一种基于多无人机路径规划的光伏面板巡检系统-k8凯发
本发明涉及无人机控制领域，具体的一种基于多无人机路径规划的光伏面板巡检系统。
背景技术：
1、无人机光伏巡检技术作为一种高效、灵活、安全的巡检手段，近年来在光伏电站的巡检中得到了广泛应用。相比于传统的人工巡检，无人机巡检具有便捷、高效、安全等优势，可以大大降低巡检成本，并且可以获取更全面、更精确的数据信息。因此，基于无人机的光伏电站巡检系统具有很大的研究意义。
2、目前，国内外已经有许多学者对基于无人机的光伏电站巡检系统进行了研究和探索。国外的研究主要集中在无人机的巡检技术和路径规划算法，比如基于视觉识别和机器学习的无人机巡检系统、基于蚁群算法的路径规划算法等。与此同时国内的研究也在逐渐深入，包含了巡检系统的软硬件设计以及处理监测数据等多个方面。然而，当前的研究仍然存在着一些问题：一方面，无人机巡检技术在光伏电站的应用还处于起步阶段，对于如何实现无人机的自动化巡检、如何处理无人机采集到的数据等问题还存在许多亟待解决的难题；另一方面，当前的无人机巡检系统还存在着效率低下、安全风险大等问题。
3、因此，如何解决现有技术中存在的无人机巡检效率低下，自动化不足成为现有技术亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提出一种基于多无人机路径规划的光伏面板巡检系统，将机群协同和路径规划技术融合在一起，实现了对光伏电站的高效、自动化巡检，实现了对巡检任务的下发、无人机的自主飞行、数据的实时采集和处理等功能。
2、一种基于多无人机路径规划的光伏面板巡检系统，包括：
3、全景无人机，用于拍摄光伏电站的整体全景图像，并将其发送给图像处理模块，以用于后续的巡检任务分配和路径规划；
4、图像处理模块，用于根据所获取的全景图像，利用对图像进行处理和分析，提取光伏面板轮廓，并确定需要巡检的总面积；
5、飞行规划模块，用于根据所提取的光伏面板轮廓，确定光伏面板是否规则分布，并采用不同的算法对光伏电站巡检任务进行任务分配以及路径规划；
6、无人机控制模块，用于将飞行规划模块得到的任务和路径分配给多个子无人机；
7、多个子无人机，用于根据所得到的任务和路径对光伏电站进行巡检，所述子无人机在巡检中，采集图像，并通过通信模块回传所采集的图像。
8、可选的，还具有故障分析模块，用于对子无人机所回传的图像进行分析检测，并对检测不合格的太阳能光伏面板进行标记。
9、可选的，所述飞行规划模块对于规则光伏电站巡检任务分配和路径规划具体包括：
10、在确定需要巡检的总面积后，采用对分离后成块的光伏面板进行标号的方式，按照拟定的顺序，依次确定每个无人机的巡检部分，并分配给对应编号的无人机；
11、路径规划包括预规划和实时纠偏两个部分，预规划是指通过全景无人机拍摄回的图像进行路径预规划，为子无人机提供初步的巡检路线，实时纠偏部分是指通过实时获取无人机的位置和环境信息，对其飞行时偏离的路径进行修正，并下发控制指令给无人机，从而达到实时纠偏。
12、可选的，对于规则光伏电站巡检，在预规划阶段采用覆盖式拍摄模型进行路径分配；
13、所述覆盖式拍摄模型为：将无人机当成一块有一定面积的颜料块，该无人机被分配的分割面积作为空白颜料板，无人机的目标是使空白颜料板被颜料完全覆盖，且使飞行的路径最短，颜料块的面积大小通过无人机拍摄时飞行的高度来改变。
14、可选的，在所述覆盖式拍摄模型中，通过如下公式(1)-(4)来调整无人机拍摄时的高度h，
15、s＝s0×h2×i (1)
16、
17、
18、
19、其中，s为无人机拍摄照片的实际面积；s0为无人机距离水平地面高度为1米时无人机拍摄到的实际面积；h为无人机距离地面的高度；i为倾斜面积比；
20、l为无人机距离水平地面高度为1米时倾斜拍摄角为0度时拍摄方形面积的边长；
21、l'为无人机距离水平地面高度为1米时倾斜拍摄角度为ɑ时拍摄方形面积的边长；
22、β为无人机拍摄延伸角；ɑ为无人机倾斜拍摄角度。
23、可选的，所述飞行规划模块对于不规则光伏电站巡检任务分配和路径规划具体包括：
24、巡检区域坐标系建立子步骤：
25、在电站区域内建立坐标系，定量描述电站的边界和设备位置，将每个光伏面板用一个小方块来等效替代，将所有的小方块排列成光伏矩阵来描述电站的形状设备位置分布，根据设备的位置和布局，确定需要巡检的区域和任务点；
26、起飞许可电量确定子步骤：
27、采用分布式路径规划方法，将电站区域划分成若干条小路径，每个无人机负责巡检一条路径，根据无人机的电量合理分配任务，使电量较充足的无人机负责巡检较大的区域和紧急的任务，电量较低的无人机负责巡检较小的区域和常规的任务，并计算编号为i的无人机完成上位机飞行任务的起飞许可电量qpi；
28、飞行任务规划子步骤：
29、首先对无人机飞行方案使用倒序检查法进行筛选，以去除不能完成巡检任务的无人机飞行方案及其对应的电量数列，将无人机机群内部n架无人机的电量从高到低依次排序为qn、……、q3、q2、q1，分别将排列后的无人机按序号编为第n号、……、第3号、第2号、第1号无人机，无人机i的飞行路径上具有与该无人机编号相匹配的飞行起始点ki和一个飞行终止点ji，其中光伏电站只存在唯一的电站起始点k1和唯一的电站终止点j1，电站起始点到电站终止点之间的范围为整个电站的总巡检范围，所有无人机的飞行路径不得超过这个范围；
30、在完成编号后，根据起飞许可电量qpi与无人机电量来推算每台无人机的飞行任务以及为其规划好飞行路径，每台无人机的飞行路径都默认按照先巡检所在行未被巡检的光伏面板，再换行的巡检模式来规划，且巡检路线为s型路线，规划飞行任务时，先从第n号无人机开始，通过其电量qn与飞行终止点pn的位置，来确定当该无人机返回基站，剩余电量恰好为安全电量qs时的各项参数，记作soi、sei、rki和rji，同时确定其飞行起始点ki；将第n号无人机的飞行起始点kn作为第n-1号无人机的飞行终止点j(n-1)，用相同的方法计算出第n-1号无人机的飞行起始点k(n-1)……以此类推，求出第1号无人机的飞行起始点k1；
31、然后对能够完成飞行任务的电量方案执行分布排列法，以筛选最佳飞行方案和路径，将飞行路径每隔一个光伏板标定一个点，总共取u个点，无人机的数量为n,则有
32、
33、z为n架无人机飞行时的飞行方案个数，每一种方案对应一个数列，是各个无人机完成该方案所需要的电量，总共有z个这样的数列，当需要完成巡检任务时，查看各个无人机的现在的电量，将其写成一个数列(qp1，qp2，qp3，……，qpn)数列，其中，qpi是各个无人机完成该方案所需要的电量，总共有z个这样的数列，当需要完成巡检任务时，查看各个无人机现在的电量，将其写成一个数列(qr1，qr2，qr3，……，qrn)，其中(qr1
34、qmin＝qe1 qe2 qe3 ... qem (6)
35、qmin为完成巡检任务的最小耗费总电量；
36、
37、qts为实际所有无人机的总电量；
38、当qts>qmin时系统开始采集排序实际的无人机电量数列，并开始与(z-n)个路径规划理论方案进行一一比对，当(qr1>qp1，qr2>qp2，qr3>qp3，……，qrn>qpn)时则该方案能够实施，若同时有多个方案能够实施，则采用耗时最短的巡检方案进行实施。
39、可选的，利用公式(5)计算得到单无人机完成飞行任务的起飞许可电量qpi，
40、qpi＝α(soi sei) β(rji-rki) qs (5)
41、其中qpi是编号为i的无人机完成上位机飞行任务的起飞许可电量，qs是为无人机电量计算出现的误差预留的安全电量；
42、soi是无人机从基站出发到指定路线起点的飞行路程，rii是节点ki到节点1的曲线路程，rji是节点ji到节点1的曲线路程，ki为编号为i的无人机的曲线起飞节点，ji为编号为i的曲线终点节点，sei是无人机返回基站时的飞行路程；
43、α是净路电比，即无人机在不进行拍摄任务时，所消耗的电量与路程的比例系数；
44、β是检路电比，即无人机在进行拍摄任务时，所消耗的电量与路程的比例系数；
45、同时ji>ki，rk(i 1)＝rji
46、当qri>qpi时，无人机达到完成飞行任务的电量标准开始执行飞行任务，qri为无人机当前的实时电量。
47、本发明进一步公开了一种基于上述的基于多无人机路径规划的光伏面板巡检系统的工作方法，包括：
48、全景图像拍摄步骤s110：
49、采用全景无人机拍摄光伏电站的整体全景图像，并将其发送给图像处理模块；
50、光伏面板图像提取步骤s120：
51、根据所获取的全景图像，利用对图像进行处理和分析，提取光伏面板轮廓，并确定需要巡检的总面积；
52、巡检任务规划及分配步骤s130：
53、根据所提取的光伏面板轮廓，确定光伏面板是否规则分布，并采用不同的算法对光伏电站巡检任务进行任务分配以及路径规划，并将其分配给多个子无人机；
54、子无人机巡检任务执行步骤s140：
55、所述子无人机根据所分配的任务和路径对光伏电站进行巡检，并回传所采集的图像。
56、综上，本发明通过多无人机协同拍摄传输、能够使用现有的改进的深度学习算法的识别，使得巡检时不必多次充电，花费更多的时间，同时单无人机的巡检任务被分配给多个无人机同时进行，使其能够更快完成光伏巡检任务，完成预期的巡检目标，提高光伏面板清理的效率，大幅度降低了人工巡检的成本和工人工作的时间，更为重要的是使得光伏面板组件能够得到及时清理，大大降低了光伏组件因异物遮挡而导致损坏的概率。
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