本發(fā)明屬于光伏電站巡檢，具體涉及一種光伏多無人機協(xié)同巡檢航線的動態(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。對光伏電站進行高效、準確的巡檢是保障其穩(wěn)定運行和提高發(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，采用無人機對光伏電站巡檢是一種新興的方式，巡檢無人機巡檢由于其靈活性高、速度快、可到達性強等優(yōu)點，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)場應用也逐漸由單臺無人機獨立作業(yè)逐漸多臺無人機協(xié)同作業(yè)方向發(fā)展，進而開展協(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，當多臺無人機同時在現(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，各個無人機在巡檢過程中由于不知道其他無人機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，同時各無人機也缺乏共同開展統(tǒng)一巡檢任務的統(tǒng)籌協(xié)作機制。因此，綜上所述，目前在光伏電站的無人機巡檢中，不能有效應對巡檢過程的環(huán)境變化；且當多臺無人機同時開展巡檢或有外部飛行器侵入干擾時，可能會受到干擾和碰撞，作業(yè)的安全性有待進一步提升。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供一種光伏多無人機協(xié)同巡檢航線的動態(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巡檢中，不能有效應對巡檢過程的環(huán)境變化；且當多臺無人機同時開展巡檢或有外部飛行器侵入干擾時，可能會受到干擾和碰撞，作業(yè)的安全性有待進一步提升的問題。
2、為達到上述目的，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協(xié)同巡檢航線的動態(tài)規(guī)劃方法，包括如下步驟：
4、s1、通過激光雷達對光伏巡檢區(qū)域進行三維建模，劃分禁飛區(qū)及可飛行區(qū)域；建立多無人機之間的自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)無人機與地面控制中心之間的實時數(shù)據(jù)共享；
5、s2、通過探測模塊實時監(jiān)控巡檢區(qū)域內(nèi)的外部侵入飛行器，并預測外部侵入飛行器的行進路線；
6、s3、通過地面控制中心實時接收并共享各個無人機的飛行狀態(tài)信息；
7、s4、根據(jù)無人機參數(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；實時檢測無人機之間的飛行路徑交叉，當檢測到無人機間距接近預設安全閾值時，觸發(fā)避讓機制并調(diào)整飛行參數(shù)；
8、s5、基于啟發(fā)式搜索的動態(tài)規(guī)劃算法，結(jié)合安全距離模型和實時任務分配結(jié)果，為每架無人機生成動態(tài)巡檢航線；
9、s6、根據(jù)實時更新的環(huán)境數(shù)據(jù)和無人機狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整巡檢航線。
10、一些實施方式下，在s1中，三維建模具體包括：通過激光雷達識別光伏區(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、一些實施方式下，在s1中，自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡包括mesh網(wǎng)絡，mesh網(wǎng)絡用于無人機與地面控制中心之間的雙向?qū)崟r通信。
12、一些實施方式下，在s2中，無人機的飛行狀態(tài)信息包括：位置、速度以及飛行方向。
13、一些實施方式下，在s2中，預測外部侵入飛行器的行進路線包括：根據(jù)外部侵入飛行器的速度、方向以及歷史軌跡，計算外部侵入飛行器未來飛行路徑和占用空間。
14、一些實施方式下，在s4中，無人機參數(shù)包括無人機型號、最大飛行高度以及傳感器類型。
15、一些實施方式下，在s4中，避讓機制包括：根據(jù)預設優(yōu)先級調(diào)整無人機的飛行參數(shù)，優(yōu)先級高的無人機保持原航線；并且/或者，按照預設繞飛方向調(diào)整無人機的飛行路徑，包括順時針或逆時針方向避讓。
16、一些實施方式下，在s5中，啟發(fā)式搜索的動態(tài)規(guī)劃算法包括算法，算法通過動態(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、進一步地，在s6中，安全距離模型的構(gòu)建包括：將無人機的飛行限制、環(huán)境因素以及無人機之間的防碰撞約束條件轉(zhuǎn)化為代價函數(shù)，并通過無人機之間的距離，動態(tài)優(yōu)化航線間隔；
18、動態(tài)調(diào)整包括：當無人機接收更新的環(huán)境數(shù)據(jù)或任務分配結(jié)果時，重新生成無人機的巡檢航線。
19、本發(fā)明還提供一種光伏多無人機協(xié)同巡檢航線的動態(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、動態(tài)航線規(guī)劃模塊以及航線動態(tài)調(diào)整模塊；其中：
20、建模與通信模塊：用于通過激光雷達對光伏巡檢區(qū)域進行三維建模，劃分禁飛區(qū)及可飛行區(qū)域；建立多無人機之間的自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)無人機與地面控制中心之間的實時數(shù)據(jù)共享；
21、飛行器監(jiān)控模塊：用于通過探測模塊實時監(jiān)控巡檢區(qū)域內(nèi)的外部侵入飛行器，并預測外部侵入飛行器的行進路線；
22、飛行狀態(tài)模塊：用于通過地面控制中心實時接收并共享各個無人機的飛行狀態(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；實時檢測無人機之間的飛行路徑交叉，當檢測到無人機間距接近預設安全閾值時，觸發(fā)避讓機制并調(diào)整飛行參數(shù)；
24、動態(tài)航線規(guī)劃模塊：用于基于啟發(fā)式搜索的動態(tài)規(guī)劃算法，結(jié)合安全距離模型和實時任務分配結(jié)果，為每架無人機生成動態(tài)巡檢航線；
25、航線動態(tài)調(diào)整模塊：用于根據(jù)實時更新的環(huán)境數(shù)據(jù)和無人機狀態(tài)，動態(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協(xié)同巡檢航線的動態(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協(xié)同巡檢航線的動態(tài)規(guī)劃方法，通過激光雷達對光伏巡檢區(qū)域進行三維建模，劃分禁飛區(qū)與可飛行區(qū)域，建立多無人機自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)無人機與地面控制中心的實時數(shù)據(jù)共享?；陬A測算法分析侵入飛行器的速度、方向及歷史軌跡，預測其未來路徑。本發(fā)明地面控制中心實時接收并共享各無人機的飛行狀態(tài)信息，包括位置、速度和飛行方向，根據(jù)無人機參數(shù)分配不同高度的巡檢層，同一層內(nèi)進一步細分作業(yè)層高，實時檢測無人機之間的飛行路徑交叉，當間距接近預設安全閾值時，觸發(fā)避讓機制并調(diào)整飛行參數(shù)，基于啟發(fā)式搜索的動態(tài)規(guī)劃算法，結(jié)合安全距離模型和實時任務分配結(jié)果，生成全局最優(yōu)航線，安全距離模型將無人機飛行限制、環(huán)境因素及防碰撞約束轉(zhuǎn)化為代價函數(shù)，根據(jù)實時更新的環(huán)境數(shù)據(jù)和無人機狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整巡檢航線。本發(fā)明通過環(huán)境建模、實時通信、動態(tài)預測與避讓、智能規(guī)劃及自適應調(diào)整，實現(xiàn)了多無人機協(xié)同巡檢的高效性與安全性，通過多技術(shù)協(xié)同優(yōu)化與動態(tài)響應能力，能夠有效改善現(xiàn)有靜態(tài)規(guī)劃方法在復雜環(huán)境中的局限性，提升光伏電站的無人機巡檢中對巡檢過程的環(huán)境變化的適用度；在多臺無人機同時開展巡檢或有外部飛行器侵入干擾時，減少且有望避免無人機受到干擾和碰撞，提升作業(yè)的安全性。
1.一種光伏多無人機協(xié)同巡檢航線的動態(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協(xié)同巡檢航線的動態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s1中，三維建模具體包括：通過激光雷達識別光伏區(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協(xié)同巡檢航線的動態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s1中，自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡包括mesh網(wǎng)絡，mesh網(wǎng)絡用于無人機與地面控制中心之間的雙向?qū)崟r通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏多無人機協(xié)同巡檢航線的動態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s2中，無人機的飛行狀態(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協(xié)同巡檢航線的動態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s2中，預測外部侵入飛行器的行進路線包括：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協(xié)同巡檢航線的動態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s4中，無人機參數(shù)包括無人機型號、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協(xié)同巡檢航線的動態(tài)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述s4中，避讓機制包括：根據(jù)預設優(yōu)先級調(diào)整無人機的飛行參數(shù)，優(yōu)先級高的無人機保持原航線；并且/或者，按照預設繞飛方向調(diào)整無人機的飛行路徑，包括順時針或逆時針方向避讓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏多無人機協(xié)同巡檢航線的動態(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協(xié)同巡檢航線的動態(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：將無人機的飛行限制、環(huán)境因素以及無人機之間的防碰撞約束條件轉(zhuǎn)化為代價函數(shù)，并通過無人機之間的距離，動態(tài)優(yōu)化航線間隔；
10.一種權(quán)利要求1-9任一項所述光伏多無人機協(xié)同巡檢航線的動態(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、動態(tài)航線規(guī)劃模塊以及航線動態(tài)調(diào)整模塊；其中：