本發(fā)明涉及航線規(guī)劃，具體為一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、架空輸電線路在我國分布廣泛，它們承擔(dān)重要的電能輸送任務(wù)；但架空輸電線路大多建設(shè)在人跡罕至的野外，受環(huán)境氣候影響較大，導(dǎo)致這些輸電線路持續(xù)遭受日曬雨淋；長此以往，架空輸電線路的結(jié)構(gòu)，如桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子、金具容易產(chǎn)生各類缺陷，檢測需求較戶內(nèi)封閉式設(shè)備更高。

2、受限于環(huán)境、地形、人力成本等因素，架空輸電線路巡檢仍存在許多問題，目前架空輸電線路以人工巡檢方式為主，這種方法有時(shí)需要作業(yè)人員登塔檢測；由于人工攀爬，所以此方法的作業(yè)效率偏低，但成本卻因?yàn)楦呶趧?dòng)而居高不下；在水塘，密林，高山，峽谷等地形地貌處建設(shè)的桿塔，作業(yè)人員到達(dá)塔底都存在極大困難，而再進(jìn)一步登塔檢測就更加困難重重，使得此類桿塔很難得到全面而充分的檢測維護(hù)；而在上述復(fù)雜地形建設(shè)的桿塔通常又在輸電線路中占有重要地位，一旦發(fā)生故障，其維修和重建成本都遠(yuǎn)大于平坦地形建設(shè)的桿塔。

3、隨著技術(shù)的進(jìn)步，基于無人機(jī)的架空輸電線路自主巡檢技術(shù)得到了快速發(fā)展，以無人機(jī)為平臺，搭載各類數(shù)采設(shè)備，自主地收集架空輸電線路各種觀測數(shù)據(jù)；效率遠(yuǎn)高于人工巡檢，而無人機(jī)沿固定的航線飛行和采集數(shù)據(jù)，安全性相較人工登塔大幅提高；由于無人機(jī)巡檢不再受制于地形，采集的數(shù)據(jù)更加全面、準(zhǔn)確、穩(wěn)定；而無人機(jī)的普及應(yīng)用同時(shí)還大幅降低了架空輸電線路的巡檢成本。

4、基于無人機(jī)的架空輸電線路自主巡檢技術(shù)其核心在于自主巡檢航線的優(yōu)劣，如果航線規(guī)劃方法較差，可能降低飛行器巡檢效率和數(shù)采質(zhì)量，甚至可能產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)；目前手動(dòng)規(guī)劃航線依舊是無人機(jī)自主巡檢航線規(guī)劃的主要方法，但考慮到我國的架空輸電線路總里程，再結(jié)合航線規(guī)劃使用的激光掃描點(diǎn)云其時(shí)效性，手動(dòng)規(guī)劃仍存在效率低，主觀性強(qiáng)等缺點(diǎn)；而對于復(fù)雜地形的點(diǎn)云環(huán)境，普通的航線規(guī)劃方法難以有效應(yīng)對。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，其目的在于在復(fù)雜地形條件下，實(shí)現(xiàn)飛行器航線快速自主規(guī)劃。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，包括如下步驟：

3、步驟s1：獲取待規(guī)劃航線架空輸電線路桿塔三維坐標(biāo)與桿塔高度；

4、步驟s2：針對不同電壓等級的架空輸電線路與不同尺寸的桿塔，設(shè)置不同的最小抵近距離；

5、步驟s3：計(jì)算桿塔基準(zhǔn)航點(diǎn)；

6、步驟s4：設(shè)置航線段；

7、步驟s5：計(jì)算航線段的參考函數(shù)組；

8、步驟s6：數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選；

9、步驟s6的具體過程為：利用航線段的參考函數(shù)組以及航線段特性進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選，篩選條件如下：

10、；

11、式中，為待規(guī)劃航線的架空輸電線路點(diǎn)云模型中各待篩選數(shù)據(jù)點(diǎn)的三維坐標(biāo)；表示笛卡爾坐標(biāo)系下數(shù)據(jù)點(diǎn)的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)系下數(shù)據(jù)點(diǎn)的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)系下數(shù)據(jù)點(diǎn)的軸分量；為邏輯運(yùn)算；為求向量積；表示求向量的模；通過篩選條件對航線段以及航線段進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選；和表示航線段的參考函數(shù)；

12、步驟s7：插入或替代中間航點(diǎn)；

13、步驟s8：迭代航線段并回到步驟s4，直至所有航線段全部完成迭代，形成完整航線。

14、進(jìn)一步的，步驟s1中的待規(guī)劃航線架空輸電線路桿塔三維坐標(biāo)與桿塔高度在待規(guī)劃航線的架空輸電線路點(diǎn)云模型或臺賬中查詢得到；設(shè)桿塔三維坐標(biāo)為，桿塔高度為，其中，表示笛卡爾坐標(biāo)下，號桿塔坐標(biāo)的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)下，號桿塔坐標(biāo)的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)下，號桿塔坐標(biāo)的軸分量；為桿塔的編號，為轉(zhuǎn)置。

15、進(jìn)一步的，步驟s3的具體過程為：設(shè)桿塔基準(zhǔn)航點(diǎn)的三維坐標(biāo)為，表示笛卡爾坐標(biāo)下，號基準(zhǔn)航點(diǎn)的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)下，號基準(zhǔn)航點(diǎn)的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)下，號基準(zhǔn)航點(diǎn)的軸分量，表示為：

16、。

17、進(jìn)一步的，步驟s4中航線段為連續(xù)兩級桿塔的基準(zhǔn)航點(diǎn)或連續(xù)兩級桿塔的中間航點(diǎn)之間的中間區(qū)域；設(shè)號基準(zhǔn)航點(diǎn)到號基準(zhǔn)航點(diǎn)的航線段為，號基準(zhǔn)航點(diǎn)到號中間航點(diǎn)的航線段為，號中間航點(diǎn)到號中間航點(diǎn)的航線段為；其中，航線段分為一般航線段與前探航線段，前探航線段包含起始為基準(zhǔn)航點(diǎn)，終止為中間航點(diǎn)的航線段；將以及作為前探航線段。

18、進(jìn)一步的，步驟s5中航線段的參考函數(shù)組計(jì)算方法如下：

19、；

20、式中，為坐標(biāo)變量；表示笛卡爾坐標(biāo)系下坐標(biāo)變量的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)系下坐標(biāo)變量的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)系下坐標(biāo)變量的軸分量；和表示航線段的參考函數(shù)；為內(nèi)積運(yùn)算；通過航線段的參考函數(shù)組計(jì)算方法計(jì)算航線段以及航線段的參考函數(shù)組；航線段更新或產(chǎn)生新的航線段，則重新計(jì)算參考函數(shù)組。

21、進(jìn)一步的，步驟s6中數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選時(shí)，當(dāng)滿足篩選條件則保留對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，否則將對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)剔除。

22、進(jìn)一步的，步驟s7的具體過程為：設(shè)中間航點(diǎn)的三維坐標(biāo)為，表示笛卡爾坐標(biāo)系下中間航點(diǎn)的軸分量；為笛卡爾坐標(biāo)系下中間航點(diǎn)的軸分量；為笛卡爾坐標(biāo)系下中間航點(diǎn)的軸分量，當(dāng)經(jīng)過數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選后，航線段沒有留下通過篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)，則不添加中間航點(diǎn)，將不存在通過篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)的航線段規(guī)劃為由起點(diǎn)到終點(diǎn)的直線，當(dāng)經(jīng)過數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選后，航線段中存在通過篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)，則將存在通過篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)的航線段設(shè)為前探航線段，并在存在通過篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)的航線段中插入或替代中間航點(diǎn)，中間航點(diǎn)的插入或替代方式如下：

23、；

24、式中，為通過篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)組成的點(diǎn)集中值最大的數(shù)據(jù)點(diǎn)；為插入或替代的中間航點(diǎn)；

25、當(dāng)航線段為一般航線段時(shí)采用插入中間航點(diǎn)方法，當(dāng)航線段為前探航線段時(shí)采用替代中間航點(diǎn)方法；

26、插入中間航點(diǎn)后，航線段刪除并產(chǎn)生兩個(gè)新的航線段，將新產(chǎn)生的航線段回到步驟s4迭代；

27、替代中間航點(diǎn)后，更新航線段，更新后的航線段回到步驟s4迭代。

28、進(jìn)一步的，插入的中間航點(diǎn)將待規(guī)劃的航線段分隔為兩個(gè)獨(dú)立的航線段，將這兩個(gè)獨(dú)立的航線段重新設(shè)置并回到步驟s4進(jìn)行迭代。

29、進(jìn)一步的，當(dāng)規(guī)劃的航線段為前探航線段，則新的中間航點(diǎn)替代原航線段末端的中間航點(diǎn)，不產(chǎn)生新的航線段，原航線段重新設(shè)置并回到步驟s4進(jìn)行迭代。

30、進(jìn)一步的，步驟s8的具體過程為：當(dāng)成功插入中間航點(diǎn)，則產(chǎn)生新的航線段或替換中間航點(diǎn)的航線段，將產(chǎn)生的新的航線段或替換中間航點(diǎn)的航線段重回步驟s4進(jìn)行迭代，直到所有航線段不在插入或替換中間航點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)每段航線段的迭代規(guī)劃，最后形成完整航線。

31、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具備以下有益效果：本發(fā)明開創(chuàng)性地利用架空輸電線路點(diǎn)云典型特征目標(biāo)實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜地形下的方程式航線生成，流程簡潔，易程序化，執(zhí)行效率高，魯棒性強(qiáng)，且采用的數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選方法支持高度并行，可有效縮短計(jì)算時(shí)間，具有較高的技術(shù)先進(jìn)性和廣泛適用性。

技術(shù)特征：

1.一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(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所述的一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，其特征在于：步驟s1中的待規(guī)劃航線架空輸電線路桿塔三維坐標(biāo)與桿塔高度在待規(guī)劃航線的架空輸電線路點(diǎn)云模型或臺賬中查詢得到；設(shè)桿塔三維坐標(biāo)為，桿塔高度為，其中，表示笛卡爾坐標(biāo)下，號桿塔坐標(biāo)的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)下，號桿塔坐標(biāo)的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)下，號桿塔坐標(biāo)的軸分量；為桿塔的編號，為轉(zhuǎn)置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，其特征在于：步驟s3的具體過程為：設(shè)桿塔基準(zhǔn)航點(diǎn)的三維坐標(biāo)為，表示笛卡爾坐標(biāo)下，號基準(zhǔn)航點(diǎn)的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)下，號基準(zhǔn)航點(diǎn)的軸分量；表示笛卡爾坐標(biāo)下，號基準(zhǔn)航點(diǎn)的軸分量，表示為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，其特征在于：步驟s4中航線段為連續(xù)兩級桿塔的基準(zhǔn)航點(diǎn)或連續(xù)兩級桿塔的中間航點(diǎn)之間的中間區(qū)域；設(shè)號基準(zhǔn)航點(diǎn)到號基準(zhǔn)航點(diǎn)的航線段為，號基準(zhǔn)航點(diǎn)到號中間航點(diǎn)的航線段為，號中間航點(diǎn)到號中間航點(diǎn)的航線段為；其中，航線段分為一般航線段與前探航線段，前探航線段包含起始為基準(zhǔn)航點(diǎn)，終止為中間航點(diǎn)的航線段；將以及作為前探航線段。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，其特征在于：步驟s5中航線段的參考函數(shù)組計(jì)算方法如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，其特征在于：步驟s6中數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選時(shí)，當(dāng)滿足篩選條件則保留對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，否則將對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)剔除。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，其特征在于：步驟s7的具體過程為：設(shè)中間航點(diǎn)的三維坐標(biāo)為，表示笛卡爾坐標(biāo)系下中間航點(diǎn)的軸分量；為笛卡爾坐標(biāo)系下中間航點(diǎn)的軸分量；為笛卡爾坐標(biāo)系下中間航點(diǎn)的軸分量，當(dāng)經(jīng)過數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選后，航線段沒有留下通過篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)，則不添加中間航點(diǎn)，將不存在通過篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)的航線段規(guī)劃為由起點(diǎn)到終點(diǎn)的直線，當(dāng)經(jīng)過數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選后，航線段中存在通過篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)，則將存在通過篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)的航線段設(shè)為前探航線段，并在存在通過篩選的數(shù)據(jù)點(diǎn)的航線段中插入或替代中間航點(diǎn)，中間航點(diǎn)的插入或替代方式如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，其特征在于：插入的中間航點(diǎn)將待規(guī)劃的航線段分隔為兩個(gè)獨(dú)立的航線段，將這兩個(gè)獨(dú)立的航線段重新設(shè)置并回到步驟s4進(jìn)行迭代。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，其特征在于：當(dāng)規(guī)劃的航線段為前探航線段，則新的中間航點(diǎn)替代原航線段末端的中間航點(diǎn)，不產(chǎn)生新的航線段，原航線段重新設(shè)置并回到步驟s4進(jìn)行迭代。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，其特征在于：步驟s8的具體過程為：當(dāng)成功插入中間航點(diǎn)，則產(chǎn)生新的航線段或替換中間航點(diǎn)的航線段，將產(chǎn)生的新的航線段或替換中間航點(diǎn)的航線段重回步驟s4進(jìn)行迭代，直到所有航線段不在插入或替換中間航點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)每段航線段的迭代規(guī)劃，最后形成完整航線。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于復(fù)雜地形的飛行器航線迭代規(guī)劃方法，包括，獲取待規(guī)劃航線架空輸電線路桿塔三維坐標(biāo)與桿塔高度；針對不同電壓等級的架空輸電線路與不同尺寸的桿塔，設(shè)置不同的最小抵近距離；計(jì)算桿塔基準(zhǔn)航點(diǎn)；設(shè)置航線段；計(jì)算航線段的參考函數(shù)組；數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選；插入或替代中間航點(diǎn)；迭代航線段并回到設(shè)置航線段步驟，直至所有航線段全部完成迭代，形成完整航線；本發(fā)明開創(chuàng)性地利用架空輸電線路點(diǎn)云典型特征目標(biāo)實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜地形下的方程式航線生成，流程簡潔，易程序化，執(zhí)行效率高，魯棒性強(qiáng)，且采用的數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選方法支持高度并行，可有效縮短計(jì)算時(shí)間，具有較高的技術(shù)先進(jìn)性和廣泛適用性。

技術(shù)研發(fā)人員：李唐兵,況燕軍,徐陳華,尹駿剛,王佳,羅成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10