一种基于电网地图的无人机航迹规划方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种基于电网地图的无人机航迹规划方法及系统。


背景技术：

2.无人机电力线路巡检技术是将计算机、通信、测控、遥感等技术有机结合,通过智能飞行控制和传感器检测技术对输电线路导地线、金具、绝缘子、铁塔等设备运行状态以及通道环境进行快速检测。实现无人机的自主飞行的姿态控制,保障安全飞行成为当前电网巡检技术的一个重要发展趋势。目前无人机巡检作业在电力系统得到了广泛应用，但是现有的无人机的航迹规划方法无法兼顾现有的电网数据和地物现状信息，从而导致在航迹规划阶段耗时耗力，且出现规划的线路不尽合理等情况。
3.如中国专利cn111625018a，公开日2020年9月4日，一种基于雷达探测的无人机飞行轨迹规划方法及无人机系统，其通过获取在无人机上装有预设探测角度的地形探测雷达探测地面得到的地形探测信息，再设定无人机与地面的预设飞行高度，并在该预设飞行高度上设定一预设恒定水平飞行速度，最后根据预设恒定水平飞行速度、地形探测信息及预设飞行高度控制无人机在调节飞行轨迹上飞行，使得无人机保持与地面在预设飞行高度上飞行，解决了现有技术中无人机飞行控制无法实现无人机跟随地形变化保持离地面同样高度飞行的技术问题，提供了一种有效可靠的、可跟随地形变化保持离地面同样高度飞行的基于雷达探测的无人机飞行轨迹规划方法。但是其只专注于通过地形探测雷达探测地面得到的地形探测信息，无法兼顾现有的电网数据和地物现状信息，易导致在航迹规划阶段耗时耗力，出现规划的线路不尽合理等情况。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：目前的无人机航迹规划方法无法兼顾现有的电网数据和地物现状信息，导致在航迹规划阶段耗时耗力，易出现规划的线路不尽合理等情况的技术问题。提出了能够结合现有电网数据和卫星影像图在地图上叠加显示，进行无人机航线规划，进而提高无人机航迹规划的效率一种基于电网地图的无人机航迹规划方法及系统。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种基于电网地图的无人机航迹规划方法，包括如下步骤：s1：将电网数据和卫星影像数据进行数据预处理，将处理后的数据输入数据存储模块；s2：通过地图显示模块将电网数据和卫星影像数据进行叠加显示；s3：航迹规划模块根据电网数据和卫星影像数据进行无人机航迹规划，制定飞行指令；s4：通过无人机通信模块向无人机传输飞行指令，无人机飞行指令按照执行飞行
任务；s5：无人机完成飞行任务后将飞行数据信息回传无人机通信模块；s6：航迹规划模块根据回传数据更新地图显示，返回步骤s3，直至对所有线路完成无人机巡检。
6.通过结合现有电网数据和卫星影像图，规划无人机航迹，并在线发送给无人机的飞行控制部分，无人机根据飞行指令完成飞行任务。航迹规划模块可根据回传数据对地图上已完成巡检的路线进行标记，可采用不同颜色对已巡检路线进行标记更新，便于直观查看巡检情况。
7.作为优选，无人机完成飞行任务后向无人机通信模块回传的飞行数据信息包括无人机剩余电量、无人机当前位置和无人机巡检记录。
8.无人机的巡检记录可以通过无人机通信模块实时接收无人机的位置巡检情况，也可以在一段巡检任务完成后总结巡检情况再向无人机通信模块发送。
9.作为优选，航迹规划模块制定飞行指令时，设有电量分析匹配过程，电量分析匹配过程包括：计算无人机前往巡检位置、无人机路线巡检过程和无人机任务完成后回返三个过程一共的消耗电量q1，对应的待接收指令的无人机剩余电量q2，计算剩余电量q2与消耗电量q1的差值电量q3，当差值电量q3大于对应无人机总电量的百分之十时，航迹规划模块将飞行指令与对应的无人机进行绑定标记，通过无人机通信模块向待接收指令的无人机发送对应的飞行指令；当差值电量q3小于对应无人机总电量的百分之十时，更换消耗电量q1更小的飞行指令与该待接收指令的无人机进行匹配，当待接收指令的无人机匹配不到符合差值电量q3符合判断条件的飞行指令时，通过无人机通信模块向该无人机发送回返指令。
10.当差值电量q3就是计算得到的无人机执行任务后的剩余电量，考虑到逆风等环境因素的影响，在不影响无人机使用寿命的情况下，差值电量q3即执行任务后的剩余电量至少需要在无人机总电量的10%,当无人机无法匹配到合适的飞行指令时，说明无人机的剩余电量过少，通过回返指令使无人机返回充电。
11.作为优选，对所有线路完成无人机巡检后，航迹规划模块将各无人机对应的巡检记录保存进数据存储模块，所述巡检记录包括无人机执行巡检任务的次数、无人机每次执行巡检任务的时长和无人机执行巡检任务时的天气情况。
12.数据存储模块保存的无人机巡检记录包括无人机执行巡检任务的次数、时长和天气情况，便于后期进行定期的无人机检修维护，根据不同的判断标准，对长期使用的无人机进行检测，防止在巡检过程中出现故障导致无人机坠落。
13.一种基于电网地图的无人机航迹规划系统，利用上述方法，包括用于存储电网地图数据和卫星影像数据的数据存储模块、用于进行矢量地图和栅格地图的叠加显示的地图显示模块、航迹规划模块和用于与无人机进行信息交互的无人机通信模块，所述数据存储模块与所述地图显示模块连接，所述航迹规划模块分别与所述数据存储模块、所述地图显示模块和所述无人机通信模块连接。
14.数据存储模块存储现有的电网地图数据和卫星影像数据；地图显示模块用于矢量地图和栅格地图的叠加显示；航迹规划模块用于在地图上规划、调整航迹，并把结果发送给
飞控模块；无人机通信模块用于实时回传无人机的位置等飞行数据。
15.作为优选，所述地图显示模块包括电网数据整理单元、卫星影像数据整理单元和路径显示单元，所述电网数据整理单元和所述卫星影像数据整理单元均与所述路径显示单元连接，所述路径显示单元与所述航迹规划模块连接。
16.将电网数据和卫星影像数据通过路径显示单元叠加显示，防止航迹规划出现遗漏，同时通过航迹规划模块及时对显示地图的巡检状况进行更新，直观地观察巡检进度。
17.作为优选，所述航迹规划模块包括数据采集单元、反馈信息整理单元和航迹分析规划单元，所述数据采集单元与所述数据存储模块连接，所述反馈信息整理单元与所述无人机通信模块连接，所述航迹分析规划单元分别与所述数据采集单元、所述反馈信息整理单元和所述地图显示模块连接。
18.反馈信息整理单元在收集到无人机完成一个任务后反馈的飞行数据信息时，航迹规划模块结合反馈数据对地图显示模块进行更新，并给完成任务的无人机指定新的飞行指令，在通过反馈数据中的剩余电量对比分析后，将新的飞行指令发送给完成任务的无人机。
19.作为优选，所述数据存储模块包括用于存储电网地图数据和卫星影像数据的地图信息存储单元和用于存储无人机飞行任务记录的飞行记录存储单元，所述地图信息存储单元和所述飞行记录存储单元均与所述航迹规划模块连接。
20.通过地图信息存储单元定期更新存储电网数据和卫星影像数据，通过飞行记录存储单元收集整理每次巡检任务的无人机巡检记录，便于后期检查维护。
21.本发明的实质性效果是：本发明通过数据存储模块存储现有的电网地图数据和卫星影像数据；通过地图显示模块进行矢量地图和栅格地图的叠加显示；通过航迹规划模块在地图上规划、调整航迹，并把结果发送给飞控模块；通过无人机通信模块实时回传无人机的位置等飞行数据，本发明能够有效结合现有电网数据和最新的卫星影像数据，极大得提高电力巡检踏勘等无人机航迹规划的效率。
附图说明
22.图1为本实施例实施步骤的流程示意图；图2为本实施例的组成示意图。
23.其中：1、数据存储模块，2、地图显示模块，3、航迹规划模块，4、无人机通信模块，5、电网数据整理单元，6、卫星影像数据整理单元，7、路径显示单元，8、地图信息存储单元，9、飞行记录存储单元，10、数据采集单元，11、反馈信息整理单元，12、航迹分析规划单元。
具体实施方式
24.下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
25.一种基于电网地图的无人机航迹规划方法，如图1所示，包括如下步骤：s1：将电网数据和卫星影像数据进行数据预处理，将处理后的数据输入数据存储模块1；s2：通过地图显示模块2将电网数据和卫星影像数据进行叠加显示；s3：航迹规划模块3根据电网数据和卫星影像数据进行无人机航迹规划，制定飞行指令；航迹规划模块3制定飞行指令时，设有电量分析匹配过程，电量分析匹配过程包括：计
算无人机前往巡检位置、无人机路线巡检过程和无人机任务完成后回返三个过程一共的消耗电量q1，对应的待接收指令的无人机剩余电量q2，计算剩余电量q2与消耗电量q1的差值电量q3，当差值电量q3大于对应无人机总电量的百分之十时，航迹规划模块3将飞行指令与对应的无人机进行绑定标记，通过无人机通信模块4向待接收指令的无人机发送对应的飞行指令；当差值电量q3小于对应无人机总电量的百分之十时，更换消耗电量q1更小的飞行指令与该待接收指令的无人机进行匹配，当待接收指令的无人机匹配不到符合差值电量q3符合判断条件的飞行指令时，通过无人机通信模块4向该无人机发送回返指令。
26.当差值电量q3就是计算得到的无人机执行任务后的剩余电量，考虑到逆风等环境因素的影响，在不影响无人机使用寿命的情况下，差值电量q3即执行任务后的剩余电量至少需要在无人机总电量的10%,当无人机无法匹配到合适的飞行指令时，说明无人机的剩余电量过少，通过回返指令使无人机返回充电。
27.s4：通过无人机通信模块4向无人机传输飞行指令，无人机飞行指令按照执行飞行任务；s5：无人机完成飞行任务后将飞行数据信息回传无人机通信模块4；无人机完成飞行任务后向无人机通信模块4回传的飞行数据信息包括无人机剩余电量、无人机当前位置和无人机巡检记录。
28.无人机的巡检记录可以通过无人机通信模块4实时接收无人机的位置巡检情况，也可以在一段巡检任务完成后总结巡检情况再向无人机通信模块4发送。
29.s6：航迹规划模块3根据回传数据更新地图显示，返回步骤s3，直至对所有线路完成无人机巡检。航迹规划模块3可根据回传数据对地图上已完成巡检的路线进行标记，可采用不同颜色对已巡检路线进行标记更新，便于直观查看巡检情况。对所有线路完成无人机巡检后，航迹规划模块3将各无人机对应的巡检记录保存进数据存储模块1，巡检记录包括无人机执行巡检任务的次数、无人机每次执行巡检任务的时长和无人机执行巡检任务时的天气情况。
30.数据存储模块1保存的无人机巡检记录包括无人机执行巡检任务的次数、时长和天气情况，便于后期进行定期的无人机检修维护，根据不同的判断标准，对长期使用的无人机进行检测，防止在巡检过程中出现故障导致无人机坠落。通过结合现有电网数据和卫星影像图，规划无人机航迹，并在线发送给无人机的飞行控制部分，无人机根据飞行指令完成飞行任务。
31.一种基于电网地图的无人机航迹规划系统，如图2所示，包括用于存储电网地图数据和卫星影像数据的数据存储模块1、用于进行矢量地图和栅格地图的叠加显示的地图显示模块2、航迹规划模块3和用于与无人机进行信息交互的无人机通信模块4，航迹规划模块3分别与数据存储模块1、地图显示模块2和无人机通信模块4连接。航迹规划模块3包括数据采集单元10、反馈信息整理单元11和航迹分析规划单元12，数据采集单元10与数据存储模块1连接，反馈信息整理单元11与无人机通信模块4连接，航迹分析规划单元12分别与数据采集单元10、反馈信息整理单元11和地图显示模块2连接。反馈信息整理单元11在收集到无人机完成一个任务后反馈的飞行数据信息时，航迹规划模块3结合反馈数据对地图显示模块2进行更新，并给完成任务的无人机指定新的飞行指令，在通过反馈数据中的剩余电量对
比分析后，将新的飞行指令发送给完成任务的无人机。
32.数据存储模块1与地图显示模块2连接，数据存储模块1包括用于存储电网地图数据和卫星影像数据的地图信息存储单元8和用于存储无人机飞行任务记录的飞行记录存储单元9，地图信息存储单元8和飞行记录存储单元9均与航迹规划模块3连接。通过地图信息存储单元8定期更新存储电网数据和卫星影像数据，通过飞行记录存储单元9收集整理每次巡检任务的无人机巡检记录，便于后期检查维护。
33.地图显示模块2包括电网数据整理单元5、卫星影像数据整理单元6和路径显示单元7，电网数据整理单元5和卫星影像数据整理单元6均与路径显示单元7连接，路径显示单元7与航迹规划模块3连接。将电网数据和卫星影像数据通过路径显示单元7叠加显示，防止航迹规划出现遗漏，同时通过航迹规划模块3及时对显示地图的巡检状况进行更新，直观地观察巡检进度。
34.本实施例数据存储模块1存储现有的电网地图数据和卫星影像数据；地图显示模块2用于矢量地图和栅格地图的叠加显示；航迹规划模块3用于在地图上规划、调整航迹，并把结果发送给飞控模块；无人机通信模块4用于实时回传无人机的位置等飞行数据。本实施例能够有效结合现有电网数据和最新的卫星影像数据，极大得提高电力巡检踏勘等无人机航迹规划的效率。
35.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于电网地图的无人机航迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：将电网数据和卫星影像数据进行数据预处理，将处理后的数据输入数据存储模块（1）；s2：通过地图显示模块（2）将电网数据和卫星影像数据进行叠加显示；s3：航迹规划模块（3）根据电网数据和卫星影像数据进行无人机航迹规划，制定飞行指令；s4：通过无人机通信模块（4）向无人机传输飞行指令，无人机飞行指令按照执行飞行任务；s5：无人机完成飞行任务后将飞行数据信息回传无人机通信模块（4）；s6：航迹规划模块（3）根据回传数据更新地图显示，返回步骤s3，直至对所有线路完成无人机巡检。2.根据权利要求1所述的一种基于电网地图的无人机航迹规划方法，其特征在于，无人机完成飞行任务后向无人机通信模块（4）回传的飞行数据信息包括无人机剩余电量、无人机当前位置和无人机巡检记录。3.根据权利要求1或2所述的一种基于电网地图的无人机航迹规划方法，其特征在于，航迹规划模块（3）制定飞行指令时，设有电量分析匹配过程，电量分析匹配过程包括：计算无人机前往巡检位置、无人机路线巡检过程和无人机任务完成后回返三个过程一共的消耗电量q1，对应的待接收指令的无人机剩余电量q2，计算剩余电量q2与消耗电量q1的差值电量q3，当差值电量q3大于对应无人机总电量的百分之十时，航迹规划模块（3）将飞行指令与对应的无人机进行绑定标记，通过无人机通信模块（4）向待接收指令的无人机发送对应的飞行指令；当差值电量q3小于对应无人机总电量的百分之十时，更换消耗电量q1更小的飞行指令与该待接收指令的无人机进行匹配，当待接收指令的无人机匹配不到符合差值电量q3符合判断条件的飞行指令时，通过无人机通信模块（4）向该无人机发送回返指令。4.根据权利要求1或2所述的一种基于电网地图的无人机航迹规划方法，其特征在于，对所有线路完成无人机巡检后，航迹规划模块（3）将各无人机对应的巡检记录保存进数据存储模块（1），所述巡检记录包括无人机执行巡检任务的次数、无人机每次执行巡检任务的时长和无人机执行巡检任务时的天气情况。5.一种基于电网地图的无人机航迹规划系统，利用如权利要求1-4所述的任意一项方法，其特征在于，包括用于存储电网地图数据和卫星影像数据的数据存储模块（1）、用于进行矢量地图和栅格地图的叠加显示的地图显示模块（2）、航迹规划模块（3）和用于与无人机进行信息交互的无人机通信模块（4），所述数据存储模块（1）与所述地图显示模块（2）连接，所述航迹规划模块（3）分别与所述数据存储模块（1）、所述地图显示模块（2）和所述无人机通信模块（4）连接。6.根据权利要求5所述的一种基于电网地图的无人机航迹规划系统，其特征在于，所述地图显示模块（2）包括电网数据整理单元（5）、卫星影像数据整理单元（6）和路径显示单元（7），所述电网数据整理单元（5）和所述卫星影像数据整理单元（6）均与所述路径显示单元（7）连接，所述路径显示单元（7）与所述航迹规划模块（3）连接。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于电网地图的无人机航迹规划系统，其特征在于，所述航迹规划模块（3）包括数据采集单元（10）、反馈信息整理单元（11）和航迹分析规划单元（12），所述数据采集单元（10）与所述数据存储模块（1）连接，所述反馈信息整理单元（11）与所述无人机通信模块（4）连接，所述航迹分析规划单元（12）分别与所述数据采集单元（10）、所述反馈信息整理单元（11）和所述地图显示模块（2）连接。8.根据权利要求7所述的一种基于电网地图的无人机航迹规划系统，其特征在于，所述数据存储模块（1）包括用于存储电网地图数据和卫星影像数据的地图信息存储单元（8）和用于存储无人机飞行任务记录的飞行记录存储单元（9），所述地图信息存储单元（8）和所述飞行记录存储单元（9）均与所述航迹规划模块（3）连接。

技术总结
本发明公开了一种基于电网地图的无人机航迹规划方法及系统，包括用于存储电网地图数据和卫星影像数据的数据存储模块、用于进行矢量地图和栅格地图的叠加显示的地图显示模块、航迹规划模块和用于与无人机进行信息交互的无人机通信模块，以及相应的无人机航迹规划方法。本发明通过数据存储模块存储现有的电网地图数据和卫星影像数据；通过地图显示模块进行矢量地图和栅格地图的叠加显示；通过航迹规划模块在地图上规划、调整航迹，并把结果发送给飞控模块；通过无人机通信模块实时回传无人机的位置等飞行数据，本发明能够有效结合现有电网数据和最新的卫星影像数据，极大得提高电力巡检踏勘等无人机航迹规划的效率。巡检踏勘等无人机航迹规划的效率。巡检踏勘等无人机航迹规划的效率。


技术研发人员：朱岚康 朱晔 王法 韩玮 贺忠义 崔力 夏俞冬 计渊 李佳鹏 陈杰光 杨舒
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司
技术研发日：2021.11.19
技术公布日：2022/5/25