基于gis的无人机电力线路巡检集中调度系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统，包括调度平台、调度终端、地面监控站和无人机，配以本发明的基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度方法，考虑巡检现场状态信息、设备信息和人员信息等要素，通过调度终端对巡检的设备、人员、时间和线路进行调度，在有限的资源条件下，尽可能完成更多的巡检任务，提高无人机巡检效率，改善无人机巡检的可靠性和安全性，降低无人机巡检成本。
【专利说明】基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统的运行检修领域，涉及无人机输电线路巡检领域，尤其是一种用于无人机输电线路巡检的集中调度系统及方法。
【背景技术】
[0002]无人机巡线在输电线路巡检中发挥着越来越重要的作用，可大大减轻电力服务人员的工作负荷，减少可能发生的人员危险的机率，降低电力设备的维护成本，提高电网的安全性和可靠性。
[0003]无人机输电线路巡检除涉及到巡检的输电线路外，还涉及到了大量巡检设备和巡检人员等。巡线无人机分布于各个不同的地区，巡检地域广，各个巡检任务流动性大，巡检的地点和内容不固定，极易发生巡检设备的来回空载问题；不同的巡检任务对应同一条巡检输电线路，或者输电线路段之间，巡检的时间约束性较强，需要根据巡检线路的重要性和巡检任务间约束关系，调度巡检任务，以实现巡检任务的有序完成；不同的巡检任务对应不同的巡检输电线路、巡检目的，配备的巡检设备和巡检机型也不相同，巡检涉及到设备繁杂，零散，极易忘带和丢失，巡检过程中缺少配件等情况频频发生，严重影响了巡检的效率。在巡检资源有限的情况下，特别是在巡检任务繁多、巡检任务间约束关系强，需要合理的调度巡检的资源和设备，避免巡检设备的来回空载，最大限度的利用现有资源，完成尽可能的多的巡检任务，提高巡检的效率，降低巡检成本。
[0004]在任务调度方面，国内外有比较多的专利、论文和其他资料公开。比如，南京航空航天大学尹海龙、夏洪山等人的“基于多任务调度的飞机排班系统设计与实现”，较为详细的阐述了飞机排班系统，完成飞机任务的排班，给出的一段时间内的飞行任务计划，但是无法实现对飞机的实时调度，更没有针对输电线路走向固定、巡检周期长的特点来进行任务调度，进行任务调度时没有考虑输电线路和输电线路缺陷等因素。申请号为200910078344.3的《任务优化调度平台》专利，根据优化调度原则实现任务执行人员的自动调度，并没有涉及到设备和输电线路的调度。申请号为02111547.8的《车辆调度信息传送方法》的专利，给出了通过无线通信方式发布调度信息的通信和调度方法。申请号为201120308746.0的《应急通信调度平台》提供了一种不通过计算机操控就可进行对接转换、网络切换、互联互通、中心调度和通信中转管理的调度平台，保障调度的正常、可靠工作。申请号为200910033399.2的《手机文本调度系统及其文本调度方法》给出一种通过手机作为调度响应终端的调度系统，实现车辆的调度。以上专利或者论文均是关于任务调度的技术装置或者系统，但是都没有在电力系统应用，处于理论研究层面，无法应用于无人机输电线路巡检领域。
[0005]综上所述，现有的任务调度方法多是针对人员调度和地域调度，调度地理区域小，调度设备相对单一，巡检空载的问题突出。现在还缺少专门的针对无人机线路巡检的调度系统，其他行业的调度方法直接应用到无人机线路巡检的调度系统中，其效果并非理想，尚有许多问题需要解决。
【发明内容】
[0006]本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统及方法，考虑巡检现场状态信息、设备信息和人员信息等要素，通过调度终端对巡检的设备、人员、时间和线路进行调度，在有限的资源条件下，尽可能完成更多的巡检任务，提高无人机巡检效率，改善无人机巡检的可靠性和安全性，降低无人机巡检成本。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0008]基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统，包括了调度平台、调度终端、地面监控站和无人机；
[0009]所述调度平台与调度终端之间实现一对多通信，用于根据无人机巡检设备的状态信息，对无人机的巡检设备、人员和巡检的输电线路等巡检要素的分配和巡检任务的调度，实现无人机巡检设备、人员、线路和巡检时间的优化配置；
[0010]调度终端可通过串口、以太网或者无线网络与地面监控站一对一相连接，还可通过图传通信链路和数传通信链路与无人机直接通信，用于获取无人机巡检的状态信息，对调度平台的调度指令进行响应，执行人员、设备和线路等任务要素的调度，对巡检的设备、人员信息进行管理，对气象信息和飞机状态信息进行监控，上传到调度平台；
[0011]地面监控站，用于通过图传和数传电台控制无人机的飞行，对无人机飞行的姿态进行调整，拍摄巡检图片；
[0012]无人机包括固定翼无人机、旋翼无人机、多旋翼无人机在内的多种无人机，通过搭载拍摄相机或者红外检测终端、紫外检测终端和其他检测终端进行无人机巡检，通过图传和数传与地面监控站或者调度终端进行通信。
[0013]所述调度平台，包括调度服务器、人机交互模块、RFID读写器、身份证读取器、短信收发模块。
[0014]所述调度服务器，用于对无人机巡检设备、人员、输电线路和巡检任务等进行管理和调度，实时读取巡检现场的气象、飞行状态、设备、人员等信息，并依据巡检现场状态和巡检资源对任务调度方案进行调整，进行任务调度。
[0015]所述RFID读写器，与调度服务器通过串口相连接，用于对RFID设备标签信息进行读写，通过RFID电子标签进行设备信息的读取、写入和编辑；
[0016]所述身份证读取器，与调度服务器通过串口相连接，用于读取身份证信息；
[0017]所述短信收发模块，与调度服务器通过串口、USB接口或者以太网口连接，用于短信的收发。
[0018]所述人机交互模块，采用包括当前键盘和鼠标，还可选择或者组合遥控器、音频设备、显示器、触摸板、多通道环幕立体投影系统，用于获取并解析外部命令，将解析后的外部指令发送到调度服务器，通过音频、视频和图像等方式展示出来。
[0019]作为本发明的进一步改进，所述调度服务器包括了数据处理模块、数据存储模块、任务评估模块、任务调度模块、任务管理模块、设备管理模块、人员管理模块、线路管理模块、GIS模块、气象监测模块和通信模块，
[0020]所述数据处理模块，用于完成外部指令数据的解析和处理，根据任务调度方案，下发调度指令，与调度终端进行调度交互，并对服务器数据的逻辑计算和处理；数据处理模块，还内置有对任务调度方案进行审核的任务审核模块，并根据任务审核的结果，进行调度任务下发执行，或者重新调度。
[0021]所述数据存储模块，用于实现调度数据及其辅助数据的存储，还可用于巡检任务信息、输电线路信息、地理信息、设备信息、人员信息、气象监测数据和飞行监测数据等的导入、导出和存储，并对存储的数据进行增删改查管理。
[0022]所述任务评估模块，用于根据设置任务评估参数对巡检任务信息进行评估，给出巡检任务的工作量、任务优先级、所需设备，所需人员和任务间约束关系。所述巡检任务信息包括巡检任务表、设备资源表、巡检人员列表、输电线路信息、气象信息、地理信息、飞行状态信息等。
[0023]所述任务调度模块，包括调度方法管理单元、自动调度单元、手动调度单元、调度输入单元、调度输出单元、调度信息管理单元，用于根据输入的任务工作量、资源列表、任务优先级列表和任务间约束关系等要素，对巡检任务进行调度，给出巡检任务的任务执行序列、设备列表、人员列表、巡检线路和任务执行时间等信息，完成巡检任务的人员、设备和时间等信息的调度，将调度结果输出。调度方法管理单元可选择调度方法，确定自动调度或者手工调度的调度方式，还可以添加新的调度方法，并对调度方法进行注册、删除、修改和查询管理；自动调度单元，用于依据配置的自动调度方法，完成巡检任务的自动调度，给出巡检任务的自动调度结果，还可对手动调度的结果进行校验，确保手工调度的任务调度方案是可行；手动调度单元，用于根据任务评估出任务信息和调度参考信息，手工进行调度，制定的任务调度方案，并对任务调度方案进行自动校验，确保任务调度方案的可行性，还可用于对自动调度的任务调度结果进行手工调整，通过自动调度单元对手动调度结果进行校验；调度输入单元，用于完成任务调度数据的导入、管理和展示，还用于将调度终端监测到的无人机飞行状态信息和气象信息等接入，为任务调度提供信息依据；调度输出单元用于调度结果数据的存储、导出和展示，可对不同调度方法给出的调度结果进行对比，还可通过短消息、短信和邮件的方式与调度终端进行信息交互，下发调度指令，将调度任务数据发送到调度终端上，完成任务调度；调度信息管理单元，用于对调度指令、调度信息和调度响应信息进行记录和存储，并进行增加、删除、编辑、查询和浏览管理。
[0024]所述任务管理模块，包括任务信息导入单元、任务信息导出单元和任务信息维护单元，用于对巡检的任务信息进行导入、导出、查询、浏览、删除和编辑操作，并对巡检任务信息的导入格式进行校验，确保导入和导出的巡检任务信息的格式正确。其中，任务信息导入单元，用于巡检任务信息的导入；任务信息导出单元，用于巡检任务信息的导出，导入和导出的文件格式包括但不限于但不限于文本、XML、CSV、EXCEL、WORD、PDF, BMP、JPEG、GIF、TIFF、PNG等格式；任务信息维护单元，用于实现对巡检任务信息的查询、浏览、编辑和删除操作，所述巡检任务信息包括无人机巡检的线路段、巡检时间段、巡检类型(定期巡检、特殊巡检、故障巡检、监察巡检)、巡检目的等信息。
[0025]所述设备管理模块，包括设备查询单元、设备注册单元、设备维护单元、设备状态监控单元、设备导入导出单元，用于对巡检设备信息进行查询、注册、维护、删除、导入、导出等操作。设备查询单元，用于设备信息的查询；设备注册单元，用于设备信息的注册和RFID设备标签信息写入；设备维护单元，用于设备基本信息和设备的使用状态编辑和删除；设备状态监控单元，用于对仓库和巡检车辆上的设备的状态进行监控，实时获取设备状态信息；设备导入导出单元，用于设备信息打导入和导出，其导入和导出的格式包括但不限于文本、XML> EXCEL、word、pdf 等格式。
[0026]所述人员管理模块，包括基本信息管理单元、基本信息查询单元、巡检记录管理单元、巡检记录查询单元、人员资质评估单元、人员状态信息监控单元，用于对巡检人员的基本信息、巡检记录和巡检资质进行管理和评估。其中，基本信息管理单元用于对巡检人员的个人基本信息进行维护；基本信息查询单元，用于查询巡检人员的基本信息，并对查询信息进行展示；巡检记录管理单元用于对巡检的记录进行添加、编辑和删除操作；巡检记录查询单元用于巡检的记录进行查询；人员资质评估单元，用于对巡检人员的巡检信息进行资质评价；人员状态信息监控单元，用于对巡检现场的巡检人员的实时信息进行监控，以便于对巡检人员进行调度。
[0027]所述线路管理模块，应具有对巡检线路信息进行查询、维护、删除和导入导出的功能，可实现相应输电线路信息在GIS地图上展示、浏览、编辑和删除，用于将输电线路信息采用包括但不限于文本、XML、CSV、EXCEL、WORD、PDF等格式导入和导出，还可用于与调度终端中的线路数据的同步和共享。
[0028]所述GIS模块，包括调度终端GPS监控单元、无人机GPS监控单元、历史轨迹管理单元、GIS线路数据展示单元和GIS线路数据管理单元，用于巡检现场和无人机GPS定位信息的展示和管理，以及输电线路信息的展示和管理。其中，调度终端GPS监控单元，用于监控调度终端的GPS位置信息，并在GIS地图上实时展示出来；无人机GPS监控单元，用于实时读取无人机的GPS位置信息，并在GIS地图上实时展示出来；历史轨迹管理单元，用于对调度终端和无人机的历史运行轨迹进行查询、编辑、删除和播放操作；GIS线路数据展示单元，用于在GIS地图上展示输电线路信息；GIS线路数据管理单元，用于在GIS地图上对输电线路数据进行查询、浏览、编辑、删除和导入导出等操作。
[0029]所述气象监测模块，用于对调度终端的气象环境信息进行监测和展示，对监测到的气象信息进行查询、浏览、导入和导出操作，提供气象环境信息给任务调度模块，为任务调度提供气象信息依据。
[0030]所述通信模块，采用GPRS通信方式进行通信，还可选择或者组合GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTE、Wif1、Zigbee、局域网和互联网通信方式，根据需要进行组网配置，用于调度平台与调度终端之间的数据通信，实现调度指令和任务信息的下发和同步，通过短信、文本和短消息进行调度信息的交互。
[0031]所述调度终端，包括主控板、人机交互模块、GPS模块、气象监测仪、RFID扫描仪、身份证读取器和短信收发模块。
[0032]所述主控板，采用arm9为嵌入处理器，支持2G主频，可扩展为四核，支持多种嵌入式操作系统，具有良好的兼容性；主控板具有供电单元，可使用12V或者24V车载电源作为输入电源，为调度终端中的各个电压等级芯片提供电源。
[0033]所述人机交互模块，采用包括触摸板和液晶显示屏，还可选择或者组合遥控器、键盘、鼠标、音频设备、显示器，用于获取并解析外部命令，将解析后的外部指令发送到主控板，通过音频、视频和图像等方式展示出来，所述人机交互模块通过匹配接口与主控板相连接。
[0034]所述GPS模块，与主空板通过串口相连接，用于接收并解析GPS定位信息，完成调度终端的GPS定位；GPS模块与主控板和通信模块相连接，将调度终端的GPS信息发送到调度平台，完成调度终端在调度平台中的位置定位。
[0035]所述气象监测仪，通过USB 口或者串口与主控板相连接，用于实时监测巡检现场的气象监测环境信息。
[0036]所述RFID扫描仪，通过串口与主控板相连接，用于实时读取巡检现场的RFID设备标签信息，并上传到调度平台。
[0037]所述身份证读取器，通过串口与主控板相连接，用于读取身份证信息，并展示对应人员信息。
[0038]所述短信收发模块，通过串口、USB接口或者以太网口与主控板相连接，，用于短信的收发。
[0039]作为本发明的进一步改进，所述主控板，包含了如下功能模块:调度响应模块、任务同步模块、通信模块、设备监控模块、人员管理模块、数据存储模块、GIS模块、气象监测模块、飞行监测模块。
[0040]所述调度响应模块，采用短消息，还可选择或者组合短信、邮件、语音和视频的形式与调度平台进行信息交互，响应调度平台的调度指令和调度信息，对调度指令、调度信息和调度响应信息进行记录、存储、查询、浏览和删除。
[0041]所述任务同步模块，用于同步调度平台中调度到对应地面监控站的调度任务信息，包括任务的线路信息、人员信息、设备信息和时间信息等；还用与根据任务设备清单对巡检任务设备信息进行监控，并在设备缺失时发出设备缺失告警；实现同步调度任务的人员信息，并对巡检人员信息进行查询、浏览、编辑和权限控制操作。
[0042]所述通信模块，包括无线通信单元、有线通信单元、数传单元、图传单元和辅助通信单元，用于实现与调度平台的之间的数据交互和通信，进行调度指令和调度信息的响应，并通过图传链路和数传链路实现与无人机的信息交互。无线通信单元，用于实现与调度平台的远程信息交互和通信；有线通信单元，用于实现与调度平台之间大数据量的信息交互和同步；数传单元，与无人机通过数传通信链路相连接，用于与上述无人机进行交互，实时读取无人机的飞行状态信息；图传单元，用于无人机巡检图像信息传输；辅助通信单元，用于实时对无人机巡检的状态信息进行检测。
[0043]所述设备监控模块，用于对巡检现场的设备信息通RFID技术进行实时的监控，实时读取设备信息；实现对巡检设备的监控，并根据巡检设备列表，对设备进行比对和监控，如果出现设备缺失，给出告警；还用于对巡检设备信息进行浏览、查询、状态维护、属性编辑和删除等操作。
[0044]所述人员管理模块，包括人员信息管理单元、账户管理单元和角色管理单元，用于巡检的人员信息进行维护管理，对巡检人员操作权限进行管理。其中，人员信息管理单元，用于对巡检人员信息进行增删改查管理；账户管理单元，用于给用户赋予用户角色，确定用户权限，对人员的账户密码进行修改和重设；角色管理单元，则根据各个功能模块的增删改查管理权限添加、编辑、删除和查询用户角色。
[0045]所述数据存储模块，用于存储调度和监测数数据，并提供数据的增删改查功能。
[0046]所述GIS模块，包括线路接口单元、线路信息管理单元和导入导出单元，用于展示输电线路和杆塔信息，并对相应的输电线路信息提供相应的属性编辑、标色、导入、导出和展示等操作。线路接口单元，用于导入任务信息中的输电线路信息；线路信息管理单元，用于实现对输电线路数据的增删改查操作；导入导出单元，用于实现输电线路数据的导入和导出操作，导入和导出输电线路信息采用包括但不限于文本、XML、CSV、EXCEL、WORD、PDF等格式。
[0047]所述气象监测模块，用于实时读取巡检现场气象环境信息包括风速、温度、湿度、空气密度(气压)、海拔等气象信息，并可通过通信模块将现场的气象信息实时上传到调度平台，为任务调度提供气象信息依据。
[0048]所述飞行监测模块，用于实时读取地面监控站和无人机的实时状态信息，并将其转发到调度平台。
[0049]本发明还提供了一种基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度方法，包括如下步骤:
[0050]I)任务导入:在调度平台中，调度服务器中的任务管理模块中进行任务信息的导入，导入需要调度的任务列表以及相应的任务信息，任务信息包括输电线路信息、输电线路地理环境信息、巡检计划时间等信息。
[0051]2)任务评估:在调度平台中，根据导入的任务信息，设定任务评估的评估参数，调整任务评估参数权重；对任务调度信息进行评估，确定任务的优先级及任务的工作量，以及所需巡检任务设备和人员，为任务调度提供相应的依据。
[0052]3)任务调度:在调度平台中，根据任务评估模块给出的任务工作量和任务紧急程度以及所需设备能否满足任务要求，完成任务自动调度，给出任务的自动调度方案；在此基础上，在已有的任务调度方案的基础上，可手工对调度方案进行调整，调整调度人员、无人机、检测终端、车辆等，以及调度的任务执行时间等信息。调度完成后，由巡检任务管理人员对任务调度方案进行审核。
[0053]4)调度任务审核:在调度平台中对任务调度状态的任务调度方案进行审核，审核通过则将任务同步到调度终端，进入任务执行状态；审核不通过，需要对任务调度方案进行调整，则进入任务调度状态，进行调度任务方案的调整；审核不通过，需要重新的调度则需要进入任务评估状态，重新设置评估参数，进行任务调度。
[0054]5)任务执行:调度平台将相应的调度任务方案中的调度指令通过通信模块下发到对应的调度终端，调度终端解析并响应相应的调度指令；调度平台同步巡检任务信息到调度终端，按照调度任务要求执行无人机线路巡检任务。
[0055]6)任务完成:调度终端在执行完成相应的巡检任务后，将巡检任务执行信息发送到调度平台；调度终端将任务完成后的设备和人员等并入巡检资源库中，用于下次任务调度。
[0056]7)任务关闭:调度平台根据调度任务执行信息，生成巡检任务报告，并将巡检任务关闭。
[0057]本发明的有益效果:
[0058]依据本发明，可对通过调度终端接入到调度平台的巡检无人机、巡检设备和巡检人员等要素进行有效调度实现无人机巡检资源的配有配置，提高人员和设备的使用率，降低巡检设备的空载率和闲置率。
[0059]通过RFID技术对巡检设备进行全生命周期管理，可对巡检设备的全生命周期使用状态进行维护，尤其电池类的设备，提高设备的维护效果，延长设备的使用寿命；同时通过RFID技术有效对巡检设备进行监管，降低设备的丢失率，降低巡检的成本。
[0060]在本发明中，通过身份证读取器对人员信息进行维护，有效提高人员维护效率和信息的准确度，降低人员维护成本，尤其是人员信息失误，造成的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0061]图1无人机巡线集中调度系统结构图。
[0062]图2调度服务器功能结构图。
[0063]图3主控板功能结构图。
[0064]图4无人机巡线集中调度系统流程图。
[0065]图5调度平台调度流程图。
[0066]图6调度终端调度响应流程图。
[0067]其中，1、调度平台；2、调度终端；3、地面监控站；4、无人机；5、调度服务器；6、RFID读写器；7、第一身份证读取器；8、第一短信收发模块；9、第一人机交互模块；10、数据处理模块；11、第一数据存储模块；12、任务评估模块；13、任务调度模块；14、任务管理模块；15、设备管理模块；16、第一人员管理模块；17、线路管理模块；18、第一 GIS模块；19、第一气象监测模块；20、第一通信模块；21、主控板；22、第二人机交互模块；23、GPS模块；24、气象监测仪；25、RFID扫描仪；26、第二身份证读取器；27、第二短信收发模块；28、调度响应模块；29、任务同步模块；30、第二通信模块；31、设备监控模块；32、第二人员管理模块；33、第二数据存储模块；34、第二 GIS模块；35、第二气象检测模块；36、飞行监测模块。
【具体实施方式】
[0068]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0069]如图1所示，是一种无人机巡线集中调度系统，该系统包括:
[0070]调度平台1、调度终端2、地面监控站3和无人机4。
[0071]其中，上述调度平台1，可接入一个或者多个调度终端2，放在调度中心或者各级调度室，实现对接入调度终端2的调度和任务分配；调度终端2与地面监控站3之间通过串口 一对一连接，安装在无人机巡检车辆上，实现对无人机4状态信息和地面监控站3信息的实时读取，并将详细发送到调度平台1，为无人机4调度提供依据；调度终端2也可与无人机4通过图传和数传链路相连接，直接获取无人机4飞行状态信息；地面监控站3与无人机4之间通过数传和图传电台相连接，用于对无人机4的飞行进行实时操作和监控。
[0072]所述调度平台1，包括调度服务器5、第一人机交互模块9、RFID读写器6、第一身份证读取器7、第一短信收发模块8。
[0073]所述调度服务器5，用于对无人机巡检设备、人员、输电线路和巡检任务等进行管理和调度，实时读取巡检现场的气象、飞行状态、设备、人员等信息，并依据巡检现场状态和巡检资源对任务调度方案进行调整，进行任务调度。
[0074]所述RFID读写器6，用于对RFID设备标签信息进行读写，通过RFID电子标签进行设备信息的读取、写入和编辑；
[0075]所述第一身份证读取器7，用于读取身份证信息；[0076]所述第一短信收发模块8，用于短信的收发。
[0077]所述第一人机交互模块9，采用包括当前键盘和鼠标，还可选择或者组合遥控器、音频设备、显示器、触摸板、多通道环幕立体投影系统，用于获取并解析外部命令，将解析后的外部指令发送到调度服务器5，通过音频、视频和图像等方式展示出来。
[0078]所述调度服务器5包括了数据处理模块10、第一数据存储模块11、任务评估模块12、任务调度模块13、任务管理模块14、设备管理模块15、第一人员管理模块16、线路管理模块17、第一 GIS模块18、第一气象监测模块19和第一通信模块20。
[0079]所述数据处理模块10，用于完成外部指令数据的解析和处理，根据任务调度方案，下发调度指令，与调度终端2进行调度交互，并对服务器数据的逻辑计算和处理；数据处理模块10，还内置有对任务调度方案进行审核的任务审核模块，并根据任务审核的结果，进行调度任务下发执行，或者重新调度。
[0080]所述第一数据存储模块11，用于实现调度数据及其辅助数据的存储，还可用于巡检任务信息、输电线路信息、地理信息、设备信息、人员信息、气象监测数据和飞行监测数据等的导入、导出和存储，并对存储的数据进行增删改查管理。
[0081 ] 所述第一 GIS模块18，用于巡检现场和无人机4的GPS定位信息的展示和管理，以及输电线路信息的展示和管理。
[0082]所述第一通信模块20，根据需要进行组网配置，用于调度平台I与调度终端2之间的数据通信，实现调度指令和任务信息的下发和同步，通过短信、文本和短消息进行调度信息的交互。
[0083]调度平台I通过第一通信模块20读取接入的各调度终端2的状态信息，通过任务管理模块14导入或者规划巡检任务信息，调度平台I根据各调度终端2的状态信息和任务信息，对巡检任务进行调度，并将调度的结果信息通过短消息、邮件和短信的形式发送到对应的调度终端2，完成对巡检人员、设备和线路的有效调度。
[0084]调度平台I中的第一人机交互模块9，采用包括当前键盘和鼠标，还可选择或者组合遥控器、音频设备、显示器、触摸板、多通道环幕立体投影系统，根据需要配置。
[0085]调度平台I中的任务评估模块12，根据任务管理模块14中的任务信息、任务地点和线路状况等要素信息，对无人机4巡检任务的工作量进行评估，给出相应的评估量。
[0086]调度平台I中任务评估模块12将任务工作的评估数据发送给任务调度模块13，任务调度模块13，读取设备管理模块中的设备信息、人员管理模块中人员信息、气象监测模块中的的气象信息以及线路管理模块中的线路信息，以及从调度终端2读取的飞行状态信息、GPS位置信息等对巡检任务进行调度，确定各个调度终端2中巡检任务的设备、巡检人员、巡检日期等，在进行调度时考虑调度终端2所涉及的人员的休整、设备的保养和维护以及任务执行期限等约束。任务调度模块13，将从调度终端中监测到的飞行状态信息、气象信息、GPS位置信息、设备和人员信息作为任务调度的依据，以及任务调度方案调整的依据。
[0087]调度平台I中的设备管理模块15，用于通过RFID技术对无人机4巡检设备全生命周期的信息化管理，对调度终端2所属的设备以及仓库中的设备进行管理，对设备的使用和维护保养信息进行维护，实现调度平台I对无人机4巡检设备的信息化管理和调度，设备管理导入和导出文件格式包括但不限于文本、XML、EXCEL、word、pdf等格式。
[0088]调度平台I中的第一人员管理模块16，用于对巡检人员的基本信息、巡检记录信息和巡检培训信息进行管理，并对巡检人员的技能给出评估，为任务调度中的人员调动提供依据。
[0089]调度平台I中的第一气象监测模块19通过通信模块读取调度终端2上接入的气象监测信息。
[0090]调度平台I中的线路管理模块17，用于完成线路数据的增删改查管理，并在第一GIS模块18的地图上对输电线路信息进行增删改查和线路信息的展示，并提供线路信息的导入和导出功能。
[0091]调度平台I中的任务调度模块13，将生成并审核通过的任务调度方案，通过通信模块以短消息、短信和邮件形式的下发到对应的调度终端，调度终端2中的调度响应模块接受和响应下发的调度指令和调度信息，并通过任务同步模块同步下发的调度任务信息。
[0092]调度平台I中的任务管理模块14中导入和导出的任务文件格式包括但不限于文本、XML、CSV、EXCEL、WORD、PDF、BMP、JPEG、GIF、TIFF、PNG 等，还包括上述文件的组合。
[0093]调度平台I中的第一通信模块20可通过GPRS无线通信接入调度终端2，响应第一人机交互模块9的远程调度指令，实时获取上述地面监控站3和无人机4的状态信息。所述第一通信模块20还可选择GSM、CDMA、WCDMA, TD-SCDMA, LTE、WIF1、Zigbee、局域网和互联网通信方式实现通信。
[0094]所述调度终端2，包括主控板21、第二人机交互模块22、GPS模块23、气象监测仪24、RFID扫描仪25、第二身份证读取器26和第二短信收发模块27 ；
[0095]所述RFID扫描仪25，用于实时读取巡检现场的RFID设备标签信息，并上传到调度平台I ;
[0096]所述第二短信收发模块27，用于短信的收发。
[0097]所述主控板21，包含调度响应模块28、任务同步模块29、第二通信模块30、设备监控模块31、第二人员管理模块32、第二数据存储模块33、第二 GIS模块34、气象监测模块35、飞行监测模块36 ；
[0098]上述调度终端2，通过第二通信模块30接入调度平台1，完成调度响应和状态信息的上送；调度终端2通过串口与地面监控站3相连接，用于获取地面监控站3中飞行状态信息的监测和地面监控站3的状态信息；调度终端2还可通过图传链路和数传链路直接接入无人机4，读取无人机4飞行状态信息。
[0099]调度终端2中的第二人机交互模块22采用包括触摸板和液晶显示屏，还可选择或者组合遥控器、键盘、鼠标、音频设备、显示器等完成人机信息的交互；
[0100]调度终端2中的调度响应模块28，通过短信、短消息和邮件的方式，对调度平台I的调度信息进行响应和处理，并对相应的调度信息和响应信息进行增删改查管理；
[0101]调度终端2中的调度响应模块28发送任务同步指令到任务同步模块中，任务同步模块完成调度任务信息的同步、解析和存储。
[0102]调度终端2中的调度响应模块28，通过短信的收发模块与调度平台I通过短信的方式进行任务调度信息的交互；
[0103]调度终端2中的任务同步模块29，将同步到本地的巡检任务中的设备清单和设备状态信息，发送到设备监控模块31，设备监控模块31根据设备清单，实时监控当前巡检现场的设备状况，提供设备遗失告警，避免设备的遗失；[0104]调度终端2中的任务同步模块29，将同步到本地的巡检任务中所调度的巡检人员清单和巡检人员权限管理信息，发送到第二人员管理模块32，对人员管理信息进行监测和
管理；
[0105]调度终端2中的设备监控模块31，通过RFID扫描仪24对巡检现场的设备信息进行实时监控，并根据设备清单与监测到的巡检现场的设备信息进行盘点和比对，对遗失设备情况给出遗失设备告警；
[0106]调度终端2中的第二人员管理模块32，通过第二身份证读取器26自动读取身份证信息，根据输入的身份证信息进行用户身份认证，认证通过则自动登录入系统，进行相应权限的操作；具有权限的情况下，还可通过读取身份证所示人员的基本信息、巡检记录信息和技能评价信息。
[0107]调度终端2中的第二 GIS模块34与GPS模块23、主控板21、第二人机交互模块22相关联，用于完成车辆的GPS位置信息的定位；第二 GIS模块34与主控板21、第二人机交互模块22相关联，用于输电线路数据的导入和导出，并对GIS地图中的输电线路数据进行
增删改查管理；
[0108]调度终端2中的第二气象监测模块35与气象监测仪24、主控板21和第二人机交互模块22相关联，实时读取巡检现场气象监测信息，通过第二人机交互模块22将相应气象监测信息展示出来；第二气象监测模块35，通过第二通信模块30将监测到的气象信息发送到调度平台I ;
[0109]调度终端2的飞行监测模块36，通过通信模块读取地面监控站3和无人机4状态信息，并将相应的无人机4飞行状态信息发送到调度平台I ;
[0110]上述地面监控站3，通过数传通信链路与无人机进行通信，读取无人机4的实时飞行状态信息，并将状态信息通过串口接入调度终端2,实现无人机4实时状态信息的上传；
[0111]上述无人机4，通过数传通信链路和图传通信链路，用于将无人机4飞行的实时状态信息的上传到调度终端或者地面监控站中；无人机4可选用旋翼无人机、多旋翼或者固定翼无人机。
[0112]在进行巡检任务调度时，将巡检任务调度过程分为了任务导入、任务评估、任务调度、调度任务审核、调度任务同步、任务执行、任务完成、任务关闭共七个流程或者状态。其中任务导入状态为任务的初始化，用于将调度的任务信息导入系统，明确巡检任务的输电线路段和地理信息环境。任务评估状态中完成巡检任务工作量的评估，确定巡检的任务量；任务调度状态为进入任务调度状态，等待进行调度任务。调度任务审核状态则是在任务调度完成后进行任务审核，审核不通过需要进行二次调度；调度任务审核通过后则需要进行调度任务同步，将调度后的任务同步到调度终端2。任务执行状态则是按照相应的任务信息，执行相应任务，该状态的任务不再参与任务调度。任务执行完成后则进入任务完成状态，并将相应任务执行信息上送到调度平台I。任务执行完成，并形成相应任务报告后，进入任务关闭状态。
[0113]本发明中的无人机巡线任务调度流程如图4所示:
[0114]I)任务导入:在调度平台I中，在任务管理模块14中进行任务信息的导入，导入目前需要调度的任务列表以及相应的任务信息，任务信息包括输电线路信息、输电线路地理环境信息、巡检计划时间等信息。[0115]2)任务评估:在调度平台I中，根据导入的任务管理信息，设定任务评估的评估参数配置，调整任务评估参数权重；对任务调度信息进行评估，确定任务的优先级及任务的工作量，以及所需巡检任务设备和人员，为任务调度提供相应的依据。
[0116]3)任务调度:在调度平台I中，根据任务评估阶段给出的任务工作量和任务紧急程度以及所需设备能否满足任务要求，完成任务自动调度，给出任务的自动调度方案；在此基础上，在已有的任务调度方案的基础上，可手工对调度方案进行调整，调整调度人员、无人机4、检测终端、车辆等，以及调度的任务执行时间等信息。调度完成后，由巡检任务管理人员对任务调度方案进行审核。
[0117]4)调度任务审核:在调度平台I中对任务调度状态的任务调度方案进行审核，审核通过则将任务同步到调度终端2，进入任务执行状态；审核不通过，需要对任务调度方案进行调整，则进入任务调度状态，进行调度任务方案的调整；审核不通过，需要重新的调度则需要进入任务评估状态，重新设置评估参数，进行任务调度。
[0118]5)任务执行:调度平台I将相应的调度任务方案中的调度指令通过第一通信模块20下发到对应的调度终端2，调度终端2解析并响应相应的调度指令；调度平台I同步巡检任务信息到调度终端2，按照调度任务要求执行无人机线路巡检任务。
[0119]6)任务完成:调度终端2在执行完成相应的巡检任务后，将巡检任务执行信息发送到调度平台1;调度终端2将任务完成后的设备和人员等并入巡检资源库中，用于下次任务调度。
[0120]7)任务关闭:调度平台I根据调度任务执行信息，生成巡检任务报告，并将巡检任务关闭。
[0121]调度平台1中的调度流程如图5所示:
[0122]1、巡检任务工作量评估；对导入的巡检任务列表中巡检任务，进行工作量评估，将评估结果发送到任务调度模块13进行任务调度。
[0123]1)调度平台1中的任务管理模块14将任务列表导入到调度平台1，导入的任务信息包括任务名称、输电线路、巡检类型(定期巡检、特殊巡检、故障巡检、监察巡检)、巡检目的、计划时间、巡检任务负责人。具体巡检任务列表如下表所示:
【权利要求】
1.基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统，其特征是，包括了调度平台、调度终端、地面监控站和无人机； 所述调度平台与调度终端之间实现一对多通信，用于根据无人机巡检设备的状态信息，对无人机巡检要素的分配和巡检任务的调度，实现无人机巡检设备、人员、线路和巡检时间的优化配置； 调度终端与地面监控站一对一相连接，或者通过图传通信链路和数传通信链路与无人机直接通信，用于获取无人机巡检的状态信息，对调度平台的调度指令进行响应，执行人员、设备和线路任务要素的调度，对巡检的设备、人员信息进行管理，对气象信息和飞机状态信息进行监控，上传到调度平台； 地面监控站，用于通过图传和数传电台控制无人机的飞行，对无人机飞行的姿态进行调整，拍摄巡检图片； 无人机，通过搭载检测终端进行无人机巡检，通过图传和数传与地面监控站或者调度终端进行通信。
2.如权利要求1所述的基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统，其特征是， 所述调度平台，包括调度服务器、人机交互模块、RFID读写器、身份证读取器、短信收发模块； 所述调度服务器，用于对无人机巡检设备、人员、输电线路和巡检任务进行管理和调度，实时读取巡检现场的气象、飞行状态、设备、人员信息，并依据巡检现场状态和巡检资源对任务调度方案进行 调整，进行任务调度； 所述RFID读写器，用于对RFID设备标签信息进行读写，通过RFID电子标签进行设备信息的读取、写入和编辑； 所述身份证读取器，用于读取身份证信息； 所述短信收发模块，用于短信的收发； 所述人机交互模块，用于获取并解析外部命令，将解析后的外部指令发送到调度服务器，并展不出来。
3.如权利要求2所述的基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统，其特征是， 所述调度服务器包括数据处理模块、数据存储模块、任务评估模块、任务调度模块、任务管理模块、设备管理模块、人员管理模块、线路管理模块、GIS模块、气象监测模块和通信模块； 所述数据处理模块，用于完成外部指令数据的解析和处理，根据任务调度方案，下发调度指令，与调度终端进行调度交互，并对服务器数据的逻辑计算和处理；数据处理模块，还内置有对任务调度方案进行审核的任务审核模块，并根据任务审核的结果，进行调度任务下发执行，或者重新调度； 所述数据存储模块，用于实现调度数据及其辅助数据的存储； 所述任务评估模块，用于根据设置任务评估参数对巡检任务信息进行评估，给出巡检任务的工作量、任务优先级、所需设备，所需人员和任务间约束关系； 所述任务调度模块，用于根据输入的任务工作量、资源列表、任务优先级列表和任务间约束关系要素，对巡检任务进行调度，给出巡检任务的任务执行序列、设备列表、人员列表、巡检线路和任务执行时间信息，完成巡检任务的人员、设备和时间信息的调度，将调度结果输出； 所述任务管理模块，用于对巡检的任务信息进行导入、导出、查询、浏览、删除和编辑操作，并对巡检任务信息的导入格式进行校验，确保导入和导出的巡检任务信息的格式正确； 所述设备管理模块，用于对巡检设备信息进行查询、注册、维护、删除、导入、导出操作； 所述人员管理模块，用于对巡检人员的基本信息、巡检记录和巡检资质进行管理和评估； 所述线路管理模块，具有对巡检线路信息进行查询、维护、删除和导入导出的功能，实现相应输电线路信息在GIS地图上展示、浏览、编辑和删除，用于将输电线路信息导入和导出，还用于与调度终端中的线路数据的同步和共享； 所述GIS模块，用于巡检现场和无人机GPS定位信息的展示和管理，以及输电线路信息的展示和管理； 所述气象监测模块，用于对调度终端的气象环境信息进行监测和展示，对监测到的气象信息进行查询、浏览、导入和导出操作，提供气象环境信息给任务调度模块，为任务调度提供气象信息依据； 所述通信模块，用于调度平台与调度终端之间的数据通信，实现调度指令和任务信息的下发和同步，进行调度信息的交互。
4.如权利要求3所述的基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统，其特征是， 所述任务调度模块，包括调 度方法管理单元、自动调度单元、手动调度单元、调度输入单元、调度输出单元、调度信息管理单元；调度方法管理单元选择调度方法，确定自动调度或者手工调度的调度方式，或者添加新的调度方法，并对调度方法进行注册、删除、修改和查询管理；自动调度单元，用于依据配置的自动调度方法，完成巡检任务的自动调度，给出巡检任务的自动调度结果，或者对手动调度的结果进行校验，确保手工调度的任务调度方案是可行；手动调度单元，用于根据任务评估出任务信息和调度参考信息，手工进行调度，制定的任务调度方案，并对任务调度方案进行自动校验，确保任务调度方案的可行性，或者用于对自动调度的任务调度结果进行手工调整，通过自动调度单元对手动调度结果进行校验；调度输入单元，用于完成任务调度数据的导入、管理和展示，还用于将调度终端监测到的无人机飞行状态信息和气象信息接入，为任务调度提供信息依据；调度输出单元用于调度结果数据的存储、导出和展示，对不同调度方法给出的调度结果进行对比，与调度终端进行信息交互，下发调度指令，将调度任务数据发送到调度终端上，完成任务调度；调度信息管理单元，用于对调度指令、调度信息和调度响应信息进行记录和存储，并进行增加、删除、编辑、查询和浏览管理。
5.如权利要求3所述的基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统，其特征是， 所述任务管理模块，包括任务信息导入单元、任务信息导出单元和任务信息维护单元；其中，任务信息导入单元，用于巡检任务信息的导入；任务信息导出单元，用于巡检任务信息的导出；任务信息维护单元，用于实现对巡检任务信息的查询、浏览、编辑和删除操作。
6.如权利要求1所述的基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统，其特征是， 所述调度终端，包括主控板、人机交互模块、GPS模块、气象监测仪、RFID扫描仪、身份证读取器和短信收发模块； 所述主控板，用于响应调度平台的调度指令，根据调度指令同步相应调度任务信息，执行调度任务，并对巡检任务中的无人机飞行状态和巡检现场环境进行监测； 所述人机交互模块，用于获取并解析外部命令，将解析后的外部指令发送到主控板，并展示出来； 所述GPS模块，用于接收并解析GPS定位信息，完成调度终端的GPS定位； 所述气象监测仪，用于实时监测巡检现场的气象监测环境信息； 所述RFID扫描仪，用于实时读取巡检现场的RFID设备标签信息，并上传到调度平台； 所述身份证读取器，用于读取身份证信息，并展示对应人员信息； 所述短信收发模块，用于短信的收发。
7.如权利要求6所述的基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统，其特征是， 所述主控板，包含调度响应模块、任务同步模块、通信模块、设备监控模块、人员管理模块、数据存储模块、GIS模块、气象监测模块、飞行监测模块； 所述调度响应模块，与调度平台进行信息交互，响应调度平台的调度指令和调度信息，对调度指令、调度信息和调度响应信息进行记录、存储、查询、浏览和删除； 所述任务同步模块，用于同步调度平台中调度到对应地面监控站的调度任务信息，还用与根据任务设备清单对巡检任务设备信息进行监控，并在设备缺失时发出设备缺失告警；实现同步调度任务的人员信息，并对巡检人员信息进行查询、浏览、编辑和权限控制操作；` 所述通信模块，用于实现与调度平台的之间的数据交互和通信，进行调度指令和调度信息的响应，并通过图传链路和数传链路实现与无人机的信息交互； 所述设备监控模块，用于对巡检现场的设备信息通RFID技术进行实时的监控，实时读取设备信息；实现对巡检设备的监控，并根据巡检设备列表，对设备进行比对和监控，如果出现设备缺失，给出告警；还用于对巡检设备信息进行浏览、查询、状态维护、属性编辑和删除操作； 所述人员管理模块，用于巡检的人员信息进行维护管理，对巡检人员操作权限进行管理； 所述数据存储模块，用于存储调度和监测数数据，并提供数据的增删改查功能； 所述GIS模块，用于展示输电线路和杆塔信息，并对相应的输电线路信息提供相应的属性编辑、标色、导入、导出和展示操作； 所述气象监测模块，用于实时读取巡检现场气象环境信息，并通过通信模块将现场的气象信息实时上传到调度平台，为任务调度提供气象信息依据； 所述飞行监测模块，用于实时读取地面监控站和无人机的实时状态信息，并将其转发到调度平台。
8.如权利要求7所述的基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统，其特征是， 所述通信模块，包括无线通信单元、有线通信单元、数传单元、图传单元和辅助通信单元，无线通信单元，用于实现与调度平台的远程信息交互和通信；有线通信单元，用于实现与调度平台之间大数据量的信息交互和同步；数传单元，与无人机通过数传通信链路相连接，用于与上述无人机进行交互，实时读取无人机的飞行状态信息；图传单元，用于无人机巡检图像信息传输；辅助通信单元，用于实时对无人机巡检的状态信息进行检测。
9.如权利要求7所述的基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度系统，其特征是， 所述GIS模块，包括线路接口单元、线路信息管理单元和导入导出单元，线路接口单元，用于导入任务信息中的输电线路信息；线路信息管理单元，用于实现对输电线路数据的增删改查操作；导入导出单元，用于实现输电线路数据的导入和导出操作。
10.如权利要求1所述的基于GIS的无人机电力线路巡检集中调度方法，包括如下步骤: 1)任务导入:在调度平台中，进行任务信息的导入，导入需要调度的任务列表以及相应的任务信息； 2)任务评估:在调度平台中，根据导入的任务信息，设定任务评估的评估参数，调整任务评估参数权重；对任务调度信息进行评估，确定任务的优先级及任务的工作量，以及所需巡检任务设备和人员，为任务调度提供相应的依据； 3)任务调度:在调度平台中，根据任务工作量和任务紧急程度以及所需设备能否满足任务要求，完成任务自动调度，给出任务的自动调度方案；在此基础上，在已有的任务调度方案的基础上，手工对调度方案进行调整，调整调度人员、无人机、检测终端、车辆，以及调度的任务执行时间信息；调度完成后，由巡检任务管理人员对任务调度方案进行审核； 4)调度任务审核:在调度平台中对任务调度状态的任务调度方案进行审核，审核通过则将任务同步到调度终端，进入任务执行状态；审核不通过，需要对任务调度方案进行调整，则进入任务调度状态，进行调度任务方案的调整；审核不通过，需要重新的调度则需要进入任务评估状态，重新设置评估参数，进行任务调度； 5)任务执行:调度平台将相应的调度任务方案中的调度指令下发到对应的调度终端，调度终端解析并响应相应的调度指令；调度平台同步巡检任务信息到调度终端，按照调度任务要求执行无人机线路巡检任务； 6)任务完成:调度终端在执行完成相应的巡检任务后，将巡检任务执行信息发送到调度平台；调度终端将任务完成后的设备和人员并入巡检资源库中，用于下次任务调度； 7)任务关闭:调度平台根据调度任务执行信息，生成巡检任务报告，并将巡检任务关闭。
【文档编号】G05B19/418GK103823451SQ201410083993
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】王滨海, 张方正, 董罡, 张明江, 刘俍, 张晶晶, 慕世友, 任杰, 郑天茹, 魏传虎, 王万国 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院, 山东鲁能智能技术有限公司