【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電力系統，尤其涉及電力線巡線和人工智能技術，具體涉及一種充電式電力線監控無人機的巡線方法。
技術介紹
1、發電廠發出的電需要通過電力線送往全國各地。因此，電力線所處地形包容萬象，貫穿南北，有丘陵多山地帶，也有河流湖泊地段。電力線面臨的氣候條件也很復雜，包括烈日、大風、雨雪、冰雹等都會對電力線造成影響。很多時候，飛鳥、走獸也會爬上電力線或撞擊電力線，造成電力線損壞。即使沒來外來因素，電力線自身的強大重力也會拉伸電力線或高壓電塔，所流過的高壓大電流也會導致電力線發熱或放電。以上一個或多個因素的共同作用很容易導致電力線在長期工作中出現異常，包括電力線變形，高壓電塔變形，導線絕緣破損、絕緣體破損、防震錘、線夾、塔體、金具等損壞或丟失。為了保證電力線供電的穩定性，及早發現和排除電力線故障，對電力線進行監控和巡檢就成為了重要任務。
2、電力線監控和巡檢方式主要經歷了三個階段：人工巡檢階段，直升飛機巡檢階段，無人機巡檢階段。
3、人工巡檢是最早的電力巡檢方式，即由巡檢人員親自到電力線周圍進行巡查。這種傳統的巡檢方式速度慢，容易受到人為因素和天氣因素的干擾，加上現在電力線離地間距很高，難以保證巡檢質量。電力線經過的地形往往非常復雜，包括森林、水庫、湖泊和山川，很多地方缺少巡檢公路，很容易影響巡檢任務順利進行，增加巡檢成本，也無法保障巡檢人員的安全。
4、隨著直升飛機的專利技術和推廣，開始出現了載人直升飛機電力線巡檢方式。這種新型的巡檢方式大大提高了巡檢速度和巡檢效率，能夠在高空對電力線巡檢，避開
5、近年來隨著無人機出現而誕生的新型無人機巡檢，從其誕生之初就廣受歡迎。無人機成本非常低，也不需要駕駛員，也沒有低空空域使用權問題，幾乎不受地形地物地貌影響，給電力線巡檢帶來了前所未有的方便性和安全性。電力線巡檢使用的小型無人機一般認為屬于航空模型，無人機巡檢時往往距離電力線幾十米左右，幾乎沒有低空空域使用權問題，對于航空器需要回避的電力線走廊卻對無人機是幾乎無限制的。隨著經濟發展和工業用電量的增長，電力線規模日益擴大，無人機電力線巡檢將成為未來電力線巡檢的主要方式。
6、無人機電力巡檢現在已經有了多種拓展，比如搭載gps定位設備、光學相機、激光掃描儀、紅外熱像儀、遠程通信模塊等多種先進設備和傳感器。無人機電力巡檢時，借助無人機操作人員的控制，可近距離從不同角度拍攝多張圖像并實時地傳送到地面巡檢工作站，并由圖像處理算法對巡檢圖像進行挖掘與處理，找到電力線和電力設備處的可疑故障點，保證電力線故障和隱患的及早發現和及時處理。特別是在復雜地形和人員難以到達的地段，無人機電力巡檢方式的優勢非常大，大大提升了巡檢速度和效率，而且巡檢成本非常低，信息傳遞及時，有助于快樂分析和診斷電力線可疑故障，保證了電力線的正常工作。
7、但是，現在的無人機電力線巡檢方法，具有以下缺點：
8、1：無人機續航能力不足。現有的無人機體積小，同時也限制了燃油或電池的最大容量，進而也限制了無人機續航能力。傳統的無人機續航能力是由操作人員經驗預估的，在無人機電量即將耗盡之前操作無人機盡快返航，這難以兼顧不同類型無人機的出行方式和能量補充方式。傳統的無人機有使用燃油和使用電力兩種方式，燃油補充點和充電站位置或電池更換點都是固定的，或者由無人機操作人員確定，其布局模型和路線算法很少會分析不同無人機的耗能特點和飛行行為以及耗能時的詳細數據，對無人機續航和充電負荷計算也不能提供參考或幫助。如果需要提高無人機的續航能力，需要實時獲取和詳細分析不同類型無人機的飛行行為和續航規律，并計算無人機的耗能負荷曲線，對無人機續航運用科學方法進行建模和統計分析，并構建耗能負荷曲線，這在工程實踐中難度很大。當無人機的飛行速度不斷增加導致的無人機負荷大量增加時，會造成無人機的能量消耗過大，續航不足。另外，冬夏兩季的溫度環境原因造成無人機電池運行也會發生變化，具有季節性負荷特點。
9、2：無人機詳查能力不足。無人機在巡線過程中，可能會發現一些可疑的故障點或目標，這個時候需要貼近觀察，近距離拍攝，一方面會耗費更多的電量，另一方面靠的過近也會給無人機帶來碰撞的風險。目前的無人機巡檢手段比較單一，僅靠無人機操作人員用肉眼辨別，無法對電力線或高壓電塔的故障點進行細致觀察。無人機巡檢時如發現當電力線故障，完全憑借操作人員的經驗進行判斷，再操縱無人機爬到故障部位進行詳細的檢查，有時操作人員甚至不小心沒注意到可疑故障點，這就導致了可疑障礙被遺漏。當電力線或電力設備故障時，如果不能及時檢測出來并及時維修，可能導致故障的級聯傳播，帶來更大范圍的電力線故障，從而無法保障供電穩定性。
10、3：無人機避障能力不足。無人機在巡檢過程中，雖然不容易受地形地貌影響，但是巡檢工作決定了無人機仍然可能面臨各種障礙物，包括電力線，高壓電塔，高樓，山坡，大樹，信號發射塔等高大堅硬物體，另外飛鳥也可能造成無人機損壞。無人機往往使用輕便材料制成，碰上障礙物后很容易墜毀損壞，甚至無法修復。很多電力線都部署在山區丘陵地帶，巡檢地形復雜，無人機碰到障礙物的幾率大大增加。由于植被和氣候的影響，無人機面臨的障礙物也是會隨季節變化而變化。
11、4：無人機智能化不足。無人機在巡檢中，往往會面臨各種復雜的情況，包括可疑故障點的詳拍，障礙物的躲避，續航能力不足，橫風或飛鳥的干擾，這都要求無人機有一定的智能才能很好的應對。第四，安全隱患大。由于電力線路常在山川丘陵等地帶，當人員前往故障區域或者操作人員親臨現場作業時，人員的安全性得不到有效保障。傳統的無人機巡線模型和算法通常是靜態分析，難以考慮地形地物地貎影響和無人機飛行的隨機行為。實際上無人機飛行行為對無人機耗能負荷曲線有很大的影響，特別是飛行速度的快速上升后形成的耗能急劇上升。另外，白天或夜間工作時的無人機其電力負荷增加速率也有所不同，冬季耗電也比夏季增長速度更快，這都對無人機智能化提出了更高要求。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的上述問題，本專利技術提出了一種充電式電力線監控無人機的巡線方法，通過使用充電式電力監控無人機和植物群落算法來求解電力線巡線問題，設計合理，解決了現有技術的不足，在提高算法效率的同時，大大提高了電力線監控和巡線效率。
2、一種充電式電力線監控無人機的巡線方法，它包括以下步驟：
3、步驟1：采用充電式電力線監控無人機進行全局巡線優化；
4、步驟2：采用充電式電力線監控無人機進行局部詳查路線優化；
5、步驟3：采用充電式電力線監控無人機進行局部避障路線優化；本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種充電式電力線監控無人機的巡線方法，其特征在于，它包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟1中，包括以下子步驟：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在子步驟1-1中，假設電力線位置和數量已知，障礙物的位置和數量已知，充電站及各充電樁位置已知，各充電站的充電樁數量已知，每種無人機的最大充電容量、無人機總重均已知；假設一臺充電樁只能供一架無人機充電，充電樁有排隊時間限制，無人機不能過度充電，不能超容量充電，無人機在各節點之間飛行的速度恒定，所有無人機每次充電都充滿，無人機機況良好，空中飛行通道通暢，不考慮突然出現的飛鳥，無人機故障、其他非巡線任務的無人機干擾或介入。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在子步驟1-2a中，求解目標集合，包括電力線集合，障礙物集合，充電站集合，充電站的充電樁集合，無人機集合，無人機種類集合；電力線參數，包括電力線位置和數量；障礙物參數，包括障礙物的位置和數量；充電站參數，包括充電站及各充電樁位置和數量，充電站最大充電負荷，無人機充電對電網負荷的沖擊系數，充電站可拓展的充電負
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特征在于，在子步驟1-2b中，植物群落算法使用最短總飛行時間作為充電式電力線監控無人機的巡線優化問題的目標函數，用來評估植物植株個體的適應度；植物群落算法使用子步驟1-2a中的參數設置約束條件，充電式電力線監控無人機的巡線優化問題不應該超過電力線總數，障礙物總數，充電站總數，無人機總數，無人機最大飛行速度，無人機最大充電容量，無人機充滿電一次可飛行最遠距離；植物群落算法使用播種，生長，結果操作來選擇適應度最高的植物植株個體，將其作為充電式電力線監控無人機的巡線優化問題的最優解。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟2中，包括以下子步驟：
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟3中，包括以下子步驟：
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟4中，包括以下子步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種充電式電力線監控無人機的巡線方法，其特征在于，它包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟1中，包括以下子步驟：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在子步驟1-1中，假設電力線位置和數量已知，障礙物的位置和數量已知，充電站及各充電樁位置已知，各充電站的充電樁數量已知，每種無人機的最大充電容量、無人機總重均已知；假設一臺充電樁只能供一架無人機充電，充電樁有排隊時間限制，無人機不能過度充電，不能超容量充電，無人機在各節點之間飛行的速度恒定，所有無人機每次充電都充滿，無人機機況良好，空中飛行通道通暢，不考慮突然出現的飛鳥，無人機故障、其他非巡線任務的無人機干擾或介入。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在子步驟1-2a中，求解目標集合，包括電力線集合，障礙物集合，充電站集合，充電站的充電樁集合，無人機集合，無人機種類集合；電力線參數，包括電力線位置和數量；障礙物參數，包括障礙物的位置和數量；充電站參數，包括充電站及各充電樁位置和數量，充電站最大充電負荷，無人機充電對電網負荷的沖擊系數，充電站可拓展的充電負荷峰值，充電站之間的飛行距離，各充電站的充電服務時間，充電站的充電時間窗，單位固定成本，...
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