【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及無人機(jī)路徑規(guī)劃領(lǐng)域，具體為一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法。
技術(shù)介紹
1、隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在電力設(shè)備巡檢領(lǐng)域，無人機(jī)巡檢因其高效、便捷的特性，逐漸替代了傳統(tǒng)的人工巡檢。然而，當(dāng)前的無人機(jī)巡檢通常需要人工手動(dòng)地標(biāo)注航線，這不僅耗時(shí)耗力，并且效率較低。為此，應(yīng)用無人機(jī)變電站設(shè)備進(jìn)行巡檢時(shí)的巡檢路徑規(guī)劃已成為一個(gè)急需解決的問題。
2、在變電站環(huán)境中開展無人機(jī)巡檢時(shí)，通常要求其沿最短路徑飛行以節(jié)約能耗。然而，由于變電站內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生的電磁場，容易對(duì)無人機(jī)的信號(hào)造成干擾?；谏鲜鰧?shí)際制約，本專利技術(shù)以飛行路徑最短和通訊影響最小同時(shí)作為無人機(jī)的巡檢目標(biāo)，以提升無人機(jī)在變電站復(fù)雜電磁環(huán)境中的巡檢效率和安全性，所述的巡檢目標(biāo)為：
3、（1）飛行路徑最短目標(biāo)：指的是無人機(jī)在完成對(duì)指定設(shè)備的巡檢時(shí)，巡檢路徑的長度最短；
4、（2）通訊影響最小目標(biāo)：指的是無人機(jī)在對(duì)指定設(shè)備進(jìn)行巡檢的途中，無人機(jī)所受到的變電站設(shè)備發(fā)出電磁場干擾信號(hào)量最小。
5、然而，將傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法應(yīng)用于上述問題時(shí)，存在以下不足：
6、（1）傳統(tǒng)的無人機(jī)路徑規(guī)劃算法效率不高，通常消耗大量計(jì)算資源，導(dǎo)致計(jì)算成本較高；
7、（2）現(xiàn)有的優(yōu)化算法難以根據(jù)變電站設(shè)備的分布情況進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，從而增加了實(shí)際操作中執(zhí)行變異操作的復(fù)雜性；
8、（3）傳統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化算法往往忽略了邊緣解，導(dǎo)致難以準(zhǔn)確反映解的分布情況，可能使得部分潛在的優(yōu)質(zhì)解未
9、為解決上述問題，本專利技術(shù)提出一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法，針對(duì)飛行路徑最短和通訊影響最小這兩個(gè)目標(biāo)，求解得到適用于無人機(jī)對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行巡檢的最終巡檢路徑集。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本部分的目的在于概述本專利技術(shù)的實(shí)施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請(qǐng)的說明書摘要和專利技術(shù)名稱中可能會(huì)做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和專利技術(shù)名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本專利技術(shù)的范圍；
2、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本專利技術(shù)；
3、因此，本專利技術(shù)的目的是提供一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法，能夠解決上述提出現(xiàn)有的問題。
4、術(shù)語解釋：
5、待巡檢設(shè)備：在無人機(jī)巡檢過程中，需要進(jìn)行檢查的變電站設(shè)備，簡稱設(shè)備。
6、設(shè)備節(jié)點(diǎn)和空節(jié)點(diǎn)：在三維坐標(biāo)系空間中劃分出的一個(gè)正方體區(qū)域，且該正方體區(qū)域包含整個(gè)設(shè)備或者設(shè)備的一部分，則將所述正方體區(qū)域稱為設(shè)備節(jié)點(diǎn)；否則，即該正方體區(qū)域稱為空節(jié)點(diǎn)。
7、局部路徑：以無人機(jī)起飛位置或某一設(shè)備節(jié)點(diǎn)作為始點(diǎn)，并且以另一設(shè)備節(jié)點(diǎn)作為終點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)序列。
8、巡檢路徑：由局部路徑拼接而成、且覆蓋所有設(shè)備的節(jié)點(diǎn)序列。
9、路徑成本：在局部路徑中，無人機(jī)從起點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)，并經(jīng)過某一路徑節(jié)點(diǎn)時(shí)需要耗費(fèi)的代價(jià)。
10、路徑變異：是指通過替換巡檢路徑中的節(jié)點(diǎn)，或者改變節(jié)點(diǎn)之間的順序以生成新的路徑。
11、最終巡檢路徑集：由基于多目標(biāo)優(yōu)化算法的無人機(jī)規(guī)劃路徑模型篩選出來的巡檢路徑集合。
12、最高層級(jí)點(diǎn)和最高層級(jí)點(diǎn)集：在非支配排序過程中，處于最高層級(jí)的點(diǎn)稱為最高層級(jí)點(diǎn)；最高層級(jí)中所有的點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)集合稱為最高層級(jí)點(diǎn)集。
13、邊界點(diǎn)和邊界點(diǎn)集：在非最高層級(jí)的同一個(gè)層級(jí)中，縱坐標(biāo)或者橫坐標(biāo)為極值的點(diǎn)稱為邊界點(diǎn)；所有的邊界點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)邊界點(diǎn)集。
14、非邊界點(diǎn)和非邊界點(diǎn)集：在任意一個(gè)非最高層級(jí)中，除邊界點(diǎn)外的點(diǎn)稱為非邊界點(diǎn)；所有的非邊界點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)非邊界點(diǎn)集。
15、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
16、一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法，其包括具體步驟如下：
17、s1：采集變電站中待巡檢設(shè)備的相關(guān)屬性信息；將設(shè)備映射到一個(gè)三維坐標(biāo)系中；通過柵格化操作，在所述三維坐標(biāo)系的空間中劃分設(shè)備節(jié)點(diǎn)和空結(jié)點(diǎn)，并構(gòu)造一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)集；
18、s2：構(gòu)建基于多目標(biāo)優(yōu)化算法的無人機(jī)路徑規(guī)劃模型，所述模型的構(gòu)建過程為：
19、s2.1：構(gòu)建指向性路徑規(guī)劃模塊dpp，首先求解得到一個(gè)局部路徑集合，然后將所有的局部路徑拼接成一條巡檢路徑；
20、s2.2：構(gòu)建自適應(yīng)路徑變異模塊apm，對(duì)所述巡檢路徑進(jìn)行路徑變異，生成多條新的巡檢路徑，以此構(gòu)成一個(gè)候選巡檢路徑集；
21、s2.3：構(gòu)建非支配-密度排序模塊udo，對(duì)所述候選巡檢路徑集中的所有候選巡檢路徑進(jìn)行排序，從排序結(jié)果中選取最終的巡檢路徑，構(gòu)成一個(gè)最終巡檢路徑集；
22、s3：設(shè)定無人機(jī)起飛位置，對(duì)于一個(gè)變電站內(nèi)所有設(shè)備構(gòu)成的設(shè)備節(jié)點(diǎn)集，運(yùn)用所述基于多目標(biāo)優(yōu)化算法的無人機(jī)路徑規(guī)劃模型，求解得到適用于無人機(jī)對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行巡檢的最終巡檢路徑集。
23、作為本專利技術(shù)所述的一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法的一種優(yōu)選方案，其中所述s1的具體步驟如下：
24、s1.1：采集變電站內(nèi)各個(gè)設(shè)備的名稱和編號(hào)，測(cè)量并記錄各個(gè)設(shè)備的最大長度、最大寬度和最大高度，并記錄設(shè)備中心點(diǎn)的gps坐標(biāo)；
25、s1.2：設(shè)置一個(gè)以無人機(jī)起飛位置為原點(diǎn)的三維坐標(biāo)系，將所有設(shè)備映射到三維坐標(biāo)系中，使用一個(gè)長方體表示設(shè)備，其中長方體的長為設(shè)備的最大長度，寬為設(shè)備的最大寬度，高為設(shè)備的最大高度，所述設(shè)備的中心點(diǎn)坐標(biāo)的映射計(jì)算公式如下：
26、
27、其中為無人機(jī)起飛位置的gps坐標(biāo)，為經(jīng)度，為緯度；<>為設(shè)備中心點(diǎn)的gps坐標(biāo)，為經(jīng)度，為緯度；為所有設(shè)備的最大高度；和為縮放比例，其值根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定；
28、s1.3通過格柵化操作，將上述三維坐標(biāo)系空間劃分成多個(gè)等尺寸的正方體區(qū)域，令坐標(biāo)系原點(diǎn)為其中一個(gè)正方體區(qū)域的中心，正方體區(qū)域的邊長根據(jù)實(shí)際情況確定；若正方體區(qū)域內(nèi)包含設(shè)備的某一局部或整個(gè)設(shè)備，則將該正方體稱為設(shè)備節(jié)點(diǎn)；否則稱為空節(jié)點(diǎn)；
29、s1.4：構(gòu)造一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)集，對(duì)于任意設(shè)備節(jié)點(diǎn)，如果該設(shè)備節(jié)點(diǎn)包含整個(gè)設(shè)備，則將該設(shè)備節(jié)點(diǎn)加入；否則，將該設(shè)備節(jié)點(diǎn)加入后，包含同一設(shè)備其他局部的節(jié)點(diǎn)則不加入。
30、作為本專利技術(shù)所述的一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法的一種優(yōu)選方案，其中所述s2.1的具體步驟如下：
31、s2.1.1：構(gòu)造一個(gè)局部路徑集合，中每條局部路徑均以某個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)為終點(diǎn)；對(duì)于當(dāng)前正在求解的局部路徑，選定一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)從作為的終點(diǎn)，并且將從中移除，然后按照以下步驟求解：
32、s2.1.1.1：如果，則將的始點(diǎn)設(shè)定為包含三維坐標(biāo)系原點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)；否則，令為最近求得并且已加入的局部路徑，將的終點(diǎn)作為的始點(diǎn)；設(shè)置一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)集，將加入，同時(shí)將設(shè)置為除外所有節(jié)點(diǎn)的前置節(jié)點(diǎn)；
33、s2.1.1.2：在中本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括具體步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述S1的具體步驟如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述S2.1指向性路徑規(guī)劃模塊DPP的構(gòu)建過程為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述S2.2構(gòu)建自適應(yīng)路徑變異模塊APM進(jìn)行路徑變異的具體步驟如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)路徑變異模塊APM的構(gòu)建過程，其特征在于，所述變異概率的計(jì)算方法如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)路徑變異模塊APM的構(gòu)建過程，其特征在于，所述路徑變異操作的過程如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的變電站三維模型構(gòu)建方法，其特征在于，所述S2.3構(gòu)建非支配-密度排序模塊UDO，篩選出最終巡檢路徑集的具體步驟如下：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的構(gòu)建非支配-密度排序模塊UDO，其特征在于，所述和的計(jì)
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的構(gòu)建非支配-密度排序模塊UDO，其特征在于，所述點(diǎn)的密度計(jì)算方法如下：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括具體步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述s1的具體步驟如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述s2.1指向性路徑規(guī)劃模塊dpp的構(gòu)建過程為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向變電站設(shè)備的無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述s2.2構(gòu)建自適應(yīng)路徑變異模塊apm進(jìn)行路徑變異的具體步驟如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)路徑變異模塊...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘇慶，劉展宏，周城平，袁海軍，謝國波，林志毅，田華川，張勇豪，黃劍鋒，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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