[發明專利]一種水庫消落帶的無人機巡航路線規劃方法及系統

在審

• 申請號: 202110367567.2
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113091745A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 柳春娜;申劍;余凌;吳必朗;胡純卿;姜付仁;方仲超;李健源;吳萬慶;劉軼;林俊杰;邱曉松
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院;華電西藏能源有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發明涉及一種水庫消落帶下的無人機巡航路線規劃方法及系統。該方法包括：獲取無人機巡檢的地形數據以及水庫的設計參數數據；根據無人機巡檢的地形數據以及水庫的設計參數數據劃分重點區域以及特殊區域；根據水庫的初始化環境地圖和無人機自身參數確定最大迭代次數以及初始路徑；對每個區域進行風險評估，確定每個區域的風險值；根據風險值對所有的區域進行排序，并將排序后的區域進行連通處理；將初始路徑作為優化目標確定成本函數，并利用全局最優頭腦風暴法對所述成本函數進行迭代，確定在最大迭代次數以內的最優飛行路徑；根據最優飛行路徑進行非常規巡檢以及進行常規巡檢。本發明提高了水庫邊坡巡檢效率。

技術領域

本發明涉及水庫邊坡巡檢領域，特別是涉及一種水庫消落帶下的無人機巡航路線規劃方法及系統。

背景技術

中國小型水庫數量多，且存在工程標準偏低，建設質量較差，老化失修嚴重，配套設施不全的等問題，部分存在嚴重的滲漏隱患。此外，在水庫日常的運行中，庫岸邊坡除了在地質演化過程中形成的天然裂隙和短處、節理等地質不連續結構面外，由于開挖、灌漿以及蓄水的影響，產生了一些人工的裂縫。這些裂縫若不及時處理，將會引發庫岸滑坡，而且成規模的庫岸滑坡對庫區和下游的影響往往是災難性的。

消落帶又稱為水位漲落帶、消漲帶、消落帶等，是指河流、湖泊、水庫中由于季節性水位漲落，而使被水淹沒的土地周期性出露水面，成為陸地的一段特殊區域。在目前水電站運行管理中，主要采用人工乘船開展庫岸穩定巡檢，不僅工作量大，耗時費力且巡航效果不理想，且不利于在周期內多次勘察，而且人工巡檢在工作時很難有全局的概念，難免出現遺漏、不夠全面等問題。此外，人工巡檢難以獲得距離水面3m以上的岸坡資料，對于水位變幅較大的區域，更是如此，無法滿足普檢到位的要求。目前常用的監測技術需要在該區域大規模布設位移監測傳感器，也容易受到水體升降、風浪沖蝕等條件破壞，需要增加較多成本。相較與人工巡檢，通過無人機上的傳感器，可提供調查區域的完整圖片，也能在固定周期內進行多次巡檢，因此無人機巡檢可視為有效的監測設備。

近年來，無人機技術發展迅速，由于其靈活、快速以及不受地形環境等條件制約的特點，被廣泛的應用于大比例尺測繪，工程勘察等方面。將無人機應用于水庫地形測量、邊坡勘探可以很好地解決水庫等水利工程由于區域覆蓋面廣、環境復雜、水位徒漲陡落所造成的巡航里程大、頻率高和不及時等問題。

目前，使用無人機進行巡檢時，常常采用遙控的方式，但由于庫區范圍大，環境復雜，使得通過節點傳播的無線信號容易被水體、山體和植被等吸收，信號衰減厲害，容易對無人機的飛行造成影響。另外，通過導入DEM數據，自動生成巡檢路徑的方法，因為DEM的精度不夠，也難以達到巡檢的要求，此外，在使用無人機巡檢時，常需要其進行懸停、轉彎、垂直運動、俯仰運動等操作，人工操作難度大，若操作不當易造成無人機損壞，導致數據丟失。無人機在巡航時也受常到自身條件的限制，如無人機巡視易受到電池容量、飛行穩定性較差、機動性能較差等因素的制約。因此，如何優化無人機的巡航路線使其盡可能的收集信息變得十分重要。。

近年來，研究者提出可各種各樣的無人機路線優化模型，如通過對偶拓撲收取的方法，將需要監測的區域轉化為節點，將無人機的路線優化問題轉化為旅行商問題；或是假定在某些區域沿著坡面飛行，其余區域僅是直線低空飛行的方法。由于庫岸邊坡以及水位漲落的存在，直接應用上述的方法是不可行的。

目前，在庫岸穩定巡檢工作中，也有部分使用無人機進行巡檢，但使用的無人機重量大，飛行時間段，巡航范圍小，一般不能完成巡檢任務或是需要頻繁的起降和補給。此外，無人機沒有進行專門的路徑規劃，巡檢路線隨意，沒有充分利用巡航區域現有的地理信息數據和設計數據，科學性系統性較差，監測針對性弱，無法充分發揮無人機巡檢的優勢。

針對目前庫岸巡檢過程中特別是在針對水庫消落帶的巡檢不充分和巡檢效率低下的問題，亟需一種水庫消落帶下的無人機巡航路線規劃方法或系統以達到高效巡檢庫岸的目的。

發明內容

本發明的目的是提供一種水庫消落帶下的無人機巡航路線規劃方法及系統，提高水庫邊坡巡檢效率。