CN116339383A - 基于无人机的配网巡检航线自主规划方法 - Google Patents

基于无人机的配网巡检航线自主规划方法 Download PDF

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CN116339383A CN202310390498.6A CN202310390498A CN116339383A CN 116339383 A CN116339383 A CN 116339383A CN 202310390498 A CN202310390498 A CN 202310390498A CN 116339383 A CN116339383 A CN 116339383A
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周杰
何涛
黄亮
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陈健欣
杨洪椿
刘晓峰
杨宏
李宗成
李映国
肖旭
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夏川
王耀
唐梦蛟
吴阳
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State Grid Corp of China SGCC
Yongchuan Power Supply Co of State Grid Chongqing Electric Power Co Ltd
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    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
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Abstract

本发明公开了一种基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，包括：S1.获取杆塔塔头经纬度坐标，设定无人机与杆塔塔头之间的预设距离；S2.根据杆塔塔头经纬度坐标以及所述预设距离，确定无人机的拍照点位；S3.从无人机起飞点开始，依次连接起飞点、所述拍照点位以及无人机降落点，形成配网巡检航线。本发明能够实现复杂环境下的配网杆塔巡检，全程无需人工干预，提升了巡检效率。

Description

基于无人机的配网巡检航线自主规划方法
技术领域
本发明涉及配网巡检领域，具体涉及一种基于无人机的配网巡检航线自主规划方法。
背景技术
无人机技术的发展带来了新的电力巡检途径，无人机已经广泛应用于输电线路或设备的巡查，并取得了良好的效果。但在配网自动巡检上，仍处于探索阶段。相比于普通的输电系统，配网系统具有规模大、网架结构复杂、飞行环境恶劣的特点。
现有的无人机自动巡检技术主要是在无人机上挂载激光雷达，通过人工沿线路飞行记录激光雷达扫描结果和高精度RTK三维坐标，根据数据生成高精度三维激光模型，在模型上通过人工标记的方式画出要飞行的路点，然后人工带着无人机进行人工示教，如果合适就反复复用该航线，进而完成对配网杆塔等的无人机自动巡检。但该方法存在需要人工干预，巡检效率低的问题。
因此，为解决以上问题，需要一种基于无人机的配网巡检航线自主规划方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，能够实现复杂环境下的配网杆塔巡检，全程无需人工干预，提升了巡检效率。
本发明的基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，包括如下步骤：
S1.获取杆塔塔头经纬度坐标，设定无人机与杆塔塔头之间的预设距离；
S2.根据杆塔塔头经纬度坐标以及所述预设距离，确定无人机的拍照点位；
S3.从无人机起飞点开始，依次连接起飞点、所述拍照点位以及无人机降落点，形成配网巡检航线。
进一步，根据杆塔塔头经纬度坐标以及所述预设距离，确定无人机的拍照点位，具体包括：
构建无人机拍照点位模型：
Figure BDA0004175586460000021
其中，di为无人机与杆塔塔头之间的经度距离；dj为无人机与杆塔塔头之间的维度距离；L为预设距离；
调整无人机拍照点位模型中各参数值，使得所述模型中的等式成立，将等式成立时，设置的无人机经纬度坐标作为无人机的拍照点位。
进一步，根据如下公式确定无人机与杆塔塔头之间的经度距离di：
di＝(Jj-Ji)*(2πR/360)*cos(Wi*π/180)；
其中，Jj为无人机的经度坐标，Ji为杆塔塔头的经度坐标，R为地球半径，Wi为杆塔塔头的纬度坐标。
进一步，根据如下公式确定无人机与杆塔塔头之间的维度距离dj：
dj＝(Wj-Wi)*2πR/360；
其中，Wj为无人机的纬度坐标，Wi为杆塔塔头的纬度坐标，R为地球半径。
进一步，所述拍照点位包括围绕于杆塔四周的4个点位；4个点位分别为杆塔的前方点位、杆塔的后方点位、杆塔的左方点位以及杆塔的右方点位。
进一步，在配网巡检航线中，根据如下方法连接4个点位：
从前方点位开始，依次连接前方点位、左方点位、右方点位以及后方点位。
进一步，根据如下公式确定无人机在拍照点位时的拍摄航向角θ：
θ＝tanh(dj/di)*180/π；
其中，dj为无人机与杆塔塔头之间的维度距离，di为无人机与杆塔塔头之间的经度距离。
进一步，根据如下公式确定无人机在拍照点位时的拍摄俯仰角ω：
Figure BDA0004175586460000031
其中，dj为无人机与杆塔塔头之间的维度距离，di为无人机与杆塔塔头之间的经度距离，dh为杆塔塔头高度与无人机相机高度之间的差值。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，通过确定对杆塔进行拍照的拍照点位以及确定若干拍照点位的连接线路，然后从无人机的飞行起到开始，依次连接拍照点位对应的连接线路，最后连接无人机的降落点，即可形成一个配网巡检航线，无人机依据该配网巡检航线可以进行自主巡检，能够实现复杂环境下的配网杆塔巡检，全程无需人工干预，提升了巡检效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的规划方法流程示意图；
图2为本发明的无人机拍照点位示意图；
图3为本发明的配网巡检航线示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图所示：
本发明的基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，包括如下步骤：
S1.获取杆塔塔头经纬度坐标，设定无人机与杆塔塔头之间的预设距离；
S2.根据杆塔塔头经纬度坐标以及所述预设距离，确定无人机的拍照点位；
S3.从无人机起飞点开始，依次连接起飞点、所述拍照点位以及无人机降落点，形成配网巡检航线。
本实施例中，在配网系统中，杆塔不仅数量大，而且在配网线路中起到了重要的承接作用，所以对于配网的巡检，主要是对配网中的杆塔进行巡检。在配网系统中杆塔的位置往往是固定不变的，所以可以预先获取杆塔塔头的经纬度坐标。所述预设距离可以根据巡检实际工况进行设置，比如设定无人机与杆塔塔头之间预设距离为10m，也就是，无人机在巡检过程中，距离杆塔塔头10米处进行拍照巡检。
本实施例中，根据杆塔塔头经纬度坐标以及所述预设距离，确定无人机的拍照点位，具体包括：
构建无人机拍照点位模型：
Figure BDA0004175586460000041
其中，di为无人机与杆塔塔头之间的经度距离；dj为无人机与杆塔塔头之间的维度距离；L为预设距离；所述预设距离L可以取值为10m。
调整无人机拍照点位模型中各参数值，使得所述模型中的等式成立，将等式成立时，设置的无人机经纬度坐标作为无人机的拍照点位。
根据如下公式确定无人机与杆塔塔头之间的经度距离di：
di＝(Jj-Ji)*(2πR/360)*cos(Wi*π/180)；
其中，Jj为无人机的经度坐标，Ji为杆塔塔头的经度坐标，R为地球半径，Wi为杆塔塔头的纬度坐标。
根据如下公式确定无人机与杆塔塔头之间的维度距离dj：
dj＝(Wj-Wi)*2πR/360；
其中，Wj为无人机的纬度坐标，Wi为杆塔塔头的纬度坐标，R为地球半径。
通过上述无人机拍照点位模型、经度距离di计算公式以及维度距离dj计算公式，可以求解出若干个无人机经纬度坐标，一般地，可以求出4个无人机经纬度坐标，如图2所示，图中圆圈位置为无人机拍照点位，每一个无人机经纬度坐标就为一个无人机拍照点位。也即是，所述拍照点位包括围绕于杆塔四周的4个点位；4个点位分别为杆塔的前方点位、杆塔的后方点位、杆塔的左方点位以及杆塔的右方点位。
在配网巡检航线中，根据如下方法连接4个点位：
从前方点位开始，依次连接前方点位、左方点位、右方点位以及后方点位。通过上述连接方式，使得连接线路构成了一个Z字型，从而使得无人机在走完4个点位后，所消耗的距离路程最短。
当然了，在整个巡检航线中，无人机在结束对一个杆塔的巡检后，会飞向另外的杆塔并对该杆塔进行巡检。对于另外杆塔的巡检中，确定拍照点位以及确定若干点位之间连接线路的原理都是相同的，在此不再赘述。如图3所示，为一个完整的巡检航线示例。
本实施例中，无人机到达拍照点位后，为了对杆塔进行更好地拍照巡查，就需要设置相机的拍摄航向角以及拍摄俯仰角，所述相机一般都直接搭载在无人机上。
根据如下公式确定无人机在拍照点位时的拍摄航向角θ：
θ＝tanh(dj/di)*180/π；
其中，dj为无人机与杆塔塔头之间的维度距离，di为无人机与杆塔塔头之间的经度距离。
根据如下公式确定无人机在拍照点位时的拍摄俯仰角ω：
Figure BDA0004175586460000061
其中，dj为无人机与杆塔塔头之间的维度距离，di为无人机与杆塔塔头之间的经度距离，dh为杆塔塔头高度与无人机相机高度之间的差值。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.获取杆塔塔头经纬度坐标，设定无人机与杆塔塔头之间的预设距离；
S2.根据杆塔塔头经纬度坐标以及所述预设距离，确定无人机的拍照点位；
S3.从无人机起飞点开始，依次连接起飞点、所述拍照点位以及无人机降落点，形成配网巡检航线。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，其特征在于：根据杆塔塔头经纬度坐标以及所述预设距离，确定无人机的拍照点位，具体包括：
构建无人机拍照点位模型：
Figure FDA0004175586450000011
其中，di为无人机与杆塔塔头之间的经度距离；dj为无人机与杆塔塔头之间的维度距离；L为预设距离；
调整无人机拍照点位模型中各参数值，使得所述模型中的等式成立，将等式成立时，设置的无人机经纬度坐标作为无人机的拍照点位。
3.根据权利要求2所述的基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，其特征在于：根据如下公式确定无人机与杆塔塔头之间的经度距离di：
di＝(Jj-Ji)*(2πR/360)*cos(Wi*π/180)；
其中，Jj为无人机的经度坐标，Ji为杆塔塔头的经度坐标，R为地球半径，Wi为杆塔塔头的纬度坐标。
4.根据权利要求3所述的基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，其特征在于：根据如下公式确定无人机与杆塔塔头之间的维度距离dj：
dj＝(Wj-Wi)*2πR/360；
其中，Wj为无人机的纬度坐标，Wi为杆塔塔头的纬度坐标，R为地球半径。
5.根据权利要求2所述的基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，其特征在于：所述拍照点位包括围绕于杆塔四周的4个点位；4个点位分别为杆塔的前方点位、杆塔的后方点位、杆塔的左方点位以及杆塔的右方点位。
6.根据权利要求5所述的基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，其特征在于：在配网巡检航线中，根据如下方法连接4个点位：
从前方点位开始，依次连接前方点位、左方点位、右方点位以及后方点位。
7.根据权利要求1所述的基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，其特征在于：根据如下公式确定无人机在拍照点位时的拍摄航向角θ：
θ＝tanh(dj/di)*180/π；
其中，dj为无人机与杆塔塔头之间的维度距离，di为无人机与杆塔塔头之间的经度距离。
8.根据权利要求1所述的基于无人机的配网巡检航线自主规划方法，其特征在于：根据如下公式确定无人机在拍照点位时的拍摄俯仰角ω：
Figure FDA0004175586450000021
其中，dj为无人机与杆塔塔头之间的维度距离，di为无人机与杆塔塔头之间的经度距离，dh为杆塔塔头高度与无人机相机高度之间的差值。
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CN116841321A (zh) * 2023-08-24 2023-10-03 天津市普迅电力信息技术有限公司 一种无人机配网巡检航线规划及断点安全续飞的控制方法

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