[发明专利]基于障碍物地图双向搜索的无人机路径规划系统及方法

说明书

本发明公开了基于障碍物地图双向搜索的无人机路径规划系统及方法，对电力走廊范围内的三维激光点云数据进行预处理，并按照无人机飞行用到的导航定位坐标系对三维激光点云数据的坐标系进行统一；对预处理后的电力走廊三维激光点云进行分割处理；对分割处理后的三维激光点云进行投影降维，生成电力走廊障碍物栅格地图；以所述电力走廊障碍物栅格地图为基础，采用双向随机采样快速拓展随机树算法进行无人机路径搜索，得到无人机电力巡线规划路径；对无人机电力巡线规划路径进行平滑和简化，获得优化后的无人机飞行规划路径。通过构建三维激光点云障碍物栅格地图方式，降低计算数据量，实现对无人机安全高效率飞行路径规划实现。

技术领域

本发明涉及无人机安全飞行与电网技术领域，具体涉及一种基于障碍物地图双向搜索的无人机路径规划系统及方法。

背景技术

相比传统电力巡检方式，无人机电力巡线可以在作业难度较大的崇山峻林和深山老林、江河湖泊之间轻松实现作业，可以较好地突破人力巡检及载人直升机巡检的局限，不仅更加高效和更加安全。无人机电力巡线针对输电线路实时监控检查电力故障，提高输电线路巡检的安全、效率及智能化水平。随着技术的成熟，无人机将成为输电网巡线更为有效的工具，无人机合理配置资源、提高电力巡检总效率的优势将不断显现，在电网安全运营领域具有广泛的应用前景。

无人机电力巡线首先需要解决其安全飞行的问题，各种无人机电力巡线系统都具备巡线任务规划功能，如何根据线路走向、各种设施分布、巡线走廊中的地理环境快速规划出安全飞行的路径，是无人机安全、高效电力巡线的首要问题。无人机飞行路径规划通常利用测区的卫星影像图和地形图，设置一个高于飞行区最高高度的飞行高度进行航线规划，这种方法飞行效率低，且存在安全隐患。另一方面，由于飞行高度是固定的，随着地形及周边走廊环境起伏不定，被巡线对象，如电力线、杆塔、电力设施、树障等地物的地面分辨率差异大，影响着巡线结果分析的准确性。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于障碍物地图双向搜索的无人机路径规划系统及方法，利用电力走廊已有的三维激光点云数据，对三维点云进行分割和投影，得到电力走廊障碍物栅格地图，进一步根据走廊障碍物栅格地图采用改进的快速拓展随机树搜索路径，最后对路径进行平滑优化，实现无人机巡线安全路径规划和优化。本发明将电力走廊三维激光点云转换为障碍物栅格地图，实现顾及走廊地形与空间环境的无人机巡线安全路径规划，可提高无人机电力巡线路径规划的效率和安全性，实现无人机巡线路径优化，在电网线路检修、公共安全管理、防灾减灾等领域具有广阔的应用前景。

为实现此目的，本发明所设计的基于障碍物地图双向搜索的无人机路径规划系统，包括激光点云分割处理模块、激光点云投影模块、双向搜索路径模块；所述激光点云分割处理模块用于对电力走廊三维激光点云进行分割处理；所述激光点云投影模块用于对分割处理后的三维激光点云进行投影降维，生成电力走廊障碍物栅格地图；所述双向搜索路径模块以所述激光点云投影模块生成的电力走廊障碍物栅格地图为基础，采用双向随机采样快速拓展随机树算法进行无人机路径搜索，得到无人机电力巡线规划路径。

一种基于障碍物地图双向搜索的无人机路径规划方法，它包括如下步骤：

步骤1，对电力走廊三维激光点云进行分割处理；

步骤2，对分割处理后的三维激光点云进行投影降维，生成电力走廊障碍物栅格地图；

步骤3，以所述电力走廊障碍物栅格地图为基础，采用双向随机采样快速拓展随机树算法进行无人机路径搜索，得到无人机电力巡线规划路径。

本发明的有益效果为：

1)本发明提出了一套基于激光点云障碍物栅格地图双向搜索的无人机电力巡线安全路径规划方法和技术流程，通过构建三维激光点云障碍物栅格地图方式，降低计算数据量，提高无人机飞行效率，实现对无人机安全高效率飞行路径规划。