CN110850875B - 分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法、系统及存储介质 - Google Patents

分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法、系统及存储介质，方法包括获取各局地目标所对应的矩形区域以及无人机成像面积；以覆盖所有光伏电站为目标；以各矩形区域的某顶点为起点或者终点，无人机在各局地目标内的巡检路线为“S”型路线为约束；考虑各局地目标间直线距离、各局地目标对应的矩形区域、无人机的成像面积，确定以任意局地目标为无人机巡检起始出发点，唯一遍历其它局地目标并回到无人机巡检起始出发点途径距离最短的路径信息，获得设定阈值的最优值、各局地目标的巡检起点和终点以及无人机的最优巡检路径并输出至无人机。本发明利用分布式光伏电站的位置分布特点，规划无人机巡检路线，以最短的飞行距离完成待检区域的全覆盖巡检。

Description

分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法、系统及存储介质
技术领域
本发明属于新能源发电技术领域，具体涉及一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法、系统及存储介质。
背景技术
光伏发电作为重要的新能源发电形式，在新能源发电中占有很大的比重。与集中式光伏相比，分布式光伏电源处于用户侧，发电供给当地负荷，可以有效减少对电网供电的依赖，减少线路损耗。
分布式光伏电站总体占地面积大，单体分散，运维难度大，需要无人机参与巡检，及时发现组件热斑等故障点。当前无人机的续航能力是制约无人机巡检应用的瓶颈，需要对分布式光伏电站无人机巡检线路进行合理规划，在最短的巡检线路内完成待检区域的全覆盖巡检。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法、系统及存储介质，利用分布式光伏电站的位置分布特点，合理规划无人机巡检路线，以最短的飞行距离完成待检区域的全覆盖巡检。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法，包括：
获取各局地目标所对应的矩形区域，各局地目标分别由若干个相互距离小于设定阈值的光伏电站共同构成，所述矩形区域包含了所在局地目标内的所有外沿特征点；
获取无人机的成像面积；
以覆盖所有光伏电站为目标；以各矩形区域的某顶点为起点或者终点，无人机在各局地目标内的巡检路线为“S”型路线为约束；考虑各局地目标间的直线距离、各局地目标所对应的矩形区域、无人机的成像面积，确定以任意局地目标为无人机巡检起始出发点，唯一遍历其它局地目标并回到无人机巡检起始出发点途径距离最短的路径信息，最终获得所述设定阈值的最优值、各局地目标的巡检起点和终点以及无人机的最优巡检路径，并输出至无人机。
可选地，所述矩形区域的获取方法，包括：
在各局地目标的外沿特征点中选取距离最远的两个外沿特征点的连线作为与该局地目标对应的矩形区域的一条对角线，记作L1；
建立对角线L2与对角线L1等长，且二者中心点重合，调整对角线L2与对角线L1的夹角角度，构建矩形区域，使矩形区域包含所在局地目标内的所有外沿特征点。
可选地，各外沿特征点满足属于光伏组件区的外沿，外沿角度非180°，且存在一条或多条通过该点直线不与局地目标中光伏组件相交的条件。
可选地，所述设定阈值的可取值为全部待巡检分布式光伏电站对象中任意两个待巡检分布式光伏电站对象的直线距离。
可选地，所述设定阈值的最小值为全部待巡检分布式光伏电站中任意两个相互直线距离的最小值，其最大值为全部待巡检分布式光伏电站对象中任意两个相互直线距离的最大值。
可选地，所述无人机的成像面积的获取方法，包括：
获取所需的无人机成像分辨率；
基于所述无人机成像分辨率确定出所述无人机的相对工作高度；
基于所述无人机的相对工作高度和各局地目标中光伏电站组件安装的最高点高程，确定出与各局地目标对应的无人机实际飞行高度；
基于所述无人机实际飞行高度确定出与各局地目标对应的无人机的成像面积。
可选地，所述约束还包括：
无人机在各局地目标内的初始巡检路线为矩形区域中与选中的巡检起点相连的长边。
可选地，若局地目标数等于1，则局地目标的巡检终点与局地目标巡检起点直线连接；
若局地目标数大于1，则最后1个局地目标巡检终点与第1个局地目标巡检起点直线连接。
可选地，所述无人机的最优巡检路径中包含路径经纬度信息和无人机实际飞行高度，所述无人机实际飞行高度为各局地目标中光伏电站组件安装的最高点高程和无人机的相对工作高度之和。
可选地，所述方法还包括：
当所述无人机的最优巡检路路径的总距离大于无人机单次理论飞行距离时，则将所有待巡检的光伏电站对象进行分区，分别在各个区内进行无人机的最优巡检路径规划。
第二方面，本发明提供了一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划系统，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面中任一项所述方法的步骤。
第三方面，计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现第一方面中任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明针对分布式光伏电站总体占地面积大，单体分散，运维难度大，需要无人机参与巡检，及时发现组件热斑等故障点的现状，提出通过对分布式光伏电站无人机巡检线路的合理规划，实现在最短的巡检线路内完成待检区域的全覆盖巡检，最大程度减少无人机续航问题对巡检任务的影响。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例的分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法的流程示意图；
图2为本发明一种实施例的外沿特征点及局地目标矩形区域示意图；
图3为本发明一种实施例的透镜成像原理图；
图4为本发明一种实施例的局地目标矩形区域“S”型路线巡检线路规划示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中提供了一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
(1)获取各局地目标所对应的矩形区域，各局地目标分别由若干个相互距离小于设定阈值的光伏电站共同构成，所述矩形区域包含了所在局地目标内的所有外沿特征点；
(2)获取无人机的成像面积；
(3)以覆盖所有光伏电站为目标；以各矩形区域的某顶点为起点或者终点，无人机在各局地目标内的巡检路线为“S”型路线为约束；考虑各局地目标间的直线距离、各局地目标所对应的矩形区域、无人机的成像面积，确定以任意局地目标为无人机巡检起始出发点，唯一遍历其它局地目标并回到无人机巡检起始出发点途径距离最短的路径信息，最终获得所述设定阈值的最优值、各局地目标的巡检起点和终点以及无人机的最优巡检路径，并输出至无人机。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述局地目标通过以下步骤获得：
定义各待巡检光伏电站对象为P1、P2Pn，定义待巡检分布式光伏电站对象的集合为Pall，Pall＝{P1、P2、......、Pn}，定义第n个待巡检分布式光伏电站组件安装的最高点高程为Pnh，即建立分布式光伏电站巡检对象信息模型；
定义全部待巡检分布式光伏电站对象Pall中相互直线距离小于设定阈值X的一个或多个光伏电站为局地目标，记作An，所述的直线距离指的是任意两个分布式光伏电站边缘间的最短距离(直线距离最短)，完成据地目标定位打点。
所述设定阈值X的可取值为全部待巡检分布式光伏电站对象中任意两个待巡检分布式光伏电站对象的直线距离；所述设定阈值X的最小值为全部待巡检分布式光伏电站中任意两个相互直线距离的最小值，其最大值为全部待巡检分布式光伏电站对象中任意两个相互直线距离的最大值；该设定阈值X的具体选择需要通过后续的确定无人机的最优巡检路线的过程来确定。
测量局地目标An中各外沿特征点的经纬度信息，相当于坐标信息，外沿特征点的坐标知道后，就可以算出局地目标内任意两点的直线距离，从而确定L1，以及通过L2构建矩形区域，实现外沿特征点的全覆盖。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述矩形区域的获取方法，包括：
在各局地目标的外沿特征点中选取距离最远的两个外沿特征点的连线作为与该局地目标对应的矩形区域的一条对角线，记作L1；
建立对角线L2与对角线L1等长，所述对角线L2与对角线L1等长，且二者中心点重合，调整对角线L2与对角线L1的夹角角度，构建矩形区域Sn，使矩形区域包含所在局地目标内的所有外沿特征点，在进行无人机最优路径规划的过程中，分别以所述矩形区域的四个顶点作为巡检起点，以局地目标矩形区域Sn中与巡检起点相连的长边作为初始巡检路线，以“S”型路线对局地目标矩形区域Sn进行巡检线路规划。
需要指的是：本发明实施例中的各外沿特征点满足属于光伏组件区的外沿，外沿角度非180°，且存在一条或多条通过该点直线不与局地目标中光伏组件相交的条件。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述无人机的成像面积的获取方法，包括：
获取所需的无人机成像分辨率；所述无人机成像分辨率需要根据实际的使用需求去进行设置；
基于所述无人机成像分辨率确定出所述无人机的相对工作高度，该确定过程可以通过现有技术来实现，本发明中不做过多的赘述；
基于所述无人机的相对工作高度和各局地目标中光伏电站组件安装的最高点高程，确定出与各局地目标对应的无人机实际飞行高度；
基于所述无人机实际飞行高度确定出与各局地目标对应的无人机的成像面积，具体地：由无人机上安装的摄像机电荷耦合器件CCD大小、焦距、实际飞行高度确定视角，实际飞行高度记作L，由凸透镜成像原理可得，相对工作高度：视角＝焦距：摄像机电荷耦合器件CCD大小；由视角确定拍摄成像区域面积，即成像区域面积＝视角(长)×视角(宽)，具体参见图3。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述约束还包括：
无人机在各局地目标内的初始巡检路线为矩形区域中与选中的巡检起点相连的长边。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述以覆盖所有光伏电站为目标；以各矩形区域的某顶点为起点或者终点，无人机在各局地目标内的巡检路线为“S”型路线为约束；考虑各局地目标间的直线距离，确定以任意局地目标为无人机巡检起始出发点，唯一遍历其它局地目标并回到无人机巡检起始出发点途径距离最短的路径信息，最终获得所述设定阈值的最优值、各局地目标的巡检起点和终点以及无人机的最优巡检路径，并输出至无人机，可以结合现有技术中的TSP旅行者问题解决方法来完成，当获得无人机的最优巡检路线后，可以选取所述无人机最优巡检线路中任意局地目标的巡检起点为Sns作为最优分布式光伏电站无人机巡检线路的起点，且所述无人机最优巡检线路的终点与起点共点，完成多局地目标间无人机巡检路线规划。
可选地，若局地目标数等于1，则局地目标的巡检终点与局地目标巡检起点直线连接；
若局地目标数大于1，则最后1个局地目标巡检终点与第1个局地目标巡检起点直线连接，完成综合优化无人机巡检线路。
可选地，所述无人机的最优巡检路径中包含路径经纬度信息和无人机实际飞行高度，所述无人机实际飞行高度为各局地目标中光伏电站组件安装的最高点高程和无人机的相对工作高度之和，所述的经纬度信息由专用工具来测量，比如经纬仪，当前手机中的某些App软件借助手机的GPS或北斗定位模块也能够获取到定点的经纬度信息。
在具体应用过程中，若无人机在按照所述最优巡检线路飞行过程中，出现影响无人机飞行的障碍物时，无人机可以按原路径返回起点，或按照避障策略自行修正巡检线路，越过障碍物后继续按照所述最优巡检线路进行光伏电站的巡检。
实施例2
基于实施例1，本发明实施例中提供了一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法，所述方法还包括：
当所述无人机的最优巡检路路径的总距离大于无人机单次理论飞行距离时，则将所有待巡检的光伏电站对象进行分区，分别在各个区内进行无人机的最优巡检路径规划，各个区内进行无人机的最优巡检路径规划的具体为：
(1)获取各局地目标所对应的矩形区域，各局地目标分别由若干个相互距离小于设定阈值的光伏电站共同构成，所述矩形区域包含了所在局地目标内的所有外沿特征点；
(2)获取无人机的成像面积；
(3)以覆盖所有光伏电站为目标；以各矩形区域的某顶点为起点或者终点，无人机在各局地目标内的巡检路线为“S”型路线为约束；考虑各局地目标间的直线距离，确定以任意局地目标为无人机巡检起始出发点，唯一遍历其它局地目标并回到无人机巡检起始出发点途径距离最短的路径信息，最终获得所述设定阈值的最优值、各局地目标的巡检起点和终点以及无人机的最优巡检路径，并输出至无人机。
其余部分均与实施例1相同。
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划系统，其特征在于：包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1中任一项所述方法的步骤。
实施例4
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现实施例1中任一项所述方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法，其特征在于，包括：
获取各局地目标所对应的矩形区域，各局地目标分别由若干个相互距离小于设定阈值的光伏电站共同构成，所述矩形区域包含了所在局地目标内的所有外沿特征点；
获取无人机的成像面积；
以覆盖所有光伏电站为目标；以各矩形区域的某顶点为起点或者终点，无人机在各局地目标内的巡检路线为“S”型路线为约束；考虑各局地目标间的直线距离、各局地目标所对应的矩形区域、无人机的成像面积，确定以任意局地目标为无人机巡检起始出发点，唯一遍历其它局地目标并回到无人机巡检起始出发点途径距离最短的路径信息，最终获得所述设定阈值的最优值、各局地目标的巡检起点和终点以及无人机的最优巡检路径，并输出至无人机；
所述矩形区域的获取方法，包括：
在各局地目标的外沿特征点中选取距离最远的两个外沿特征点的连线作为与该局地目标对应的矩形区域的一条对角线，记作L1；
建立对角线L2与对角线L1等长，且二者中心点重合，调整对角线L2与对角线L1的夹角角度，构建矩形区域，使矩形区域包含所在局地目标内的所有外沿特征点；
所述设定阈值的可取值为全部待巡检分布式光伏电站对象中任意两个待巡检分布式光伏电站对象的直线距离；
所述方法还包括：
当所述无人机的最优巡检路径的总距离大于无人机单次理论飞行距离时，则将所有待巡检的光伏电站对象进行分区，分别在各个区内进行无人机的最优巡检路径规划。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法，其特征在于：
各外沿特征点满足属于光伏组件区的外沿，外沿角度非180°，且存在一条或多条通过该点直线不与局地目标中光伏组件相交的条件。
3.根据权利要求1所述的一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法，其特征在于：
所述设定阈值的最小值为全部待巡检分布式光伏电站中任意两个相互直线距离的最小值，其最大值为全部待巡检分布式光伏电站对象中任意两个相互直线距离的最大值。
4.根据权利要求1所述的一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法，其特征在于：
所述无人机的成像面积的获取方法，包括：
获取所需的无人机成像分辨率；
基于所述无人机成像分辨率确定出所述无人机的相对工作高度；
基于所述无人机的相对工作高度和各局地目标中光伏电站组件安装的最高点高程，确定出与各局地目标对应的无人机实际飞行高度；
基于所述无人机实际飞行高度确定出与各局地目标对应的无人机的成像面积。
5.根据权利要求1所述的一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法，其特征在于：
所述约束还包括：
无人机在各局地目标内的初始巡检路线为矩形区域中与选中的巡检起点相连的长边。
6.根据权利要求1所述的一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法，其特征在于：
若局地目标数等于1，则局地目标的巡检终点与局地目标巡检起点直线连接；
若局地目标数大于1，则最后1个局地目标巡检终点与第1个局地目标巡检起点直线连接。
7.根据权利要求1所述的一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划方法，其特征在于：
所述无人机的最优巡检路径中包含路径经纬度信息和无人机实际飞行高度，所述无人机实际飞行高度为各局地目标中光伏电站组件安装的最高点高程和无人机的相对工作高度之和。
8.一种分布式光伏电站无人机巡检线路规划系统，其特征在于：包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～7任一项所述方法的步骤。
9.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一项所述方法的步骤。
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