CN116301056A - 一种多无人机协同巡检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力巡检技术领域，具体涉及一种多无人机协同巡检系统，包括：地面控制终端、地面中转站和多个无人机；地面控制终端包括：任务分发模块、无人机监控模块和任务调度模块；各无人机按照各自的巡检任务对输电线路指定路段进行自主巡检；任务调度模块实时统计已完成巡检任务的无人机的位置信息、以及未完成巡检任务的无人机的剩余巡检任务，以总的巡检时间最短为目标，从未完成巡检任务的无人机的剩余巡检任务中分出一部分给已完成巡检任务、且距离最近的无人机；地面中转站沿输电线路设置有多个，其用于为无人机提供着陆平台和充电基站。本发明通过多无人机协同实现对输电线路的高效、自主巡检。
Description
技术领域
本发明涉及电力巡检技术领域，更具体的说是涉及一种多无人机协同巡检系统。
背景技术
输电线路长期暴露在自然环境中，不仅要承受正常机械载荷和电力载荷的内部压力，还会雷击、强风、粉尘和鸟虫等外部环境影响，这些因素可能对电力系统的安全和稳定运行构成严重的威胁，对输电线路进行巡检，以确保用电安全，尤为重要。
无人机巡检可提高电力维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带电的情况下迅速完成，远高于人工巡检效率。目前，无人机巡检作业中，大部分无人机在操作人员的操控下进行巡检，无人机要控制在操控员的视野范围内，飞行范围受到限制，不能实现自主飞行，或者每个无人机被分配固定任务，无法实现协同控制及任务分配，导致巡检效率不高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多无人机协同巡检系统，通过多无人机协同实现对输电线路的高效、自主巡检。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多无人机协同巡检系统，包括：地面控制终端、地面中转站和多个无人机；所述地面控制终端包括：任务分发模块、无人机监控模块和任务调度模块；
所述任务分发模块用于生成针对输电线路不同路段的多个巡检任务，并将多个巡检任务分发至对应的无人机；
各无人机用于按照各自的巡检任务对输电线路指定路段进行自主巡检；
所述无人机监控模块用于实时监控各无人机的自身状态信息、巡检信息和位置信息；
所述任务调度模块用于实时统计已完成巡检任务的无人机的位置信息、以及未完成巡检任务的无人机的剩余巡检任务，以总的巡检时间最短为目标，从未完成巡检任务的无人机的剩余巡检任务中分出一部分给已完成巡检任务、且距离最近的无人机；
所述地面中转站沿输电线路设置有多个，其用于为无人机提供着陆平台和充电基站。
进一步的，所述任务分发模块还用于根据各无人机的飞行能力确定各无人机的巡检任务；其中，巡检任务数量与当前可调配无人机数量相等，无人机的飞行能力根据电池续航时间和巡检信息存储空间确定。
进一步的，每个无人机对应的巡检任务包含：飞行路径、输电线路的巡检路段以及无人机相对输电线路的巡检角度。
进一步的，所述任务分发模块还用于将输电线路同一路段下的同一巡检任务发送至两个无人机，两个无人机分别位于输电线路两侧同步执行该巡检任务；或：
所述任务分发模块将输电线路不同路段的巡检任务分别发送至不同的无人机，执行对应路段巡检任务的无人机先对输电线路单侧进行巡检，单侧巡检完成后，再对输电线路的另一侧进行巡检。
进一步的，所述无人机监控模块包括：无人机状态监控单元、巡检信息监控单元和位置信息汇总单元；
所述无人机状态监控单元用于实时获取各无人机的电池电量、飞行速度、飞行角度、信息存储空间状态、巡检任务完成状态、着陆状态和充电状态；
所述巡检信息监控单元用于每间隔预设时间统一接收各无人机对输电线路的巡检信息，并结合预先构建的知识库对巡检信息进行故障诊断，确定输电线路的故障位置；
所述位置信息汇总单元用于按照时间统计各无人机的实时位置，并按照输电线路的巡检路段统计输电线路的故障位置，对故障位置信息进行突出标记。
进一步的，所述无人机监控模块还包括：显示单元；
所述显示单元用于以地图形式对各无人机的实时位置进行定位，并对输电线路的故障位置进行突出显示。
进一步的，所述无人机监控模块还包括充电控制单元；
所述充电控制单元用于当某一无人机的电量低于预设值时，根据该无人机当前所处位置，确定距离其最近的地面中转站，并生成该无人机至距离其最近地面中转站间的飞行路径；该无人机根据生成的飞行路径自主导航至距离其最近的地面中转站进行自主充电。
进一步的，每个无人机均搭载有摄像头、红外相机、GPS模块、存储模块、微处理器模块和通信模块；
所述摄像头用于对输电线路进行拍照，每张图片以Name_Pos_ymdhms命名，其中，Name为输电线路名称，Pos为拍摄位置，ymdhms为年月日时分秒，表示输电线路图片的生成时间；
所述红外相机用于采集输电线路对应路段的温度分布信息；
所述GPS模块用于对无人机进行实时定位；
所述存储模块用于对输电线路不同位置的图像信息和温度分布信息进行实时存储；
所述微处理器用于每间隔预设时间，通过所述通信模块将无人机的实时位置信息和所述存储模块的存储内容发送至所述无人机监控模块。
进一步的，所述任务调度模块还用于当某一无人机在巡检任务途中返回所述地面中转站进行充电时，先判断是否存在已完成自身巡检任务的无人机，若存在，继续判断电量是否充足，若电量充足，则从电量充足的无人机中选择距离最近的无人机代替返回充电无人机执行剩余巡检任务；若其他所有无人机均未完成自身巡检任务，则选择剩余巡检任务最少的无人机执行完自身巡检任务之后，判断其电量是否充足，若电量充足，则代替返回充电无人机执行剩余巡检任务，若电量不足，则继续从剩余无人机中选择，直至满足条件。
进一步的，所述电量充足的判断原则为：保证无人机在完成返回充电无人机的剩余巡检任务后，有充足的电量返回到所述地面中转站。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多无人机协同巡检系统，具有以下有益效果：
1、本发明在对输电线路进行巡检时，采用多个无人机协同对输电线路进行同步巡检，并且在巡检途中，自动调遣已完成巡检任务的无人机帮助未完成巡检任务的无人机继续执行巡检任务，以减少总的巡检时间，提高巡检效率。
2、本发明通过无人机监控模块可对各个无人机的自身状态、巡检数据和位置信息进行实时监控，使工作人员在地面上即可了解所有无人机的动态，便于对所有无人机的统一调控。
3、本发明通过沿输电线路设置多个中转站，确保无人机在电量不足时就近充电，实现无人机持续巡检，延长续航时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的多无人机协同巡检系统的结构框图；
图2为本发明提供的无人机监控模块的结构框图。
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做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。
如图1所示，本发明实施例公开了一种多无人机协同巡检系统，包括：地面控制终端、地面中转站和多个无人机，多个无人机组成无人机群；地面控制终端包括：任务分发模块、无人机监控模块和任务调度模块；
任务分发模块用于生成针对输电线路不同路段的多个巡检任务，并将多个巡检任务分发至对应的无人机；
各无人机用于按照各自的巡检任务对输电线路指定路段进行自主巡检；
无人机监控模块用于实时监控各无人机的自身状态信息、巡检信息和位置信息；
任务调度模块用于实时统计已完成巡检任务的无人机的位置信息、以及未完成巡检任务的无人机的剩余巡检任务，以总的巡检时间最短为目标，从未完成巡检任务的无人机的剩余巡检任务中分出一部分给已完成巡检任务、且距离最近的无人机；
地面中转站沿输电线路设置有多个，其用于为无人机提供着陆平台和充电基站。
各地面中转站具有各自的编号，且着陆平台上具有颜色识别区域，颜色识别区域上印有编号，一方面，该颜色识别区域可作为无人机的着陆标识，指引无人机精准降落，另一方面，无人机通过自身携带的摄像头对该编号进行识别，识别后，将其所着陆的地面中转站的编号和自身基本信息发送至无人机监控模块，这样，可以获知具体无人机的具体着陆位置。
同时，地面中转站中的各个充电基站也有各自的编号，若无人机着陆后，因电量不足需要充电时，则在充电前，识别充电基站编号，将充电基站编号和无人机自身充电状态发送至无人机监控模块。
具体来说，任务分发模块还用于根据各无人机的飞行能力确定各无人机的巡检任务；每个无人机对应的巡检任务包含：飞行路径、输电线路的巡检路段以及无人机相对输电线路的巡检角度。其中，巡检任务数量与当前可调配无人机数量相等，无人机的飞行能力根据电池续航时间和巡检信息存储空间确定。电池续航时间和存储空间较大的无人机被分配更多的巡检任务，反之，分配较少的巡检任务。当无人机接收到巡检任务之后，先按照飞行路径飞行至输电线路的指定位置，然后以固定角度朝向输电线路进行巡检，该角度是工作人员通过试验获知的最佳拍摄角度，可使采集的图像更为清晰。
更有利的，任务分发模块还用于将输电线路同一路段下的同一巡检任务发送至两个无人机，两个无人机分别位于输电线路两侧同步执行该巡检任务；或：
任务分发模块将输电线路不同路段的巡检任务分别发送至不同的无人机，执行对应路段巡检任务的无人机先对输电线路单侧进行巡检，单侧巡检完成后，再对输电线路的另一侧进行巡检。
传统的巡检方式只包含一侧，而本发明实施例可以通过两种方式，采用两架无人机对输电线路的两侧进行同步巡检，或采用一个无人机先巡检输电线路的单侧，再掉头沿巡检输电线路的另一侧进行巡检，避免漏掉故障点，确保对输电线路的检测精度。
在一个具体实施例中，如图2所示，无人机监控模块包括：无人机状态监控单元、巡检信息监控单元和位置信息汇总单元；
无人机状态监控单元用于实时获取各无人机的电池电量、飞行速度、飞行角度、信息存储空间状态、巡检任务完成状态、着陆状态和充电状态；
巡检信息监控单元用于每间隔预设时间统一接收各无人机对输电线路的巡检信息，并结合预先构建的知识库对巡检信息进行故障诊断，确定输电线路的故障位置；
位置信息汇总单元用于按照时间统计各无人机的实时位置，并按照输电线路的巡检路段统计输电线路的故障位置，对故障位置信息进行突出标记；本发明通过对存在故障的数据进行标记，可使工作人员快速锁定输电线路的故障位置，提高工作效率。
在一个实施例中，无人机监控模块还包括：存储单元；存储单元用于按照日期对整个巡检任务所涉及的各种信息进行存储。存储单元可以对整个巡检过程进行记录，便于后期追溯。
更有利的，无人机监控模块还包括：显示单元；
显示单元用于以地图形式对各无人机的实时位置进行定位，并对输电线路的故障位置进行突出显示。可以在地图中采用不同颜色对输电线路的故障位置进行突出显示，使工作人员更为直观的获知输电线路故障位置在地理地图中的位置。
在其他实施例中，无人机监控模块还包括充电控制单元；
充电控制单元用于当某一无人机的电量低于预设值时，根据该无人机当前所处位置，确定距离其最近的地面中转站，并生成该无人机至距离其最近地面中转站间的飞行路径；该无人机根据生成的飞行路径自主导航至距离其最近的地面中转站进行自主充电。
在一个实施例中，每个无人机均搭载有摄像头、红外相机、GPS模块、存储模块、微处理器模块和通信模块；
摄像头用于对输电线路进行拍照，每张图片以Name_Pos_ymdhms命名，其中，Name为输电线路名称，Pos为拍摄位置，ymdhms为年月日时分秒，表示输电线路图片的生成时间；
红外相机用于采集输电线路对应路段的温度分布信息；
GPS模块用于对无人机进行实时定位；
存储模块用于对输电线路不同位置的图像信息和温度分布信息进行实时存储；
微处理器用于每间隔预设时间，通过通信模块将无人机的实时位置信息和存储模块的存储内容发送至无人机监控模块。
在一个较佳的实施例中，任务调度模块还用于当某一无人机在巡检任务途中返回地面中转站进行充电时，先判断是否存在已完成自身巡检任务的无人机，若存在，继续判断电量是否充足，若电量充足，则从电量充足的无人机中选择距离最近的无人机代替返回充电无人机执行剩余巡检任务；若其他所有无人机均未完成自身巡检任务，则选择剩余巡检任务最少的无人机执行完自身巡检任务之后，判断其电量是否充足，若电量充足，则代替返回充电无人机执行剩余巡检任务，若电量不足，则继续从剩余无人机中选择，直至满足条件。
电量充足的判断原则为：保证无人机在完成返回充电无人机的剩余巡检任务后，有充足的电量返回到地面中转站。
同理，当同时存在已完成巡检任务的无人机和未完成巡检任务的无人机时，先从未完成巡检任务的无人机的剩余巡检任务中分出一部分给已完成巡检任务、且距离最近的无人机，将除执行自身巡检任务之外的任务称为额外任务，当该距离最近的无人机执行额外任务时，发生电量不足时，也按照上述方式从剩余无人机中进行选择，接力完成该额外任务。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种多无人机协同巡检系统，其特征在于，包括：地面控制终端、地面中转站和多个无人机；所述地面控制终端包括：任务分发模块、无人机监控模块和任务调度模块；
所述任务分发模块用于生成针对输电线路不同路段的多个巡检任务，并将多个巡检任务分发至对应的无人机；
各无人机用于按照各自的巡检任务对输电线路指定路段进行自主巡检；
所述无人机监控模块用于实时监控各无人机的自身状态信息、巡检信息和位置信息；
所述任务调度模块用于实时统计已完成巡检任务的无人机的位置信息、以及未完成巡检任务的无人机的剩余巡检任务，以总的巡检时间最短为目标，从未完成巡检任务的无人机的剩余巡检任务中分出一部分给已完成巡检任务、且距离最近的无人机；
所述地面中转站沿输电线路设置有多个，其用于为无人机提供着陆平台和充电基站。
2.根据权利要求1所述的多无人机协同巡检系统，其特征在于，所述任务分发模块还用于根据各无人机的飞行能力确定各无人机的巡检任务；其中，巡检任务数量与当前可调配无人机数量相等，无人机的飞行能力根据电池续航时间和巡检信息存储空间确定。
3.根据权利要求1所述的多无人机协同巡检系统，其特征在于，每个无人机对应的巡检任务包含：飞行路径、输电线路的巡检路段以及无人机相对输电线路的巡检角度。
4.根据权利要求1所述的多无人机协同巡检系统，其特征在于，所述任务分发模块还用于将输电线路同一路段下的同一巡检任务发送至两个无人机，两个无人机分别位于输电线路两侧同步执行该巡检任务；或：
所述任务分发模块将输电线路不同路段的巡检任务分别发送至不同的无人机，执行对应路段巡检任务的无人机先对输电线路单侧进行巡检，单侧巡检完成后，再对输电线路的另一侧进行巡检。
5.根据权利要求1所述的多无人机协同巡检系统，其特征在于，所述无人机监控模块包括：无人机状态监控单元、巡检信息监控单元和位置信息汇总单元；
所述无人机状态监控单元用于实时获取各无人机的电池电量、飞行速度、飞行角度、信息存储空间状态、巡检任务完成状态、着陆状态和充电状态；
所述巡检信息监控单元用于每间隔预设时间统一接收各无人机对输电线路的巡检信息，并结合预先构建的知识库对巡检信息进行故障诊断，确定输电线路的故障位置；
所述位置信息汇总单元用于按照时间统计各无人机的实时位置，并按照输电线路的巡检路段统计输电线路的故障位置，对故障位置信息进行突出标记。
6.根据权利要求5所述的多无人机协同巡检系统，其特征在于，所述无人机监控模块还包括：显示单元；
所述显示单元用于以地图形式对各无人机的实时位置进行定位，并对输电线路的故障位置进行突出显示。
7.根据权利要求5所述的多无人机协同巡检系统，其特征在于，所述无人机监控模块还包括充电控制单元；
所述充电控制单元用于当某一无人机的电量低于预设值时，根据该无人机当前所处位置，确定距离其最近的地面中转站，并生成该无人机至距离其最近地面中转站间的飞行路径；该无人机根据生成的飞行路径自主导航至距离其最近的地面中转站进行自主充电。
8.根据权利要求1所述的多无人机协同巡检系统，其特征在于，每个无人机均搭载有摄像头、红外相机、GPS模块、存储模块、微处理器模块和通信模块；
所述摄像头用于对输电线路进行拍照，每张图片以Name_Pos_ymdhms命名，其中，Name为输电线路名称，Pos为拍摄位置，ymdhms为年月日时分秒，表示输电线路图片的生成时间；
所述红外相机用于采集输电线路对应路段的温度分布信息；
所述GPS模块用于对无人机进行实时定位；
所述存储模块用于对输电线路不同位置的图像信息和温度分布信息进行实时存储；
所述微处理器用于每间隔预设时间，通过所述通信模块将无人机的实时位置信息和所述存储模块的存储内容发送至所述无人机监控模块。
9.根据权利要求1所述的多无人机协同巡检系统，其特征在于，所述任务调度模块还用于当某一无人机在巡检任务途中返回所述地面中转站进行充电时，先判断是否存在已完成自身巡检任务的无人机，若存在，继续判断电量是否充足，若电量充足，则从电量充足的无人机中选择距离最近的无人机代替返回充电无人机执行剩余巡检任务；若其他所有无人机均未完成自身巡检任务，则选择剩余巡检任务最少的无人机执行完自身巡检任务之后，判断其电量是否充足，若电量充足，则代替返回充电无人机执行剩余巡检任务，若电量不足，则继续从剩余无人机中选择，直至满足条件。
10.根据权利要求1或9所述的多无人机协同巡检系统，其特征在于，所述电量充足的判断原则为：保证无人机在完成返回充电无人机的剩余巡检任务后，有充足的电量返回到所述地面中转站。
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