所述输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法的一种优选方案，其中：所述不可行染色体包括，根据所述约束条件，将不可行染色体的适应度定义为无穷大值M，不可行的染色体将被返回并再生，直到相应的适应度值小于M。
[0033]本专利技术的另外一个目的是提供输配电线路巡检多无人机协同任务分配系统，其能通过输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法，解决了选取最优路径的问题。
[0034]输配电线路巡检多无人机协同任务分配系统，其包括，染色体矫正模块，路径选择模块，信息采集模块，决策模块。
[0035]作为本专利技术所述输配电线路巡检多无人机协同任务分配系统的一种优选方案，其中：所述染色体矫正模块，对染色体进行多级整数编码杂交和突变操作，产生新的染色体。
[0036]作为本专利技术所述输配电线路巡检多无人机协同任务分配系统的一种优选方案，其中：所述路径选择模块，利用精英选择策略和轮盘选择策略选择的染色体所对应的路径作为最优路径。
[0037]作为本专利技术所述输配电线路巡检多无人机协同任务分配系统的一种优选方案，其中：所述信息采集模块，利用无人机收集输配电线路的各种数据和信息。
[0038]作为本专利技术所述输配电线路巡检多无人机协同任务分配系统的一种优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法，其特征在于：包括，定义无人机协同巡检多基站模型的决策变量，构建无人机协同巡检多基站模型；基于无人机协同巡检多基站模型进行多层染色体杂交编码；通过双种群选择得到无人机协同巡检的最优路径。2.如权利要求1所述的输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法，其特征在于：所述决策变量表示为，决策变量表示为，决策变量表示为，其中，表示为无人机k从任务点j飞往充电桩c的决策变量，表示为无人机k从任务i飞往任务j的决策变量，表示为无人机k从任务i飞往充电桩c的决策变量，i表示为第i个无人机或者任务，j表示为第j个任务，c表示充电站编号，k表示无人机编号，U表示所有无人机的集合，C表示所有充电站集合，T表示所有任务的集合。3.如权利要求2所述的输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法，其特征在于：所述无人机协同巡检多基站模型包括，构建约束条件表示为，无人机协同巡检多基站模型包括，构建约束条件表示为，无人机协同巡检多基站模型包括，构建约束条件表示为，无人机协同巡检多基站模型包括，构建约束条件表示为，其中，任务点j到最近的充电站c之间的距离，是无人机k从充电站c飞到任务点i的时间，是无人机k充电站c的充电时间，是无人机k从任务点i飞到任务点j的时间，表示为无人机k从任务点j飞往充电桩c的决策变量，表示为无人机k从任务i飞往任
务j的决策变量，表示为无人机k从任务i飞往充电桩c的决策变量。4.如权利要求3所述的输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法，其特征在于：所述构建约束条件还表示为，构建约束条件还表示为，其中，表示剩下部分无人机起始点的功率，p
u
表示为飞行功率，v表示为无人机的飞行速度。5.如权利要求4所述的输配电线路巡检多无人机协同任务分配方法，其特征在于：所述多层染色体杂交编码包括，多级整数编码染色体杂交和突变操作；所述多级整数编码染色体杂交通过染色体之间的交叉改变染...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊波，张智华，罗哲轩，孙斌，周重孚，金涛，皮忠超，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司输电分公司，
类型：发明
国别省市：