CN112414409A - 一种基于串结构的自主巡检路径规划方法及飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于串结构的自主巡检路径规划方法，以串结构为最短路径进行路径规划，并对串结构进行排序，计算巡检点顺序，执行杆塔巡检。本发明所述的基于串结构的自主巡检路径规划方法能够自动计算各个目标点的安全距离上的拍照点和拍照点上的飞机和载荷姿态，能够保证整个串结构拍到，自动计算拍摄塔基，全塔，塔号等的拍照点具有选点少、自动化程度高的特定，降低人工选点的数据量的同时提高路径规划精度和效率。

Description

一种基于串结构的自主巡检路径规划方法及飞行器

技术领域

本发明属于无人机路径自动规划技术领域，尤其是涉及一种基于串结构的自主巡检路径规划方法及飞行器。

背景技术

针对输电线路巡检作业，国网公司提出加强无人机巡检技术应用，无人机以巡视范围广、巡检手段全面和作业效率高的优势逐渐取代了传统的依靠人力为主的巡检，成为了输电线路巡检的主要方式。随着无人机深入行业的应用，电力行业也对无人机电力巡检智能化、自主化水平提出了更高的要求。

目前，应用于输电线路巡检的无人机多种多样，其中大疆无人机产品应用最为广泛。首先，大疆类产品自带的软件并非针对电网应用需求而研制，输电线路巡检的作业方式多以手飞获取影像为主，为获取清晰有效的影像数据，对飞机的位置要求较高，且同一杆塔的每次作业均需上述操作要求，每个架次大约完成2-3基塔架的精细化巡检，实际作业效率并不可观。其次，巡检作业多为手控方式，无人机作业应用层面的智能化程度低，对地面操控人员要求较高，存在较高的操作风险，同时专业人员的稀缺和人工成本也制约了无人机在输电线路巡检大规模普及和发展。

国内其他家电力杆塔自主规划算法，都是以点云上的某个目标点作为算法输入，需要人为或算法获得多个点目标，并且需要交互设计飞机和载荷的姿态。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于串结构的自主巡检路径规划方法，以解决现有技术方案多是基于点的航迹规划，需要人工在点云上选取的点多，同时飞机和载荷的姿态需要人工进行调节，加大了人工成本和人为选取的误差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明一方面提供了一种基于串结构的自主巡检路径规划方法，本方法以串结构为最短路径进行路径规划，并对串结构进行排序，计算巡检点顺序，执行杆塔巡检。

进一步的，具体方法如下：

S1、参数输入；包括定向和内容数据，其中定向是以沿线路走向的方向分为左侧和右侧；内容数据包括定向后的杆塔左右侧地线挂点和串结构的XYH坐标；

S2、寻找杆塔最上面两端的地线挂点：根据步骤S1中参数输入的具有方向属性的杆塔左右侧地线挂点和串结构，遍历查找到属性为左侧或右侧地线挂点的串结构；

S3、根据步骤S2中，两侧地线挂点的串结构信息，计算杆塔参数；

S4、将所有串结构拆分成左右侧串结构的集合；

S5、以串结构为单位，计算所有串结构的中心点，并计算每两两串结构中心点的距离，放在二维数组中，行列号都表示每个串结构索引，存放的数据是行号点到列号点的距离；同时记录高度值最大的值和对应点的索引号；

S6、以步骤S5中最大高度对应的索引点作为起算点，寻找距离此点最近的点，将其索引放入新数组中；下次以此最近的点作为起算点，寻找距离此点最近且不在新数组中的点，将其索引放入新数组中；循环遍历得到由高到低依次排序的存放由串结构的有序数组；

S7、对有序数组中的串结构计算对应缓冲线，即安全线；通过沿着塔的单位向量的缩放平移，将串结构平移至安全距离，得到串结构对应的安全串，将串结构加入新数组，并逆序排列，形成从下往上的有序数组；

S8、计算串结构的目标拍照点，对步骤S7中的安全串的端点，计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，并估算幅宽，对于两个端点不能覆盖到全串的情况，根据串结构长度反向计算中间拍照点，该点可拍摄全串；

S9、通过沿着塔的单位向量的缩放旋转平移，计算地线挂点的安全点，并计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即地线挂点拍照点；

S10、进行杆塔各目标点的计算，以及航线规划。

进一步的，所述步骤S10的具体方法如下：

S101、计算看塔基的点，并计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即塔基拍照点；

S102、计算过渡点，用于无人机安全的从上往下过渡；

S103、整理左侧航线，依次为：过渡点，塔基拍照点，串结构的目标拍照点，地线挂点拍照点，过渡点；

S104、计算进入全塔的点：看全塔的点，计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即全塔拍照点；

S105、计算看塔号的点，并计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即塔号拍照点；

S106、计算退出全塔的点：在塔正上方俯视塔基开始拍照或录像的点，计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即导线拍照或录像点；

S107、整理规划航线，依次为：全塔拍照点，左侧航线，塔号拍照点，右侧航线，导线拍照或录像点。

进一步的，所述过渡点为左侧串结构上的端点，地线挂点，塔基三种点中距离塔中心点的水平投影距离最大，高度与塔顶一样的点。

进一步的，所述步骤S3中，杆塔参数包括：方位角、单位向量、法向量、塔顶中心坐标、塔基中心坐标。

本发明另一方面提供了一种巡检飞行器，该飞行器在执行巡检任务时，应用第一方面所述的自主巡检路径规划方法进行路径规划。

相对于现有技术，本发明所述的基于串结构的自主巡检路径规划方法及飞行器具有以下优势：

本发明所述的基于串结构的自主巡检路径规划方法及飞行器能够自动计算各个目标点的安全距离上的拍照点和拍照点上的飞机和载荷姿态，能够保证整个串结构拍到，自动计算拍摄塔基，全塔，塔号等的拍照点具有选点少、自动化程度高的特定，降低人工选点的数据量的同时提高路径规划精度和效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的基于串结构的自主巡检路径规划方法流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例提供了一种基于串结构的自主巡检路径规划方法，本方法以串结构为最短路径进行路径规划，并对串结构进行排序，计算巡检点顺序，执行杆塔巡检，串结构巡检过程中路径规划的最短距离，可以为绝缘子串的长度：

方法为：

1)以串结构为单位进行路径规划，对串进行排序，自动计算巡检点顺序；

2)串结构上，根据幅宽计算串结构端点的拍摄是否能够覆盖全塔，如果不能，根据幅宽反算得到中间拍摄点，该点拍摄的照片能够覆盖全串。

3)根据两个地线挂点自动计算得到串结构，塔基等目标点的拍照点和拍照点上的飞机和载荷姿态。

4)自动计算塔基，全塔等其他目标点的拍照点和拍照点上的飞机和载荷姿态。

如图1所示，具体方法如下：

1.参数输入：

a)定向：沿着线路走向的方向，分左右侧。

b)内容：具有包含a)中方向属性的杆塔左右侧地线挂点和串结构的xyh坐标。

2.寻找杆塔最上面两端的地线挂点：根据1中参数输入的具有方向属性的杆塔左右侧地线挂点和串结构，遍历查找到属性为左侧或右侧地线挂点的串。

3.根据步骤2中两个地线挂点信息，计算塔参数：方位角、单位向量、法向量、塔顶中心坐标、塔基中心坐标等。

4.将所有串拆分成左右串结构的集合。

5.对左右两侧进行步骤6-13的操作。

6.以串结构为单位，计算所有串结构的中心点，并计算每两两串结构中心点的距离，放在二维数组中，行列号都表示每个串结构索引0,1…，存放的数据是行号点到列号点的距离。同时记录高度值最大的值hmax和对应点的索引号。

7.步骤6中最大高度对应的索引点作为起算点，寻找距离此点最近的点，将其索引放入新数组中。下次以此最近的点作为起算点，寻找距离此点最近且不在新数组中的点，将其索引放入新数组中。循环遍历得到由高到低依次排序的存放由串结构的有序数组。

8.对有序数组中的串结构计算对应缓冲线，即安全线。通过沿着塔的单位向量的缩放平移，将串结构平移至安全距离，得到串结构对应的安全串，将串结构加入新数组，并逆序排列，形成从下往上的有序数组。

9.计算串结构的目标拍照点，对步骤8中的安全串的端点，计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，并估算幅宽，对于两个端点不能覆盖到全串的情况，根据串结构长度反向计算中间拍照点，该点能够拍摄全串。

10.通过沿着塔的单位向量的缩放旋转平移，计算地线挂点的安全点，并计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即地线挂点拍照点。

11.计算看塔基的点，并计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即塔基拍照点。

12.计算过渡点，用于无人机安全的从上往下过渡。该点是左侧串结构上的端点，地线挂点，塔基三种点中距离塔中心点的水平投影距离最大，高度与塔顶一样的点。

13.整理左侧航线，依次为：过渡点，塔基拍照点，串结构的目标拍照点，地线挂点拍照点，过渡点。

14.计算进入全塔的点：看全塔的点，计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即全塔拍照点。

15.计算看塔号的点，并计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即塔号拍照点。

16.计算退出全塔的点：在塔正上方俯视塔基开始拍照或录像的点，计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即导线拍照或录像点。

17.整理规划航线，依次为：全塔拍照点，左侧航线，塔号拍照点，右侧航线，导线拍照或录像点。

本实施例提供了一种巡检飞行器，该飞行器在执行巡检任务时，应用第一方面所述的自主巡检路径规划方法进行路径规划。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于串结构的自主巡检路径规划方法，其特征在于:本方法以串结构为最短路径进行路径规划，并对串结构进行排序，计算巡检点顺序，执行杆塔巡检。

2.根据权利要求1所述的基于串结构的自主巡检路径规划方法，其特征在于，具体方法如下：

S1、参数输入；包括定向和内容数据，其中定向是以沿线路走向的方向分为左侧和右侧；内容数据包括定向后的杆塔左右侧地线挂点和串结构的XYH坐标；

S2、寻找杆塔最上面两端的地线挂点：根据步骤S1中参数输入的具有方向属性的杆塔左右侧地线挂点和串结构，遍历查找到属性为左侧或右侧地线挂点的串结构；

S3、根据步骤S2中，两侧地线挂点的串结构信息，计算杆塔参数；

S4、将所有串结构拆分成左右侧串结构的集合；

S5、以串结构为单位，计算所有串结构的中心点，并计算每两两串结构中心点的距离，放在二维数组中，行列号都表示每个串结构索引，存放的数据是行号点到列号点的距离；同时记录高度值最大的值和对应点的索引号；

S6、以步骤S5中最大高度对应的索引点作为起算点，寻找距离此点最近的点，将其索引放入新数组中；下次以此最近的点作为起算点，寻找距离此点最近且不在新数组中的点，将其索引放入新数组中；循环遍历得到由高到低依次排序的存放由串结构的有序数组；

S7、对有序数组中的串结构计算对应缓冲线，即安全线；通过沿着塔的单位向量的缩放平移，将串结构平移至安全距离，得到串结构对应的安全串，将串结构加入新数组，并逆序排列，形成从下往上的有序数组；

S8、计算串结构的目标拍照点，对步骤S7中的安全串的端点，计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，并估算幅宽，对于两个端点不能覆盖到全串的情况，根据串结构长度反向计算中间拍照点，该点可拍摄全串；

S9、通过沿着塔的单位向量的缩放旋转平移，计算地线挂点的安全点，并计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即地线挂点拍照点；

S10、进行杆塔各目标点的计算，以及航线规划。

3.根据权利要求2所述的基于串结构的自主巡检路径规划方法，其特征在于，所述步骤S10的具体方法如下：

S101、计算看塔基的点，并计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即塔基拍照点；

S102、计算过渡点，用于无人机安全的从上往下过渡；

S103、整理左侧航线，依次为：过渡点，塔基拍照点，串结构的目标拍照点，地线挂点拍照点，过渡点；

S104、计算进入全塔的点：看全塔的点，计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即全塔拍照点；

S105、计算看塔号的点，并计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即塔号拍照点；

S106、计算退出全塔的点：在塔正上方俯视塔基开始拍照或录像的点，计算飞机对着目标点的飞机姿态和载荷姿态，即导线拍照或录像点；

S107、整理规划航线，依次为：全塔拍照点，左侧航线，塔号拍照点，右侧航线，导线拍照或录像点。

4.根据权利要求3所述的基于串结构的自主巡检路径规划方法，其特征在于：所述过渡点为左侧串结构上的端点，地线挂点，塔基三种点中距离塔中心点的水平投影距离最大，高度与塔顶一样的点。

5.根据权利要求2所述的基于串结构的自主巡检路径规划方法，其特征在于：所述步骤S3中，杆塔参数包括：方位角、单位向量、法向量、塔顶中心坐标、塔基中心坐标。

6.一种巡检飞行器，其特征在于：该飞行器在执行巡检任务时，应用权利要求1-5任一所述的自主巡检路径规划方法进行路径规划。

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