一种变电站无人机巡视路径规划方法及系统与流程

本发明涉及巡视路径规划，尤其涉及一种变电站无人机巡视路径规划方法及系统。

背景技术：

1、变电站作为电力系统的重要组成部分，其安全稳定运行对整个电网的正常运作至关重要。传统的变电站巡检主要依靠人工进行，变电站内设备数量众多，人工巡检需要耗费大量时间和人力资源，人工巡检的效率受限于人力因素，无法做到高频率、高覆盖率的巡视。变电站内环境复杂，设备密集，人工巡检存在触电、高温、机械伤害等潜在风险，在恶劣天气条件下，人工巡检的安全性难以保障。人工巡检的质量依赖于工作人员的专业水平和工作状态，难以保证一致性，人员疲劳、注意力分散等因素可能导致巡检遗漏或误判。

2、随着无人机技术的迅速发展，无人机因其灵活性、高效性和远程操控能力，被逐渐引入到变电站的巡检工作中。相较于传统人工巡检，无人机能够快速到达变电站的各个角落，覆盖范围广，巡视速度快。可以通过预定的飞行路径，高效完成大面积设备的巡检任务。无人机能够在安全距离内对设备进行检查，避免了人员接触高风险区域，在恶劣天气条件下，无人机可以代替人工进行巡检，提高安全性。无人机搭载高清摄像头、红外传感器等设备，可以获取高清图像和设备温度等数据。通过数据分析，可以及时发现设备异常，进行预防性维护。

3、现有的路径规划方法多为静态规划，缺乏针对实际环境的动态调整能力，路径规划未充分考虑设备的重要性和巡检优先级，导致部分重要设备未能优先巡检。缺乏智能化调整机制，无法根据实时获取的设备状态数据，动态调整巡检路径，提高巡视效率。能源消耗和续航问题，无人机的飞行时间受电池容量限制，路径规划未能充分优化能源消耗，影响巡视任务的持续性。在路径规划中未充分考虑到能源消耗问题，导致无人机在巡检过程中可能出现电量不足的情况。

技术实现思路

1、本发明提出一种变电站无人机巡视路径规划方法及系统，以解决现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

3、一种变电站无人机巡视路径规划方法，包括：

4、s1.采集变电站的激光点云数据，使用激光点云数据构建变电站环境模型；

5、s2.获取变电站设备运行的实时数据，根据变电站设备运行的实时数据生成设备的运行权重；

6、s3.根据变电站设备的初始权重和运行权重计算设备巡视优先度，将设备巡视优先度送入巡视路径规划模型中，生成初始巡视路径；

7、s4.巡视过程中定时获取设备的运行权重并计算实时设备巡视优先度，记录无人机单轮巡视任务中已巡视的区域，将实时设备巡视优先度和已巡视的区域送入路径规划模型中，生成实时巡视路径，并根据实时巡视路径继续进行巡视任务；

8、s5.实时监控无人机的剩余电量情况和耗电情况，根据剩余电量和耗电情况调整无人机的巡视路径和巡视任务；

9、s6.通过装载的影像设备获取变电站巡视过程中的可见光图像数据和红外影像数据，将可见光图像数据和红外影像数据送入影像识别模型中进行异常识别，得到异常识别结果，根据异常识别结果选择是否进行详细数据记录，记录每次巡视任务的不同设备的巡视次数，并根据巡视次数和异常识别结果生成反馈权重并调整变电站设备的初始权重。

10、作为本发明的一种优选技术方案，巡视路径规划模型分为权重分配层、路径记录层和路径规划层；

11、权重分配层用于根据模型的模式进行权重划分，模型的模式包括遍历巡视、最短巡视和智能巡视；遍历巡视通过将变电站所有设备的巡视优先度设置为同一数值，得到对变电站所有设备均巡视一次的路径规划；最短巡视通过将变电站所有设备的巡视优先度设置为零，得到最短回到目的地的路径规划；智能巡视通过设备的巡视优先度为设备提供智能的巡视路径规划；

12、路径记录层用于记录巡视任务中已巡视的区域；

13、路径规划层用于通过变电站环境模型、设备巡视优先度和已巡视的区域进行巡视路径规划。

14、作为本发明的一种优选技术方案，巡视路径规划，具体步骤为：

15、a1.获取变电站环境模型，确定起点和终点位置，获取参数，参数包括种群规模n，最大迭代次数tmax，设备数m及设备巡视优先度；

16、a2.使用bernoulli映射初始化种群，生成n条初始路径，根据目标函数式计算各条初始路径的适应度值；

17、a3.根据各条初始路径的适应度值更新并记录最优路径，根据巡视公式确定设备的位置，对设备进行巡视行为，更新路径点位置；

18、a4.对最优路径点进行折射反向学习，得到最优路径点；

19、a5.判断是否达到最大迭代次数tmax，若达到则将最优路径点连接输出作为最优巡视路径，否则循环步骤a3和步骤a4。

20、作为本发明的一种优选技术方案，变电站环境模型包括变电站的三维障碍模型，和俯视角的二维巡视图，二维巡视图中包含了可巡视的路径和变电站设备的位置及相应的编号。

21、作为本发明的一种优选技术方案，根据变电站设备的初始权重和运行权重计算设备巡视优先度；

22、变电站设备的初始权重由设备的重要性评估值和故障率权重计算得到，变电站设备的运行权重通过设备的实时运行数据与动态标准运行数据之间的差值计算得到，动态标准运行数据通过设备周围配置的温度传感器和湿度传感器获取的环境温度数据和环境湿度数据匹配获取；使用反馈权重对变电站设备的初始权重进行计算，对变电站设备的初始权重和运行权重进行标准化处理后，加算得到设备巡视优先度。

23、作为本发明的一种优选技术方案，使用反馈权重对变电站设备的初始权重进行计算；反馈权重通过巡视次数与异常识别结果得到，将一个设备的巡视次数大于等于三次还未识别到异常情况的巡视任务记为该设备的弱效巡视，根据设备在近期规定次数内的弱效巡视次数比例得到反馈权重a；根据弱效巡视中的巡视次数超过五次还未识别到异常情况的巡视任务记为该设备的无效巡视，根据设备在长期规定次数内的无效巡视次数比例得到反馈权重b，计算反馈权重a和反馈权重b的乘积作为反馈权重。

24、作为本发明的一种优选技术方案，根据剩余电量和耗电情况调整无人机的巡视路径和巡视任务；通过无人机的耗电情况获取无人机的剩余巡视里程数，通过里程数与实时巡视路径中剩余的里程数进行比较决定巡视路径与巡视任务。

25、作为本发明的一种优选技术方案，得到异常识别结果，根据异常识别结果选择是否进行详细数据记录，异常识别结果通过影像识别模型获取，影像识别模型通过使用历史影像数据训练卷积神经网络获取，模型的目标为设备的编号、设备外观破损识别、红外温度异常识别、火焰烟雾识别和异物识别。

26、一种变电站无人机巡视路径规划系统，包括：

27、环境构建模块，用于采集变电站的激光点云数据，使用激光点云数据构建三维的变电站环境模型；

28、数据采集模块，用于获取变电站设备运行的实时数据，根据变电站设备运行的实时数据生成设备的运行权重；

29、初始路径规划模块，用于根据变电站设备的初始权重和运行权重计算设备巡视优先度，将设备巡视优先度送入巡视路径规划模型中，生成初始巡视路径；

30、实时路径调整模块，用于巡视过程中定时获取设备的运行权重并计算实时设备巡视优先度，记录无人机单轮巡视任务中已巡视的区域，将实时设备巡视优先度和已巡视的区域送入路径规划模型中，生成实时巡视路径，并根据实时巡视路径继续进行巡视任务；实时监控无人机的剩余电量情况和耗电情况，根据剩余电量和耗电情况调整无人机的巡视路径和巡视任务；

31、巡视反馈模块，用于通过装载的影像设备获取变电站巡视过程中的可见光图像数据和红外影像数据，将可见光图像数据和红外影像数据送入影像识别模型中进行异常识别，得到异常识别结果，根据异常识别结果选择是否进行详细数据记录，记录每次巡视任务的不同设备的巡视次数，并根据巡视次数和异常识别结果调整变电站设备的初始权重。

32、本发明具有以下优点：

33、1、本发明通过对变电站环境进行建模，生成带有环境障碍的三维障碍模型和带有设备位置的二维巡视图，便于对巡视路径进行动态调整；通过设备的性能信息和实时运行数据获取初始权重和实时权重并计算设备巡视优先度，实现了对不同设备的先后巡视，并通过每次巡视任务对设备的巡视次数的反馈结果对初始权重进行调整，提高了对设备重要性和故障概率的动态评估能力。

34、2、本发明通过在巡视过程中采集设备的实时运行数据，并在运行过程中再次进行路径规划，提高了路径规划的智能动态调整能力。

35、3、本发明通过实时监测无人机在巡视任务中的电量情况并调整巡视路径，有效防止了无人机在巡视任务中出现电流不足的问题。

36、4、本发明通过设置遍历巡视、最短巡视和智能巡视三种巡视模式，提高了巡视路径规划对多种任务的处理能力。