[發明專利]一種無人機電力巡檢路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201810087630.5
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108332753B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 王松;趙杰清;張楠;卜亮亮;董方晨;單予瓊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;北京創衡控制技術有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發明提供了一種無人機電力巡檢路徑規劃策略，屬于無人機路徑規劃領域。該策略根據目標電纜線路的分布情況采取生成與目標電纜線路等距平行目標航線的方法，在此基礎上對于目標線路中起始點，終止點，以及大角度轉彎位置引用過渡航線避免飛機大角度轉彎過程中的錯拍漏拍問題。針對過渡航線能否與電纜線路發生交叉的問題設計了過線和不過線兩種規劃模式。針對相鄰航點高度差超出飛機爬升能力的問題設計了三種航點切換模式：坡度控制模式、先盤旋升降模式和到點盤旋升降模式。針對巡線過程中避障問題，通過高程數字地圖對目標線路分布區域進行高度檢查，生成對目標電纜線路進行完整環繞飛行，大轉彎角度處平穩過渡并且有效躲避障礙的巡檢線路。

技術領域

本發明屬于無人機路徑規劃技術領域，具體涉及無人機在電力巡線領域的路徑規劃。

背景技術

近年來，我國電力系統得到突飛猛進的發展，據咨詢機構GlobalData預測，截止2020年，中國輸電線路總里程將增加至159萬千米以上。中國幅員遼闊，地形多變，尤其是超高電壓輸電線路多分布在山區，丘陵等惡劣環境中，這給電網的維護和運行造成很大困難。對于這些區域的人工巡檢工作不但工作量大，而且巡檢人員的生命安全也不能得到很好保障。近年來，無人機產業的興起給各種行業帶來變革，利用無人機進行輸電線路的巡檢工作可以有效的提高工作效率，降低巡線成本，保障巡檢人員工作安全性，并且可以通過機載云臺記錄的影像資料及時察覺高壓線路上的安全隱患。

目前，負責電力巡線多采用四旋翼布局的飛行器，主要是出于滿足復雜環境下起飛，控制簡單可靠的考慮，但相比固定翼飛行器，它的缺點是飛行速度低，耗電量大，飛行過程中受風力影響大，這對飛行控制和巡檢質量帶來很大影響。結合這些問題本發明將采用復合式無人機，可以充分利用四旋翼飛行器的垂直起降優勢和固定翼飛行器的大航程、飛行過程平穩的特性。

無人機路徑規劃是無人機飛行安全和任務完成情況的根本保證，要求具有極高的可靠性和實用性。目前針對無人機巡線功能的路徑規劃問題多集中在理論層次，采取的算法多以避障算法為主，這對飛行環境的高度信息了解程度要求過高，并且這些解決方案多處于函數仿真階段，并沒有在工程中得到良好運用。同時采取繞飛式的避障策略會導致對于目標線路巡視的不完整問題，無法有效完成完整的巡線任務。并且經過調研發現絕大多數的巡線任務規劃策略都存在避障與線路巡視完整性的矛盾。

發明內容

本發明的目的是提供一種無人機電力巡檢路徑規劃策略，利用復合式無人機有效地對電纜線路進行巡視檢查，保證對線路巡視的完整，同時根據當前飛行器的飛行特性(飛行速度，轉彎半徑)及轉彎角度來制定轉彎策略，保證有效完成完整的巡線任務，最后利用高程地圖查詢地面高度分布情況修正飛行高度。

本發明提供的一種無人機電力巡檢路徑規劃方法，通過無人機采用與目標電纜線路平行等距的繞飛航線完成對電纜的拍攝巡檢，所述的具有載荷任務的繞飛航線為目標航線。本發明的路徑規劃方法還包括如下方面：

(1)設置無人機的飛行參數，包括航線距離、轉彎半徑、最小轉彎角度和飛行高度；航線距離是指目標航線與電纜線路距離；

(2)檢查目標航線上的有效航點的轉彎角度，若大于設置的最大轉彎角度，則在該有效航點上引入過渡航線；無人機在通過該有效航點時，先通過渡航線，然后再進入目標航線；

(3)在目標航線的起始點引入過渡航線；無人機通過起始點的過渡航線進入目標航線。

本發明方法采用固定翼與旋翼相結合的復合式無人機。

所述的(2)中，有效航點是指存在載荷任務的航線上的點，也就是目標航線中的航點；在有效航點上引入過渡航線，過渡航線為矩形；從該有效航點進入矩形過渡航線，進入矩形過渡航線的方向與轉彎方向成90度夾角，保證無人機在飛經矩形過渡航線中最后的邊時，飛行方向調整到與轉彎方向保持一致；矩形過渡航線的邊長為兩倍轉彎半徑；無人機沿矩形過渡航線行駛，最后從該有效航點駛出矩形過渡航線，進入目標航線。