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本發(fā)明屬于光伏電站巡檢，具體涉及一種光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、隨著光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，光伏電站的規(guī)模和數(shù)量不斷增加。對(duì)光伏電站進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的巡檢是保障其穩(wěn)定運(yùn)行和提高發(fā)電效率的關(guān)鍵。以往的人工巡檢方式存在效率低、成本高、檢測(cè)范圍有限等問題，難以滿足大規(guī)模光伏電站的巡檢需求。
2、作為一種改進(jìn)，采用無人機(jī)對(duì)光伏電站巡檢是一種新興的方式，巡檢無人機(jī)巡檢由于其靈活性高、速度快、可到達(dá)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為光伏電站巡檢的重要手段。隨著效率需求的增加，現(xiàn)場應(yīng)用也逐漸由單臺(tái)無人機(jī)獨(dú)立作業(yè)逐漸多臺(tái)無人機(jī)協(xié)同作業(yè)方向發(fā)展，進(jìn)而開展協(xié)同作業(yè)的巡檢工作。
3、然而，就目前而言，現(xiàn)有的無人機(jī)巡檢航線規(guī)劃方法大多為靜態(tài)規(guī)劃，未充分考慮巡檢過程的環(huán)境變化，當(dāng)多臺(tái)無人機(jī)同時(shí)在現(xiàn)場開展巡檢作業(yè)過程中或者存在外部飛行器侵入干擾時(shí)，各個(gè)無人機(jī)在巡檢過程中由于不知道其他無人機(jī)的位置信息巡檢路線可能發(fā)生碰撞，難以保證相關(guān)安全性，同時(shí)各無人機(jī)也缺乏共同開展統(tǒng)一巡檢任務(wù)的統(tǒng)籌協(xié)作機(jī)制。因此，綜上所述，目前在光伏電站的無人機(jī)巡檢中，不能有效應(yīng)對(duì)巡檢過程的環(huán)境變化；且當(dāng)多臺(tái)無人機(jī)同時(shí)開展巡檢或有外部飛行器侵入干擾時(shí)，可能會(huì)受到干擾和碰撞，作業(yè)的安全性有待進(jìn)一步提升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供一種光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，目的在于解決目前在光伏電站的無人機(jī)巡檢中，不能有效應(yīng)對(duì)巡檢過程的環(huán)境變化；且當(dāng)多臺(tái)無人機(jī)同時(shí)開展巡檢或有外部飛行器侵入干擾時(shí)，可能會(huì)受到干擾和碰撞，作業(yè)的安全性有待進(jìn)一步提升的問題。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明提供一種光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，包括如下步驟：
4、s1、通過激光雷達(dá)對(duì)光伏巡檢區(qū)域進(jìn)行三維建模，劃分禁飛區(qū)及可飛行區(qū)域；建立多無人機(jī)之間的自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與地面控制中心之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享；
5、s2、通過探測(cè)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控巡檢區(qū)域內(nèi)的外部侵入飛行器，并預(yù)測(cè)外部侵入飛行器的行進(jìn)路線；
6、s3、通過地面控制中心實(shí)時(shí)接收并共享各個(gè)無人機(jī)的飛行狀態(tài)信息；
7、s4、根據(jù)無人機(jī)參數(shù)分配不同高度的巡檢層，同一巡檢層內(nèi)再劃分作業(yè)層高；實(shí)時(shí)檢測(cè)無人機(jī)之間的飛行路徑交叉，當(dāng)檢測(cè)到無人機(jī)間距接近預(yù)設(shè)安全閾值時(shí)，觸發(fā)避讓機(jī)制并調(diào)整飛行參數(shù)；
8、s5、基于啟發(fā)式搜索的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，結(jié)合安全距離模型和實(shí)時(shí)任務(wù)分配結(jié)果，為每架無人機(jī)生成動(dòng)態(tài)巡檢航線；
9、s6、根據(jù)實(shí)時(shí)更新的環(huán)境數(shù)據(jù)和無人機(jī)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整巡檢航線。
10、一些實(shí)施方式下，在s1中，三維建模具體包括：通過激光雷達(dá)識(shí)別光伏區(qū)域內(nèi)的桿塔、線纜以及障礙物，生成包含禁飛區(qū)邊界的空間模型。
11、一些實(shí)施方式下，在s1中，自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)包括mesh網(wǎng)絡(luò)，mesh網(wǎng)絡(luò)用于無人機(jī)與地面控制中心之間的雙向?qū)崟r(shí)通信。
12、一些實(shí)施方式下，在s2中，無人機(jī)的飛行狀態(tài)信息包括：位置、速度以及飛行方向。
13、一些實(shí)施方式下，在s2中，預(yù)測(cè)外部侵入飛行器的行進(jìn)路線包括：根據(jù)外部侵入飛行器的速度、方向以及歷史軌跡，計(jì)算外部侵入飛行器未來飛行路徑和占用空間。
14、一些實(shí)施方式下，在s4中，無人機(jī)參數(shù)包括無人機(jī)型號(hào)、最大飛行高度以及傳感器類型。
15、一些實(shí)施方式下，在s4中，避讓機(jī)制包括：根據(jù)預(yù)設(shè)優(yōu)先級(jí)調(diào)整無人機(jī)的飛行參數(shù)，優(yōu)先級(jí)高的無人機(jī)保持原航線；并且/或者，按照預(yù)設(shè)繞飛方向調(diào)整無人機(jī)的飛行路徑，包括順時(shí)針或逆時(shí)針方向避讓。
16、一些實(shí)施方式下，在s5中，啟發(fā)式搜索的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法包括算法，算法通過動(dòng)態(tài)權(quán)重因子優(yōu)化路徑搜索，以便在滿足安全距離約束的條件下生成全局最優(yōu)航線。
17、進(jìn)一步地，在s6中，安全距離模型的構(gòu)建包括：將無人機(jī)的飛行限制、環(huán)境因素以及無人機(jī)之間的防碰撞約束條件轉(zhuǎn)化為代價(jià)函數(shù)，并通過無人機(jī)之間的距離，動(dòng)態(tài)優(yōu)化航線間隔；
18、動(dòng)態(tài)調(diào)整包括：當(dāng)無人機(jī)接收更新的環(huán)境數(shù)據(jù)或任務(wù)分配結(jié)果時(shí)，重新生成無人機(jī)的巡檢航線。
19、本發(fā)明還提供一種光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)，系統(tǒng)包括建模與通信模塊、飛行器監(jiān)控模塊、飛行狀態(tài)模塊、巡檢層分配與避讓模塊、動(dòng)態(tài)航線規(guī)劃模塊以及航線動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊；其中：
20、建模與通信模塊：用于通過激光雷達(dá)對(duì)光伏巡檢區(qū)域進(jìn)行三維建模，劃分禁飛區(qū)及可飛行區(qū)域；建立多無人機(jī)之間的自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與地面控制中心之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享；
21、飛行器監(jiān)控模塊：用于通過探測(cè)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控巡檢區(qū)域內(nèi)的外部侵入飛行器，并預(yù)測(cè)外部侵入飛行器的行進(jìn)路線；
22、飛行狀態(tài)模塊：用于通過地面控制中心實(shí)時(shí)接收并共享各個(gè)無人機(jī)的飛行狀態(tài)信息；
23、巡檢層分配與避讓模塊：用于根據(jù)無人機(jī)參數(shù)分配不同高度的巡檢層，同一巡檢層內(nèi)再劃分作業(yè)層高；實(shí)時(shí)檢測(cè)無人機(jī)之間的飛行路徑交叉，當(dāng)檢測(cè)到無人機(jī)間距接近預(yù)設(shè)安全閾值時(shí)，觸發(fā)避讓機(jī)制并調(diào)整飛行參數(shù)；
24、動(dòng)態(tài)航線規(guī)劃模塊：用于基于啟發(fā)式搜索的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，結(jié)合安全距離模型和實(shí)時(shí)任務(wù)分配結(jié)果，為每架無人機(jī)生成動(dòng)態(tài)巡檢航線；
25、航線動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊：用于根據(jù)實(shí)時(shí)更新的環(huán)境數(shù)據(jù)和無人機(jī)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整巡檢航線。
26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，具有以下有益效果：
27、本發(fā)明一種光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，通過激光雷達(dá)對(duì)光伏巡檢區(qū)域進(jìn)行三維建模，劃分禁飛區(qū)與可飛行區(qū)域，建立多無人機(jī)自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與地面控制中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享?；陬A(yù)測(cè)算法分析侵入飛行器的速度、方向及歷史軌跡，預(yù)測(cè)其未來路徑。本發(fā)明地面控制中心實(shí)時(shí)接收并共享各無人機(jī)的飛行狀態(tài)信息，包括位置、速度和飛行方向，根據(jù)無人機(jī)參數(shù)分配不同高度的巡檢層，同一層內(nèi)進(jìn)一步細(xì)分作業(yè)層高，實(shí)時(shí)檢測(cè)無人機(jī)之間的飛行路徑交叉，當(dāng)間距接近預(yù)設(shè)安全閾值時(shí)，觸發(fā)避讓機(jī)制并調(diào)整飛行參數(shù)，基于啟發(fā)式搜索的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，結(jié)合安全距離模型和實(shí)時(shí)任務(wù)分配結(jié)果，生成全局最優(yōu)航線，安全距離模型將無人機(jī)飛行限制、環(huán)境因素及防碰撞約束轉(zhuǎn)化為代價(jià)函數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)更新的環(huán)境數(shù)據(jù)和無人機(jī)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整巡檢航線。本發(fā)明通過環(huán)境建模、實(shí)時(shí)通信、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與避讓、智能規(guī)劃及自適應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了多無人機(jī)協(xié)同巡檢的高效性與安全性，通過多技術(shù)協(xié)同優(yōu)化與動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，能夠有效改善現(xiàn)有靜態(tài)規(guī)劃方法在復(fù)雜環(huán)境中的局限性，提升光伏電站的無人機(jī)巡檢中對(duì)巡檢過程的環(huán)境變化的適用度；在多臺(tái)無人機(jī)同時(shí)開展巡檢或有外部飛行器侵入干擾時(shí)，減少且有望避免無人機(jī)受到干擾和碰撞，提升作業(yè)的安全性。
1.一種光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s1中，三維建模具體包括：通過激光雷達(dá)識(shí)別光伏區(qū)域內(nèi)的桿塔、線纜以及障礙物，生成包含禁飛區(qū)邊界的空間模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s1中，自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)包括mesh網(wǎng)絡(luò)，mesh網(wǎng)絡(luò)用于無人機(jī)與地面控制中心之間的雙向?qū)崟r(shí)通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s2中，無人機(jī)的飛行狀態(tài)信息包括：位置、速度以及飛行方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s2中，預(yù)測(cè)外部侵入飛行器的行進(jìn)路線包括：根據(jù)外部侵入飛行器的速度、方向以及歷史軌跡，計(jì)算外部侵入飛行器未來飛行路徑和占用空間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s4中，無人機(jī)參數(shù)包括無人機(jī)型號(hào)、最大飛行高度以及傳感器類型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s4中，避讓機(jī)制包括：根據(jù)預(yù)設(shè)優(yōu)先級(jí)調(diào)整無人機(jī)的飛行參數(shù)，優(yōu)先級(jí)高的無人機(jī)保持原航線；并且/或者，按照預(yù)設(shè)繞飛方向調(diào)整無人機(jī)的飛行路徑，包括順時(shí)針或逆時(shí)針方向避讓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s5中，啟發(fā)式搜索的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法包括算法，以便在滿足安全距離約束的條件下生成全局最優(yōu)航線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s6中，安全距離模型的構(gòu)建包括：將無人機(jī)的飛行限制、環(huán)境因素以及無人機(jī)之間的防碰撞約束條件轉(zhuǎn)化為代價(jià)函數(shù)，并通過無人機(jī)之間的距離，動(dòng)態(tài)優(yōu)化航線間隔；
10.一種權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述光伏多無人機(jī)協(xié)同巡檢航線的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法所基于的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括建模與通信模塊、飛行器監(jiān)控模塊、飛行狀態(tài)模塊、巡檢層分配與避讓模塊、動(dòng)態(tài)航線規(guī)劃模塊以及航線動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊；其中：