[發明專利]一種基于無人機實現風場全域自動化巡檢的路徑規劃方法

在審

• 申請號: 202211000415.X
• 申請日: 2022-08-19
• 公開（公告）號: CN115326075A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 張世東;陳偉;王建國;尚天坤;黃新;高月鎖;于延慶;秦威
• 申請（專利權）人: 上海明華電力科技有限公司;上海電力新能源發展有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G06K9/62;G06N3/00;B64C39/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 應小波

1.一種基于無人機實現風場全域自動化巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，該方法用于無人機對風場進行巡檢規劃，所述的方法包括對全場風機進行聚類，并對聚類中心間的巡檢路徑和聚類內風機葉片的所有巡檢路徑之和進行尋優。

2.根據權利要求1所述的一種基于無人機實現風場全域自動化巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，該方法采用了雙層路徑規劃算法，具體包括：

第一層路徑規劃，實現了全場風機聚類分類，并對聚類中心間的巡檢路徑進行尋優；

第二層路徑規劃，以聚類中心作為無人機起始點和換電點，以無人機從起飛到巡檢完該聚類內所有風機葉片的所有路徑之和為優化目標，實現了各聚類內的巡檢路徑尋優。

3.根據權利要求2所述的一種基于無人機實現風場全域自動化巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，所述第一層路徑規劃包括：首先利用K-means聚類算法將所有風機分為K個聚類，并計算每個聚類的中心k_i坐標；然后利用粒子群算法或模擬退火算法對K個聚類中心進行聚類中心間的巡檢路徑規劃，實現K個聚類區域間的巡檢路徑尋優，以最少的換電點實現風場巡檢全覆蓋。

4.根據權利要求3所述的一種基于無人機實現風場全域自動化巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，所述第一層路徑規劃具體包括以下步驟：

步驟101、獲取風場內所有風機的地理坐標、風機塔筒高度、葉片長度等物理信息；

步驟102、根據所有風機的地理坐標，輸入風機總數t和聚類個數k；

步驟103、隨機初始化k個聚類中心坐標；

步驟104、利用K-means聚類算法迭代計算，以便將域內所有風機根據坐標位置分為k個聚類，并計算更新后的每個聚類的中心坐標k_i；

步驟105、采用的目標函數使得每個聚類內所有風機到該聚類中心k_i的平面距離之和最小；

步驟106、迭代計算后每個聚類的信息包含該聚類中心坐標和該聚類內風機編號及相應的風機地理坐標；

步驟107、通過粒子群或模擬退火算法，根據k個聚類中心的地理坐標，實現k個聚類中心間的巡檢路徑尋優規劃。

5.根據權利要求2所述的一種基于無人機實現風場全域自動化巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，所述第二層路徑規劃包括：

對于每個聚類和對應的聚類中心，首先以聚類中心作為無人機起飛起始點和返回換電點，以無人機從起飛到巡檢完該聚類內所有風機葉片的所有路徑之和為優化目標，以無人機剩余續航時間作為判斷繼續巡檢還是返回換電的約束，然后通過粒子群算法對無人機聚類內巡檢路線進行尋優，使規劃路線在遍歷該聚類內全部風電機組葉片的同時返回換電點的換電次數最小。

6.根據權利要求5所述的一種基于無人機實現風場全域自動化巡檢的路徑規劃方法，其特征在于，所述第二層路徑規劃具體包括以下步驟：

步驟201、獲取第一層規劃輸出結果，即第k_i個聚類中心坐標和該聚類內所有風機的編號，再獲取該聚類中心點和該聚類內相應風機的高度坐標，其中聚類中心坐標為二維坐標，將二維坐標轉換為三維坐標；

步驟202、設定巡檢統一流程，包括上升、巡航、下降和巡檢拍照；

步驟203、隨機初始化巡檢順序，依次計算每臺風機巡檢路徑，進而計算巡檢完聚類內所有風機的路徑之和S；

步驟204、采用粒子群算法對所有未檢風機巡檢路徑之和S進行尋優，無人機按照尋優結果開始巡檢；

步驟205、按設定流程開始巡檢，包括上升、巡航、下降、巡檢拍照；

步驟206、巡檢完成一整片葉片；

步驟207、判斷是否巡檢完一整臺風機葉片，若是，轉至步驟210；若否，至步驟208；

步驟208、判斷電池剩余續航時間是否大于巡檢完下一片完整葉片所需時間，若是，至步驟209；若否，返回換電點換電；

步驟209、繼續巡檢下一片葉片，返回步驟206；

步驟210、判斷電池剩余續航時間是否大于上升、巡航、下降和巡檢完下一臺風機第一片葉片所需時間；若是，至步驟211；若否，返回換電點換電；

步驟211、繼續巡檢下一臺風機，至步驟205。