CN116149355A - 一种输电运维无人机巡视航线规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种输电运维无人机巡视航线规划方法，包括如下步骤：S1、将输电杆塔信息和输电线路信息录入巡视系统，通过三维仿真建立输电塔杆和输电线路模型，并对各杆塔进行编号，建立杆塔数据库；S2、进行杆塔部件标记，根据标记部件自动化生成航点，再根据航点自动生成输电线路的最优巡视航线；S3、确定无人机巡视起降点，计算起降航线，结合输电线路的最优巡视航线，确定实际巡视循环路线；S4、无人机根据实际巡视循环路线进行巡视，同时通过自定义校验参数，实时更新航线状态，进行航线校验、航线智能化矫正以及巡视航线与航点自动化合并，并通过第三方航线管理提供航线导入、航线编辑和航线校验，实时控制无人机巡视进程。

Description

一种输电运维无人机巡视航线规划方法

技术领域

本发明具体涉及一种输电运维无人机巡视航线规划方法，属于三维航线规划与航道控制技术领域。

背景技术

随着多旋翼无人机在电网的深度应用，衍生出一系列数字化电网的应用场景。近年，在输变电领域中提出输电线路巡检模式向以无人机为主的协调自主巡视模式转变，并需要逐年提高无人机自主巡检率，因此，迫切需要专门为进行电力行业无人机巡检定制三维航线规划方法。

目前，电力行业无人机巡检的线路规划通常采用基于点云模型进行无人机自动驾驶航线规划；但是由于输电巡检线路范围大、地形越发复杂且设备分布比较密集，点云模型难以呈现出表计的确切位置及其朝向，且点云模型存在噪点，不利于航线的安全距离检查，使用中发现难以做到完美地去噪，因此，关于利用构建和获取巡检区域三维实景模型，进行航线规划的方法成为研究的热点。申请号为CN202210991219.7的专利公开了“无人机巡视航线规划方法、装置、设备及存储介质”，其中，通过获取目标区域的三维实景模型与航线规划参数；根据所述航线规划参数在三维实景模型中进行航线规划以得到目标航线，通过设置能够获取目标区域点云模型的优化模块进行障碍物规避。

发明内容

本发明提供一种输电运维无人机巡视航线规划方法，利用三维点云数据结合业务场景需求能够快速地进行航线规划以及航线模拟，实现人机交互最优模式，保障输电运维的快速便捷。

本发明的技术方案如下：

本发明的目的之一在于提供一种输电运维无人机巡视航线规划方法，包括如下步骤：

S1、将输电杆塔信息和输电线路信息录入巡视系统，通过三维仿真建立输电塔杆和输电线路模型，并对各杆塔进行编号，建立杆塔数据库；

S2、进行杆塔部件标记，根据标记部件自动化生成航点，再根据航点自动生成输电线路的最优巡视航线；

S3、确定无人机巡视起降点，计算起降航线，结合输电线路的最优巡视航线，确定实际巡视循环路线；

S4、无人机根据实际巡视循环路线进行巡视，同时通过自定义校验参数，实时更新航线状态，进行航线校验、航线智能化矫正以及巡视航线与航点自动化合并，并通过第三方航线管理提供航线导入、航线编辑和航线校验，实时控制无人机巡视进程。

优选地，所述步骤S1中输电杆塔信息包括中心点坐标、杆塔角度、呼称高、各铁塔的横担长度、塔高参数，并定期根据实际情况进行新建桩位、删除桩位、平移桩位和旋转桩位，现桩位位置朝向和排序更新；所述输电线路信息包括和输电线路角度。

优选地，所述步骤S2中杆塔部件标记包括杆塔标记、地线串标记、I串标记和V串标记；根据标记部件生成的航点包括拍照点和辅助点。

优选地，所述步骤S2中根据航点自动生成输电线路最优巡视航线需要在自动生成的航线上进行新建航点、删除航点、航点编辑以及航点手动排序后，得到符合实际杆塔情况的最优巡视航线；所述航点编辑包括对航向、云台角度、拍照距离的航点信息的批量化修改。

优选地，所述步骤S3中无人机起降航线根据杆塔中心点坐标、杆塔角度、呼称高以及无人机起降点的位置信息进行计算，然后将无人机的起降航线与输电线路的最优巡视航线进行拟合合并，进而规划实际巡视循环路线。

优选地，所述步骤S3中确定实际巡视循环路线时，在三维环境下自由化查看航线轨迹以及航点拍照点辅助点的信息，同时进行无人机的第一和第三视角模拟飞行展示，并将模拟合格的航线导出并生成航线文件供机巡管控平台使用。

优选地，所述步骤S4中无人机巡视时，对于呼称高45米以下输电线路铁塔，线路每侧分为两条航线进行测量，飞行高度分别为铁塔全高的一半和塔全高；对于呼称高45米以上输电线路铁塔，线路每侧分为三条航线进行测量，飞行高度分别为塔全高的三分之一、塔全高的三分之二以及塔全高，并实时记录无人机飞行的三维地理信息、云台信息、挂载信息和时间信息，再输入至巡视系统中以便于输电塔杆和输电线路模型的修正。

本发明的目的之二在于提供一种输电运维无人机巡视航线规划系统，包括：

工程管理模块，用于巡视航线的新建、打开和保存；

电云加载模块，用于加载杆塔信息以及航点信息；

视角漫游模块，用于不同视角情况下进行航线三维查看；

航迹规划模块，用于杆塔部件标记和编辑，同时提供自动化生成航点以及航点命名；

航线校验模块，进行航线校验，可自定义校验参数，实时更新航线状态，提供航线智能化矫正，同时提供航点自动化合并；

航线导出模块，根据工程信息自动化生成航线文件名称并导入航点数据到航线文件，导出的航线文件提供给无人机航线管控平台使用。

本发明的目的之三在于提供一种电子设备，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的输电运维无人机巡视航线规划方法。

本发明的目的之四在于提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现输电运维无人机巡视航线规划方法。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的航线规划方法中通过建立针对不同类型的塔型以及部件对应的模型库，能够快速地构建输电运维中的目标状态，实现根据不同塔型机部件形态智能化生成输电线路无人机三维巡视航线，有效提高了航迹规划的易用性及智能化水平；

2、本发明中基于三维可视化输电线路及廊道的点云数据，确定输电运维相关多旋翼无人机巡视标准作业流程，根据不同塔型机部件构造出的智能的输电线路巡视多旋翼无人机三维航线模板，实现输电线路航迹规划三维智能可视化，根据杆塔高度参数，科学合理的使用无人机电池能源和飞行采集长度，合理分配飞行架次，提高工作效率和安全；

3、本发明在航线规划时每次无人机起降与当次巡视的区域航线进行重新的合并，达到每次巡视的高效操作，并基于输电线路安全规范特性，实现输点线路无人机航线危险点校验功能，实现航线规划成果自动校核及危险点航线自动调整，并完成终端部署，达到利用三维点云数据结合业务场景需求快速进行航线规划，以及航线模拟的方法，实现人机交互最优模式，保障输电运维的快速便捷进行的目的。

附图说明

图1为本发明实施例1输电运维无人机巡视航线规划方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1中输电运维无人机巡视航线规划方法中塔杆建模示意图；

图3为本发明实施例1中输电运维无人机巡视航线规划方法中航点标记示意图；

图4为本发明实施例1中输电运维无人机巡视航线规划方法中航线生成示意图；

图5为本发明实施例1中输电运维无人机巡视航线规划方法中航线校验示意图；

图6为本发明实施例2输电运维无人机巡视航线规划系统模块示意图.

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

实施例1

如图1至图5所示，本实施例提供一种输电运维无人机巡视航线规划方法，包括如下步骤：

S1、将输电杆塔信息和输电线路信息录入巡视系统，通过三维仿真建立输电塔杆和输电线路模型，并对各杆塔进行编号，建立杆塔数据库；其中，输电杆塔信息包括中心点坐标、杆塔角度、呼称高、各铁塔的横担长度、塔高参数，并定期根据实际情况进行新建桩位、删除桩位、平移桩位和旋转桩位，现桩位位置朝向和排序更新；所述输电线路信息包括和输电线路角度；

需要说明的是，架空线路的电压等级可以分为：380/220V、6KV、10KV、35KV、66KV、110KV、154KV、220KV、330KV、500KV和1000KV等，通常将10KV及以下电力线路称为配电线路，将35KV及以上的电力线路称为输电线路，其中，将1KV以下的线路称为低压配电线路，1～10KV线路称为高压配电线路，35KV～220KV线路称为高压输电线路，330KV～500KV线路称为超高压输电线路，1000KV及以上线路称为特高压输电线路；输电线路常见的杆塔类型有上字型、V字型、酒杯型、猫头型、干字型等十几种，在输电线路中，相同电压等级的同类型杆塔的塔头尺寸相同，因此，输电线路中的杆塔可以按照电压等级和杆塔类型进行分类，通过不同类型的塔型以及部件建立对应的模型库，便于快速构建输电运维中的目标状态；

S2、进行杆塔部件标记，根据标记部件自动化生成航点，航点包括拍照点和辅助点，再根据航点自动生成输电线路的最优巡视航线；其中，杆塔部件标记包括杆塔标记、地线串标记、I串标记和V串标记；

S3、确定无人机巡视起降点，根据杆塔中心点坐标、杆塔角度、呼称高以及无人机起降点的位置信息计算起降航线，然后将无人机的起降航线与输电线路的最优巡视航线进行拟合合并，确定实际巡视循环路线；

其中，确定无人机的起降航线，需要先确定无人机的起降位置，因此，需要先设定无人机的起降点位置信息，中心点坐标是杆塔的中心点位置的坐标，呼称高是最下层导线挂点到杆塔基面的垂直高度，同电压等级同类型的杆塔的塔头部分的尺寸相同，但是因为地形不同，对应的呼称高会存在差异；

S4、无人机根据实际巡视循环路线进行巡视，同时通过自定义校验参数，实时更新航线状态，进行航线校验、航线智能化矫正以及巡视航线与航点自动化合并，并通过第三方航线管理提供航线导入、航线编辑和航线校验，实时控制无人机巡视进程，达到稳定巡视的要求，通过上述上述步骤能够实现输点线路无人机航线危险点校验功能，实现航线规划成果自动校核及危险点航线自动调整，并完成终端部署。

作为优选地实施例，所述步骤S2中根据航点自动生成输电线路最优巡视航线需要在自动生成的航线上进行新建航点、删除航点、航点编辑以及航点手动排序后，得到符合实际杆塔情况的最优巡视航线；所述航点编辑包括对航向、云台角度、拍照距离的航点信息的批量化修改。

作为优选地实施例，所述步骤S3中确定实际巡视循环路线时，在三维环境下自由化查看航线轨迹以及航点拍照点辅助点的信息，同时进行无人机的第一和第三视角模拟飞行展示，并将模拟合格的航线导出并生成航线文件供机巡管控平台使用。

作为优选地实施例，所述步骤S4中无人机巡视时，对于呼称高45米以下输电线路铁塔，线路每侧分为两条航线进行测量，飞行高度分别为铁塔全高的一半和塔全高；对于呼称高45米以上输电线路铁塔，线路每侧分为三条航线进行测量，飞行高度分别为塔全高的三分之一、塔全高的三分之二以及塔全高，并实时记录无人机飞行的三维地理信息、云台信息、挂载信息和时间信息，再输入至巡视系统中以便于输电塔杆和输电线路模型的修正；

通过上述技术方案，根据塔杆高度参数，科学合理的使用无人机电池能源和飞行采集长度，合理分配飞行架次，提高工作效率和安全。

实施例2

如图6所示，本实施例提供一种输电运维无人机巡视航线规划系统，包括：

工程管理模块，用于巡视航线的新建、打开和保存；

电云加载模块，用于加载杆塔信息以及航点信息；

视角漫游模块，用于不同视角情况下进行航线三维查看；

航迹规划模块，用于杆塔部件标记和编辑，同时提供自动化生成航点以及航点命名；

航线校验模块，进行航线校验，可自定义校验参数，实时更新航线状态，提供航线智能化矫正，同时提供航点自动化合并；

航线导出模块，根据工程信息自动化生成航线文件名称并导入航点数据到航线文件，导出的航线文件提供给无人机航线管控平台使用。

实施例3

本实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例1所述的输电运维无人机巡视航线规划方法。

实施例4

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例1所述的输电运维无人机巡视航线规划方法。

本领域普通技术人员可以意识到，本文中公开的实施例中描述的各单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，任一功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory；以下简称：ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory；以下简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种输电运维无人机巡视航线规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将输电杆塔信息和输电线路信息录入巡视系统，通过三维仿真建立输电塔杆和输电线路模型，并对各杆塔进行编号，建立杆塔数据库；

S2、进行杆塔部件标记，根据标记部件自动化生成航点，再根据航点自动生成输电线路的最优巡视航线；

S3、确定无人机巡视起降点，计算起降航线，结合输电线路的最优巡视航线，确定实际巡视循环路线；

S4、无人机根据实际巡视循环路线进行巡视，同时通过自定义校验参数，实时更新航线状态，进行航线校验、航线智能化矫正以及巡视航线与航点自动化合并，并通过第三方航线管理提供航线导入、航线编辑和航线校验，实时控制无人机巡视进程。

2.如权利要求1所述的一种输电运维无人机巡视航线规划方法，其特征在于，所述步骤S1中输电杆塔信息包括中心点坐标、杆塔角度、呼称高、各铁塔的横担长度、塔高参数，并定期根据实际情况进行新建桩位、删除桩位、平移桩位和旋转桩位，现桩位位置朝向和排序更新；所述输电线路信息包括和输电线路角度。

3.如权利要求1所述的一种输电运维无人机巡视航线规划方法，其特征在于，所述步骤S2中杆塔部件标记包括杆塔标记、地线串标记、I串标记和V串标记；根据标记部件生成的航点包括拍照点和辅助点。

4.如权利要求1所述的一种输电运维无人机巡视航线规划方法，其特征在于，所述步骤S2中根据航点自动生成输电线路最优巡视航线需要在自动生成的航线上进行新建航点、删除航点、航点编辑以及航点手动排序后，得到符合实际杆塔情况的最优巡视航线；所述航点编辑包括对航向、云台角度、拍照距离的航点信息的批量化修改。

5.如权利要求1所述的一种输电运维无人机巡视航线规划方法，其特征在于，所述步骤S3中无人机起降航线根据杆塔中心点坐标、杆塔角度、呼称高以及无人机起降点的位置信息进行计算，然后将无人机的起降航线与输电线路的最优巡视航线进行拟合合并，进而规划实际巡视循环路线。

6.如权利要求1所述的一种输电运维无人机巡视航线规划方法，其特征在于，所述步骤S3中确定实际巡视循环路线时，在三维环境下自由化查看航线轨迹以及航点拍照点辅助点的信息，同时进行无人机的第一和第三视角模拟飞行展示，并将模拟合格的航线导出并生成航线文件供机巡管控平台使用。

7.如权利要求1所述的一种输电运维无人机巡视航线规划方法，其特征在于，所述步骤S4中无人机巡视时，对于呼称高45米以下输电线路铁塔，线路每侧分为两条航线进行测量，飞行高度分别为铁塔全高的一半和塔全高；对于呼称高45米以上输电线路铁塔，线路每侧分为三条航线进行测量，飞行高度分别为塔全高的三分之一、塔全高的三分之二以及塔全高，并实时记录无人机飞行的三维地理信息、云台信息、挂载信息和时间信息，再输入至巡视系统中以便于输电塔杆和输电线路模型的修正。

8.一种输电运维无人机巡视航线规划系统，其特征在于，包括：

工程管理模块，用于巡视航线的新建、打开和保存；

电云加载模块，用于加载杆塔信息以及航点信息；

视角漫游模块，用于不同视角情况下进行航线三维查看；

航迹规划模块，用于杆塔部件标记和编辑，同时提供自动化生成航点以及航点命名；

航线校验模块，进行航线校验，可自定义校验参数，实时更新航线状态，提供航线智能化矫正，同时提供航点自动化合并；

航线导出模块，根据工程信息自动化生成航线文件名称并导入航点数据到航线文件，导出的航线文件提供给无人机航线管控平台使用。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的输电运维无人机巡视航线规划方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的输电运维无人机巡视航线规划方法。

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