[发明专利]一种无人机电力巡检路径规划方法

说明书

本发明提供了一种无人机电力巡检路径规划策略，属于无人机路径规划领域。该策略根据目标电缆线路的分布情况采取生成与目标电缆线路等距平行目标航线的方法，在此基础上对于目标线路中起始点，终止点，以及大角度转弯位置引用过渡航线避免飞机大角度转弯过程中的错拍漏拍问题。针对过渡航线能否与电缆线路发生交叉的问题设计了过线和不过线两种规划模式。针对相邻航点高度差超出飞机爬升能力的问题设计了三种航点切换模式：坡度控制模式、先盘旋升降模式和到点盘旋升降模式。针对巡线过程中避障问题，通过高程数字地图对目标线路分布区域进行高度检查，生成对目标电缆线路进行完整环绕飞行，大转弯角度处平稳过渡并且有效躲避障碍的巡检线路。

技术领域

本发明属于无人机路径规划技术领域，具体涉及无人机在电力巡线领域的路径规划。

背景技术

近年来，我国电力系统得到突飞猛进的发展，据咨询机构GlobalData预测，截止2020年，中国输电线路总里程将增加至159万千米以上。中国幅员辽阔，地形多变，尤其是超高电压输电线路多分布在山区，丘陵等恶劣环境中，这给电网的维护和运行造成很大困难。对于这些区域的人工巡检工作不但工作量大，而且巡检人员的生命安全也不能得到很好保障。近年来，无人机产业的兴起给各种行业带来变革，利用无人机进行输电线路的巡检工作可以有效的提高工作效率，降低巡线成本，保障巡检人员工作安全性，并且可以通过机载云台记录的影像资料及时察觉高压线路上的安全隐患。

目前，负责电力巡线多采用四旋翼布局的飞行器，主要是出于满足复杂环境下起飞，控制简单可靠的考虑，但相比固定翼飞行器，它的缺点是飞行速度低，耗电量大，飞行过程中受风力影响大，这对飞行控制和巡检质量带来很大影响。结合这些问题本发明将采用复合式无人机，可以充分利用四旋翼飞行器的垂直起降优势和固定翼飞行器的大航程、飞行过程平稳的特性。

无人机路径规划是无人机飞行安全和任务完成情况的根本保证，要求具有极高的可靠性和实用性。目前针对无人机巡线功能的路径规划问题多集中在理论层次，采取的算法多以避障算法为主，这对飞行环境的高度信息了解程度要求过高，并且这些解决方案多处于函数仿真阶段，并没有在工程中得到良好运用。同时采取绕飞式的避障策略会导致对于目标线路巡视的不完整问题，无法有效完成完整的巡线任务。并且经过调研发现绝大多数的巡线任务规划策略都存在避障与线路巡视完整性的矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机电力巡检路径规划策略，利用复合式无人机有效地对电缆线路进行巡视检查，保证对线路巡视的完整，同时根据当前飞行器的飞行特性(飞行速度，转弯半径)及转弯角度来制定转弯策略，保证有效完成完整的巡线任务，最后利用高程地图查询地面高度分布情况修正飞行高度。

本发明提供的一种无人机电力巡检路径规划方法，通过无人机采用与目标电缆线路平行等距的绕飞航线完成对电缆的拍摄巡检，所述的具有载荷任务的绕飞航线为目标航线。本发明的路径规划方法还包括如下方面：

(1)设置无人机的飞行参数，包括航线距离、转弯半径、最小转弯角度和飞行高度；航线距离是指目标航线与电缆线路距离；

(2)检查目标航线上的有效航点的转弯角度，若大于设置的最大转弯角度，则在该有效航点上引入过渡航线；无人机在通过该有效航点时，先通过渡航线，然后再进入目标航线；

(3)在目标航线的起始点引入过渡航线；无人机通过起始点的过渡航线进入目标航线。

本发明方法采用固定翼与旋翼相结合的复合式无人机。

所述的(2)中，有效航点是指存在载荷任务的航线上的点，也就是目标航线中的航点；在有效航点上引入过渡航线，过渡航线为矩形；从该有效航点进入矩形过渡航线，进入矩形过渡航线的方向与转弯方向成90度夹角，保证无人机在飞经矩形过渡航线中最后的边时，飞行方向调整到与转弯方向保持一致；矩形过渡航线的边长为两倍转弯半径；无人机沿矩形过渡航线行驶，最后从该有效航点驶出矩形过渡航线，进入目标航线。