本技術(shù)涉及無(wú)人機(jī)，尤其涉及一種基于路徑規(guī)劃的無(wú)人機(jī)輸電作業(yè)控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，無(wú)人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展為輸電線路巡檢提供了一種高效、安全的新途徑。無(wú)人機(jī)以其靈活的飛行能力和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力，可以對(duì)輸電線路進(jìn)行全方位的巡檢。然而，盡管無(wú)人機(jī)技術(shù)在輸電巡檢中取得了一定的應(yīng)用成效，現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)仍存在一些局限性：沒(méi)有考慮巡檢過(guò)程中會(huì)遇到未知的動(dòng)態(tài)障礙物，導(dǎo)致無(wú)法規(guī)避動(dòng)態(tài)障礙物，使得無(wú)人機(jī)飛行時(shí)存在發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種基于路徑規(guī)劃的無(wú)人機(jī)輸電作業(yè)控制方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法規(guī)避動(dòng)態(tài)障礙物的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種基于路徑規(guī)劃的無(wú)人機(jī)巡檢及輸電作業(yè)控制方法，包括：

3、構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域的三維環(huán)境模型；

4、針對(duì)所述三維環(huán)境模型，構(gòu)建以距離、天氣風(fēng)險(xiǎn)、能耗和電磁干擾為代價(jià)的總代價(jià)函數(shù)；

5、以總代價(jià)函數(shù)最小為目標(biāo)，獲取無(wú)人機(jī)在所述目標(biāo)區(qū)域的巡檢路徑，以使所述無(wú)人機(jī)基于巡檢路徑進(jìn)行飛行；

6、在所述無(wú)人機(jī)飛行的過(guò)程中，結(jié)合動(dòng)態(tài)障礙物影響因子對(duì)巡檢路徑進(jìn)行修正；所述動(dòng)態(tài)障礙物影響因子由所述無(wú)人機(jī)與動(dòng)態(tài)障礙物之間的距離、動(dòng)態(tài)障礙物的速度和動(dòng)態(tài)障礙物的加速度決定；

7、在所述無(wú)人機(jī)飛行的過(guò)程中，控制機(jī)載驗(yàn)電裝置測(cè)量線路電壓，并根據(jù)測(cè)量的線路電壓控制機(jī)載掛拆接地線裝置進(jìn)行接地線的掛拆操作。

8、作為上述方案的改進(jìn)，所述在所述無(wú)人機(jī)飛行的過(guò)程中，結(jié)合動(dòng)態(tài)障礙物影響因子對(duì)巡檢路徑進(jìn)行修正，包括：

9、當(dāng)動(dòng)態(tài)障礙物影響因子大于預(yù)設(shè)影響因子閾值時(shí)，計(jì)算路徑修正量：

10、

11、其中，為當(dāng)前的路徑修正量，為預(yù)設(shè)修正因子，為當(dāng)前的動(dòng)態(tài)障礙物影響因子，為預(yù)設(shè)影響因子閾值，為預(yù)設(shè)常數(shù)，為時(shí)間常數(shù)；

12、根據(jù)所述路徑修正量，更新總代價(jià)函數(shù)，以對(duì)巡檢路徑進(jìn)行修正。

13、作為上述方案的改進(jìn)，根據(jù)下式，計(jì)算所述動(dòng)態(tài)障礙物影響因子：

14、

15、其中，為動(dòng)態(tài)障礙物j的當(dāng)前危險(xiǎn)系數(shù)，為動(dòng)態(tài)障礙物j的預(yù)設(shè)基礎(chǔ)危險(xiǎn)系數(shù)，為動(dòng)態(tài)障礙物j的當(dāng)前速度，為目標(biāo)區(qū)域中動(dòng)態(tài)障礙物的最大速度，為動(dòng)態(tài)障礙物j的當(dāng)前加速度，為目標(biāo)區(qū)域中動(dòng)態(tài)障礙物的最大加速度，為時(shí)間常數(shù)；

16、

17、其中，為當(dāng)前的動(dòng)態(tài)障礙物影響因子，為動(dòng)態(tài)障礙物j的當(dāng)前危險(xiǎn)系數(shù)，為無(wú)人機(jī)與動(dòng)態(tài)障礙物j的當(dāng)前距離，為動(dòng)態(tài)障礙物j的預(yù)設(shè)影響范圍參數(shù)，n為目標(biāo)區(qū)域中動(dòng)態(tài)障礙物的總數(shù)，為時(shí)間常數(shù)，為指數(shù)函數(shù)。

18、作為上述方案的改進(jìn)，所述針對(duì)所述三維環(huán)境模型，構(gòu)建以距離、天氣風(fēng)險(xiǎn)、能耗和電磁干擾為代價(jià)的總代價(jià)函數(shù)，包括：

19、構(gòu)建距離代價(jià)為：

20、

21、其中，，，為無(wú)人機(jī)飛過(guò)的第i+1個(gè)位置，，，為無(wú)人機(jī)飛過(guò)的第i個(gè)位置，n為無(wú)人機(jī)飛過(guò)的位置總數(shù)量；

22、構(gòu)建天氣風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)為：

23、

24、其中，表示天氣因素的種類，表示第j個(gè)天氣因素的預(yù)設(shè)權(quán)重，表示第j個(gè)天氣因素的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；

25、構(gòu)建能耗代價(jià)為：

26、

27、其中，表示無(wú)人機(jī)在飛行速度和傾斜角下的功耗，m為無(wú)人機(jī)飛行類型；

28、構(gòu)建電磁干擾代價(jià)為：

29、

30、其中，表示無(wú)人機(jī)位于當(dāng)前位置的電磁干擾強(qiáng)度，表示無(wú)人機(jī)可承受的最大電磁干擾強(qiáng)度；

31、構(gòu)建總代價(jià)函數(shù)為：

32、

33、其中，為距離代價(jià)的預(yù)設(shè)權(quán)重，為天氣風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)的預(yù)設(shè)權(quán)重，為能耗代價(jià)的預(yù)設(shè)權(quán)重，為電磁干擾代價(jià)的預(yù)設(shè)權(quán)重。

34、作為上述方案的改進(jìn)，所述天氣風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)具體由風(fēng)速因素、降水因素、溫度因素和濕度因素構(gòu)成；

35、其中，風(fēng)速因素的天氣風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)為：

36、

37、式中，為當(dāng)前風(fēng)速，為無(wú)人機(jī)安全飛行的最大風(fēng)速；

38、降水因素的天氣風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)為：

39、

40、式中，為當(dāng)前降水量，為無(wú)人機(jī)可承受的最大降水量；

41、溫度因素的天氣風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)為：

42、

43、式中，為當(dāng)前溫度，為無(wú)人機(jī)的最佳工作溫度，為無(wú)人機(jī)的工作溫度容差；

44、濕度因素的天氣風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)為：

45、

46、式中，為當(dāng)前濕度，為無(wú)人機(jī)安全飛行的最大濕度；

47、則天氣風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)具體為：

48、

49、其中，、、和分別為天氣風(fēng)速代價(jià)、天氣降水代價(jià)、天氣溫度代價(jià)和天氣濕度代價(jià)的預(yù)設(shè)權(quán)重。

50、作為上述方案的改進(jìn)，所述控制機(jī)載驗(yàn)電裝置測(cè)量線路電壓，并根據(jù)測(cè)量的線路電壓控制機(jī)載掛拆接地線裝置進(jìn)行接地線的掛拆操作，包括：

51、控制機(jī)載驗(yàn)電裝置測(cè)量線路電壓；

52、若需要進(jìn)行掛設(shè)操作，則在測(cè)量到的線路電壓小于或等于預(yù)設(shè)電壓時(shí)，測(cè)量接地線張力，當(dāng)在接地線張力大于或等于預(yù)設(shè)張力時(shí)，控制機(jī)載掛拆接地線裝置進(jìn)行接地線的掛設(shè)操作；

53、若需要進(jìn)行拆除操作，則在測(cè)量到的線路電壓小于或等于預(yù)設(shè)電壓時(shí)，測(cè)量電磁場(chǎng)強(qiáng)度，當(dāng)電磁場(chǎng)強(qiáng)度小于或等于預(yù)設(shè)強(qiáng)度時(shí)，控制機(jī)載掛拆接地線裝置進(jìn)行接地線的拆除操作。

54、作為上述方案的改進(jìn)，所述基于路徑規(guī)劃的無(wú)人機(jī)巡檢及輸電作業(yè)控制方法還包括：

55、在所述無(wú)人機(jī)飛行的過(guò)程中，結(jié)合當(dāng)前的學(xué)習(xí)率調(diào)整pid控制算法的控制參數(shù)，以調(diào)整后的控制參數(shù)控制所述無(wú)人機(jī)的飛行；

56、其中，，為預(yù)設(shè)初始學(xué)習(xí)率，為pid控制算法中的目標(biāo)值與實(shí)際值的偏差量，為時(shí)間常數(shù)，為指數(shù)函數(shù)。

57、作為上述方案的改進(jìn)，所述構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域的三維環(huán)境模型，包括：

58、獲取目標(biāo)區(qū)域的第一深度圖；

59、對(duì)所述第一深度圖進(jìn)行預(yù)處理和特征提取，得到第二深度圖；

60、根據(jù)所述第二深度圖，生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

61、根據(jù)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維環(huán)境模型。

62、作為上述方案的改進(jìn)，所述獲取目標(biāo)區(qū)域的第一深度圖，包括：

63、獲取多個(gè)攝像頭拍攝的目標(biāo)區(qū)域的第三深度圖；

64、對(duì)多個(gè)所述第三深度圖進(jìn)行加權(quán)平均融合，得到所述目標(biāo)區(qū)域的第一深度圖。

65、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)實(shí)施例還提供了一種基于路徑規(guī)劃的無(wú)人機(jī)巡檢及輸電作業(yè)控制系統(tǒng)，包括：

66、模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域的三維環(huán)境模型；

67、代價(jià)構(gòu)建模塊，用于針對(duì)所述三維環(huán)境模型，構(gòu)建以距離、天氣風(fēng)險(xiǎn)、能耗和電磁干擾為代價(jià)的總代價(jià)函數(shù)；

68、路徑獲取模塊，用于以總代價(jià)函數(shù)最小為目標(biāo)，獲取無(wú)人機(jī)在所述目標(biāo)區(qū)域的巡檢路徑，以使所述無(wú)人機(jī)基于巡檢路徑進(jìn)行飛行；

69、路徑修正模塊，用于在所述無(wú)人機(jī)飛行的過(guò)程中，結(jié)合動(dòng)態(tài)障礙物影響因子對(duì)巡檢路徑進(jìn)行修正；所述動(dòng)態(tài)障礙物影響因子由所述無(wú)人機(jī)與動(dòng)態(tài)障礙物之間的距離、動(dòng)態(tài)障礙物的速度和動(dòng)態(tài)障礙物的加速度決定；

70、掛拆操作模塊，用于在所述無(wú)人機(jī)飛行的過(guò)程中，控制機(jī)載驗(yàn)電裝置測(cè)量線路電壓，并根據(jù)測(cè)量的線路電壓控制機(jī)載掛拆接地線裝置進(jìn)行接地線的掛拆操作。

71、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)實(shí)施例提供的一種基于路徑規(guī)劃的無(wú)人機(jī)輸電作業(yè)控制方法及系統(tǒng)，通過(guò)構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域的三維環(huán)境模型；針對(duì)所述三維環(huán)境模型，構(gòu)建以距離、天氣風(fēng)險(xiǎn)、能耗和電磁干擾為代價(jià)的總代價(jià)函數(shù)；以總代價(jià)函數(shù)最小為目標(biāo)，獲取無(wú)人機(jī)在所述目標(biāo)區(qū)域的巡檢路徑，以使所述無(wú)人機(jī)基于巡檢路徑進(jìn)行飛行；在所述無(wú)人機(jī)飛行的過(guò)程中，結(jié)合動(dòng)態(tài)障礙物影響因子對(duì)巡檢路徑進(jìn)行修正；所述動(dòng)態(tài)障礙物影響因子由所述無(wú)人機(jī)與動(dòng)態(tài)障礙物之間的距離、動(dòng)態(tài)障礙物的速度和動(dòng)態(tài)障礙物的加速度決定；在所述無(wú)人機(jī)飛行的過(guò)程中，控制機(jī)載驗(yàn)電裝置測(cè)量線路電壓，并根據(jù)測(cè)量的線路電壓控制機(jī)載掛拆接地線裝置進(jìn)行接地線的掛拆操作。由此可見(jiàn)，本技術(shù)實(shí)施例通過(guò)基于無(wú)人機(jī)與動(dòng)態(tài)障礙物之間的距離、動(dòng)態(tài)障礙物的速度和動(dòng)態(tài)障礙物的加速度，對(duì)無(wú)人機(jī)的巡檢路徑進(jìn)行修正，能夠規(guī)避無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中遇到的動(dòng)態(tài)障礙物，避免發(fā)生碰撞。此外，本技術(shù)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)在輸電作業(yè)中的全自主化操作，涵蓋從環(huán)境感知、路徑規(guī)劃到具體作業(yè)的全流程，尤其是驗(yàn)電和接地線掛拆這些關(guān)鍵操作不需要人工參與，這不僅降低了對(duì)人工操作的依賴，減少了作業(yè)人員直接參與高空作業(yè)的需求，顯著降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，還能夠應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜作業(yè)環(huán)境，顯著提升了無(wú)人機(jī)在輸電線路巡檢和輸電作業(yè)中的智能化水平、操作效率及作業(yè)安全性。