一种输电线路无人机巡检任务自动规划方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种输电线路无人机巡检任务自动规划方法、装置、设备及介质，所述方法包括：根据预获取的无人机巡检任务信息，确定无人机起降位置、杆塔坐标位置和自助充电位置，划分巡视覆盖区域，在区域内设置路径点；在不考虑无人机出现突发性故障情况下，将无人机电量和无人机途径区域的气象数据作为限制条件，建立无人机巡检任务规划模型。该输电线路无人机巡检任务自动规划方法、装置、设备及介质，通过构建模型和算法求解，基于任务数据、气象数据等信息生成距离短、安全系数高的巡视路线，并根据无人机机型转换为无人机所适配的标准航线文件，下发至无人机执行，满足单任务多杆塔的巡检需求，提升输电线路无人机自主巡检效率和安全水平。率和安全水平。率和安全水平。

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路无人机巡检任务自动规划方法、装置、设备及介质


[0001]本专利技术涉及一种输电线路无人机巡检任务自动规划方法、装置、设备及介质，属于输电线无人巡检


技术介绍

[0002]在电力系统中，输电运维专业的主要任务之一便是对输电线路设备巡检检查、维护管理，及时发现设备存在的问题。随着多旋翼无人机技术的发展应用，使用无人机进行输电线路巡检带来的高效性和便利性，使其成为当下输电线路巡检的主流方式。
[0003]随着输电线路巡视需求不断增大，单次任务巡视单基杆塔的方式已无法满足要求，需要升级为单次任务巡视多基杆塔，但单次任务巡视多基杆塔主要存在以下两个问题，一是多旋翼无人机的续航水平无法支撑无人机长时间飞行，解决该问题可在无人机执行任务途中增加充电点，无人机执行任务电量不足时前往充电点充电，满电后继续执行任务；二是在无人机巡检任务由单基巡视改为多基巡视，多基杆塔的巡视距离跨度大、时间长，还要考虑地形、天气、续航等因素，导致巡视路线的规划难度加大，另一方面人工规划方式不仅耗费时间，而且规划时无法考虑巡视过程中天气实时变化情况和无人机实时续航水平，规划出的巡视线路不符合实际巡视要求；
[0004]可见，为解决解决了单任务巡视多基杆塔路线规划困难的问题，亟需一种输电线路无人机巡检任务自动规划方法、装置、设备及介质。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种输电线路无人机巡检任务自动规划方法、装置、设备及介质，通过构建数学模型和算法求解，实现基于任务数据、气象数据生成耗时短、安全系数高的巡视路线，并根据无人机机型转换为无人机所适配的标准航线文件，自动下发至无人机执行，解决了单任务巡视多基杆塔路线规划困难的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种输电线路无人机巡检任务自动规划方法，包括：
[0008]根据预获取的无人机巡检任务信息，确定无人机起降位置、杆塔坐标位置和自助充电位置，划分巡视覆盖区域，在所述巡视覆盖区域内设置路径点；
[0009]在不考虑无人机出现突发性故障情况下，将无人机电量和无人机途经区域的气象数据作为限制条件，建立无人机巡检任务规划模型；
[0010]以巡视线路耗时最短、安全系数最高为目标，应用分支界定算法和贪心算法求解所述无人机巡检任务规划模型，获得无人机巡检任务规划问题的最优解，得到相应的巡视线路位置数据；
[0011]依据无人机机型将所述最优解对应的巡视线路位置数据转换为无人机所适配的标准航线文件，下发至无人机执行。
[0012]进一步的，所述无人机巡检任务信息通过与上级系统交互获取。
[0013]进一步的，所述路径点包括起飞点、降落点、巡视点和充电点，所述气象数据包括风力等级和降水量。
[0014]进一步的，所述无人机巡检任务规划模型的构建方法，包括：
[0015]设无人机巡检路线策略变量为S
ij
，设路径点i与路径点j之间的直线距离为P
ij
，由此定义的巡检路线规划目标函数如下：
[0016][0017]其中，当Si
j
＝0，表示无人机不会从路径点i飞到路径点j；Si
j
＝1，表示无人机从路径点i飞到路径点j；V表示路径点的集合；
[0018]无人机巡检路线策略S
ij
变量需满足条件：
[0019][0020][0021]将无人机电量作为巡检路线规划模型的限制条件，将无人机飞行距离作为衡量无人机电量消耗的指标，设R为无人机的最大续航水平，设变量E
ij
为无人机能量消耗，设充电区域集合为B；无人机的剩余续航距离不超过最大续航R的非负数，无人机能量损耗公式表示如下：
[0022][0023]0<E
ij
<R,i∈V,j∈VUB,i≠j
[0024]式中，S
ki
表示无人机从路径点k飞到路径点i的策略变量，E
ki
表示无人机从路径点k飞至路径点i的能量损耗；
[0025]无人机电量充满离开机巢时，无人机能量损耗表示如下：
[0026]E
ij
＝S
ij
·
(R
‑
P
ij
)(i∈B,j∈V)；
[0027]将风力等级和降水量作为限制条件，计算任务开始时能抵达的所有点，每隔一段时间根据气象预测信息判断这些巡视路径点是否存在风险，取其中安全点作为新的起点，从新的起点出发再次找到所有可达点，依此遍历下去得到所有可能的路径集合，从集合中筛选耗时最短的最优路径，构建的无人机巡检路径规划模型函数如下：
[0028][0029]进一步的，所述无人机巡检任务规划问题的最优解的计算方法，包括：
[0030]步骤一、获取当前无人机电量和无人机途径区域气象数据作为无人机巡检路径规划模型的约束条件，在已知起飞点、降落点及巡视点坐标数据的前提下，生成若干组具有不同路径点数量的路径集合Y，设Y为Q的解空间，Q作为搜索树的根节点，应用深度优先搜索策略算法，不断划分解空间Y的子解空间作为搜索树的分枝节点，其中，记待解决的无人机巡检任务规划问题为Q；记Q当前的最优可行解为OptimalSol，用于记录不断更新的最优解，初
值取Q中的任一可行解；记L
B
为当前可行解对应的目标下限值；
[0031]步骤二、根据设置的无人机巡检路径规划模型的约束条件，使用贪心算法遍历路径集合Y，将每个分枝节点数据输入无人机巡检路径规划模型MinZ计算出每个分枝节点对应的可行解，将得到的多个可行解取并集后取得分枝节点的最优解集合，同时结合线性松弛方法得到可行解目标函数值下界，将可变化飞行巡检路线策略变量的取值范围由(0，1)扩大至[0，1]，扩大分枝节点中可变化飞行巡检路线策略变量的取值范围，从而实现对各个分枝节点的定界；
[0032]步骤三、设最优可行解函数值OptimalSol为0，对每一分枝节点进行洞悉条件测试，若此节点的下限值大于等于最优可行解OptimalSol对应的函数值，则此节点可洞悉而不再被考虑，反之则更新最优可行解OptimalSol；
[0033]步骤四、判断是否存在仍未被洞悉的分枝节点，若存在则迭代进行步骤一、二、三的操作，直至没有仍未被洞悉的分枝节点后得出最优解。
[0034]进一步的，在步骤四迭代的过程中对所有定界后的分枝节点进行比较，选择下界值最小的分枝节点执行步骤一、二、三，若无人机生成的所有巡检路线对应的分枝节点不存在子分枝节点或子分枝节点都已被剪枝，则停止迭代，得出OptimalSol作为问题Q的最优解。
[0035]进一步的，查找最优飞行路线的可行解使用的贪心算法包括基于无人机实时位置的贪心算法或基于全局最短路径点距离的贪心算法，其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输电线路无人机巡检任务自动规划方法，其特征是，包括：根据预获取的无人机巡检任务信息，确定无人机起降位置、杆塔坐标位置和自助充电位置，划分巡视覆盖区域，在所述巡视覆盖区域内设置路径点；在不考虑无人机出现突发性故障情况下，将无人机电量和无人机途经区域的气象数据作为限制条件，建立无人机巡检任务规划模型；以巡视线路耗时最短、安全系数最高为目标，应用分支界定算法和贪心算法求解所述无人机巡检任务规划模型，获得无人机巡检任务规划问题的最优解，得到相应的巡视线路位置数据；依据无人机机型将所述最优解对应的巡视线路位置数据转换为无人机所适配的标准航线文件，下发至无人机执行。2.根据权利要求1所述的输电线路无人机巡检任务自动规划方法，其特征是，所述无人机巡检任务信息通过与上级系统交互获取。3.根据权利要求1所述的输电线路无人机巡检任务自动规划方法，其特征是，所述路径点包括起飞点、降落点、巡视点和充电点，所述气象数据包括风力等级和降水量。4.根据权利要求1所述的输电线路无人机巡检任务自动规划方法，其特征是，所述无人机巡检任务规划模型的构建方法，包括：设无人机巡检路线策略变量为S
ij
，设路径点i与路径点j之间的直线距离为P
ij
，由此定义的巡检路线规划目标函数如下：其中，当S
ij
＝0，表示无人机不会从路径点i飞到路径点j；S
ij
＝1，表示无人机从路径点i飞到路径点j；V表示路径点的集合；无人机巡检路线策略S
ij
变量需满足条件：变量需满足条件：将无人机电量作为巡检路线规划模型的限制条件，将无人机飞行距离作为衡量无人机电量消耗的指标，设R为无人机的最大续航水平，设变量E
ij
为无人机能量消耗，设充电区域集合为B；无人机的剩余续航距离不超过最大续航R的非负数，无人机能量损耗公式表示如下：0<E
ij
<R,i∈V,j∈V∪B,i≠j式中，S
ki
表示无人机从路径点k飞到路径点i的策略变量，E
ki
表示无人机从路径点k飞至路径点i的能量损耗；无人机电量充满离开机巢时，无人机能量损耗表示如下：E
ij
＝S
ij
·
(R
‑
P
ij
)(i∈B,j∈V)；
将风力等级和降水量作为限制条件，计算任务开始时能抵达的所有点，每隔一段时间根据气象预测信息判断这些巡视路径点是否存在风险，取其中安全点作为新的起点，从新的起点出发再次找到所有可达点，依此遍历下去得到所有可能的路径集合，从集合中筛选耗时最短的最优路径，构建的无人机巡检路径规划模型函数如下：5.根据权利要求1所述的输电线路无人机巡检任务自动规划方法，其特征是，所述无人机巡检任务规划问题的最优解的计算方法，包括：步骤一、获取当前无人机电量和无人机途径区域气象数据作为无人机巡检路径规划模型的约束条件，在已知起飞点、降落点及巡视点坐标数据的前提下，生成若干组具有不同路径点数量的路径集合Y，设Y为Q的解空间，Q作为搜索树的根节点，应用深度优先搜索策略算法，不断划分解空间Y的子解空间作为搜索树的分枝...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈益锋，余晓明，郝后堂，黄国方，钟平，周少帅，原来钰，黎华灿，贾秀波，张陈啸，邓伟松，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：