【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于路徑規劃的，具體涉及一種無人機巡檢的路徑規劃方法及裝置。
技術介紹
1、隨著巡檢無人機技術的迅速發展，其在電力行業中的應用日益深入，配備視覺傳感器的無人機已成為提高巡檢效率、降低人工風險的重要工具。例如，基于工業無人機的基礎設施檢查以及電力線路檢查。變電站中的設施繁多且存在很多大型基礎設備，無人機巡檢過程中如何盡可能覆蓋更多的基礎設施以減少巡檢盲點、增加巡檢覆蓋范圍以確保不漏檢是當前需要解決的問題。
2、目前，大多數與巡檢無人機軌跡規劃相關的研究都針對覆蓋路徑規劃(coveragepath?planning，cpp)問題，然而使用cpp方案只能覆蓋目標結構的一部分，覆蓋率較低。為了提高巡檢無人機軌跡的覆蓋率，研究人員提出了一種偵察后再覆蓋的方法，先進行偵察并基于cpp方法建立粗糙的初始地圖，然后根據初始地圖并采用，即旅行商問題(travelingsalesman?problem，tsp)-3d張量并行(tensorparallelism，tp)方法形成連續的無人機軌跡。而對于大規模無人機軌跡規劃問題，大多數研究人員將元啟發式算法視為解決方案算法，預先對整個目標結構進行離散化、生成大量三角形或矩形網格并計算每個網格對應的視點，這種方法非常耗費計算資源。
3、專利cn119104052a公開了一種基于多目標無人機路徑規劃的方法，包括：收集巡檢區域的地理信息數據，根據收集的數據建立規劃路徑數據庫，并對數據進行預處理和優化；根據無人機飛行的機動特性、安全約束條件和巡檢目標優先級，基于粒子群算法求解無
4、因此，目前在無人機制定巡檢目標全覆蓋飛行路徑方面仍存在技術瓶頸，如何使無人機的路徑規劃適應變電站的復雜環境，以確保巡檢任務的高效、準確完成是需要解決的問題。
技術實現思路
1、針對上述現有技術中存在的缺陷，本專利技術提供了一種無人機巡檢的路徑規劃方法，包括：
2、獲取目標巡檢區域的三維巡檢地圖，其中，三維巡檢地圖包括巡檢設備和障礙物；
3、基于無人機在目標巡檢區域中的巡檢覆蓋率、巡檢能量消耗以及巡檢效率，構建目標函數；
4、基于無人機的巡檢速度、巡檢時間以及無人機的拍攝限制，構建約束條件；
5、基于目標函數和約束條件，采用局部優化策略，得到初始規劃路徑；
6、采用全局優化策略，對初始規劃路徑進行優化，完成無人機巡檢的路徑規劃。
7、在一種可能的實施方式中，基于無人機在目標巡檢區域中的巡檢覆蓋率、巡檢能量消耗以及巡檢效率，構建目標函數，具體包括：
8、基于無人機在目標巡檢區域中的巡檢功率以及巡檢時間，結合環境對無人機的影響，確定巡檢能量消耗；
9、基于對目標巡檢區域的劃分，結合無人機在目標巡檢區域的巡檢路徑，給出巡檢覆蓋率；
10、結合巡檢覆蓋率和巡檢時間，確定無人機的巡檢效率；
11、分析巡檢能量消耗、巡檢覆蓋率和巡檢效率對無人機巡檢的影響，構建目標函數。
12、在一種可能的實施方式中，巡檢能量消耗具體表示為：
13、
14、其中，fenergy為巡檢能量消耗，ti為無人機從軌跡點i-1到軌跡點i對應的軌跡段上的巡檢時間，fi是無人機從軌跡點i-1到軌跡點i對應的軌跡段上所需的推力，δ是無人機的旋翼數量、ρ是空氣密度、是無人機單個旋翼的面積。
15、在一種可能的實施方式中，巡檢效率具體表示為：
16、
17、其中，ftime為無人機在目標巡檢區域內的總飛行時間，檢測效率feff為無人機在目標巡檢區域內的巡檢效率，ti為無人機從軌跡點i-1到軌跡點i對應的軌跡段上的巡檢時間，γ為三維巡檢地圖中的軌跡點集合，fcover為巡檢覆蓋率。
18、在一種可能的實施方式中，目標函數具體表示為：
19、
20、其中，minfobj為目標函數，β1為巡檢能量消耗的影響系數，β2為巡檢效率的影響系數，β3為巡檢覆蓋率的影響系數，fenergy為巡檢能量消耗，ftime為無人機在目標巡檢區域內的總飛行時間，fcover為巡檢覆蓋率。
21、在一種可能的實施方式中，約束條件包括巡檢速度約束、巡檢時間約束和拍攝限制約束；
22、基于無人機的巡檢速度、巡檢時間以及無人機的拍攝限制，構建約束條件，具體包括：
23、根據無人機的位置變化以及姿態調整，給出巡檢速度并構建巡檢速度約束；
24、基于無人機的巡檢時間，給出巡檢時間約束；
25、基于無人機視覺傳感器的拍攝參數以及無人機云臺的角度限制，構建拍攝限制約束。
26、在一種可能的實施方式中，巡檢速度約束具體表示為：
27、
28、其中，xi為從軌跡點i-1到軌跡點i在x軸上對應的坐標值變化，yi為從軌跡點i-1到軌跡點i在y軸上對應的坐標值變化，zi為從軌跡點i-1到軌跡點i在z軸上對應的坐標值變化，ti為無人機從軌跡點i-1到軌跡點i對應的軌跡段上的巡檢時間，tψi為無人機在軌跡點i進行姿態調整需要的時間，為無人機在水平方向的最大飛行速度，為無人機在垂直方向的最大飛行速度。
29、在一種可能的實施方式中，拍攝限制約束具體表示為：
30、
31、其中，qi,n＝(xi,n,yi,n,zi,n)，qi,n為第i個巡檢設備上視點n的坐標且n∈ni，dmax為無人機上的視覺傳感器的最大拍攝距離，dmin無人機上的視覺傳感器的最小拍攝距離，αmax為無人機上的視覺傳感器的最大視場角，pi為目標巡檢區域內第i個軌跡點的坐標。
32、在一種可能的實施方式中，基于目標函數和約束條件，采用局部優化策略，得到初始規劃路徑，具體包括：
33、從目標巡檢區域的軌跡點中確定起始點；
34、基于目標函數和約束條件，結合兩個軌跡點之間的距離，給出當前軌跡點對應的候選點列表；
35、根據當前軌跡點對應的候選點列表，依次確定下一個軌跡點，得到初始規劃路徑，其中，初始規劃路徑中包括目標巡檢區域中的所有軌跡點。
36、在一種可能的實施方式中，初始規劃路徑具體表示為：
37、
38、其中，distance為初始規劃路徑的總距離，d(ci,ci+1)為軌跡點i到軌跡點i+1的距離，c1為初始規劃路徑的起始點，ci為初始規劃路徑的終點。
39、在一種可能的實施方式中，采用全局優化策略，對初始規劃路徑進行優化，完成無人機巡檢的路徑規本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，基于無人機在目標巡檢區域中的巡檢覆蓋率、巡檢能量消耗以及巡檢效率，構建目標函數，具體包括：
3.如權利要求2所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，巡檢能量消耗具體表示為：
4.如權利要求2所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，目標函數具體表示為：
5.如權利要求1所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，約束條件包括巡檢速度約束、巡檢時間約束和拍攝限制約束；
6.如權利要求5所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，巡檢速度約束具體表示為：
7.如權利要求1所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，基于目標函數和約束條件，采用局部優化策略，得到初始規劃路徑，具體包括：
8.如權利要求1所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，采用全局優化策略，對初始規劃路徑進行優化，完成無人機巡檢的路徑規劃，具體包括：
9.如權利要求8所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其
10.一種無人機巡檢的路徑規劃裝置，其特征在于，采用如權利要求1-9任一所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，基于無人機在目標巡檢區域中的巡檢覆蓋率、巡檢能量消耗以及巡檢效率，構建目標函數，具體包括：
3.如權利要求2所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，巡檢能量消耗具體表示為：
4.如權利要求2所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，目標函數具體表示為：
5.如權利要求1所述的無人機巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，約束條件包括巡檢速度約束、巡檢時間約束和拍攝限制約束；
6.如權利要求5所述的無人機巡檢的路徑規...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周斌，李勇，時維俊，時婷，曹吾，袁晨，戴紅波，王神玉，章書朋，王肖，楊磊，聞丹銀，張玲俐，張圣軍，符瑞，鞠玲，馮唯，
申請(專利權)人：國網江蘇省電力有限公司泰州供電分公司，
類型：發明
國別省市：
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