电力巡检无人机的航线生成方法、装置及设备与流程

本发明涉及电力安全生产领域，尤其是涉及一种电力巡检无人机的航线生成方法、装置及设备。

背景技术：

1、在电力安全生产中使用无人机进行巡检作业时，需要预先对无人机进行航线规划，使得航线经过给定航点。相关技术中，可以基于给定航点之间的距离参数，使用算法自动生成航线，例如，遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。为了保证巡检效果，通常不同的航点所需的偏航角不同，无人机按照生成的航线进行巡检时，需要不断调整偏航角，使得无人机飞行时间较长，能耗较高，导致巡检效率较低，且由于变电站作业现场环境复杂，高压电气设备众多，无人机在飞行过程中容易发生碰撞事故，存在安全隐患。因此，传统的航线生成方案无法综合考虑电力巡检过程中的各种实际问题，适用性不强。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电力巡检无人机的航线生成方法、装置及设备，以克服现有技术的局限性，即保障了无人机巡检的安全性又提高了巡检效率。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种电力巡检无人机的航线生成方法，该方法包括：确定多个目标航点；其中，目标航点预设有：目标航点的坐标信息，以及无人机在目标航点的偏航角；基于目标航点的坐标信息，生成初始距离矩阵；基于目标航点对应的偏航角，生成偏航角矩阵；其中，初始距离矩阵用于：表征任意两个目标航点之间的距离；偏航角矩阵用于：表征任意两个目标航点之间的偏航角之差；基于偏航角矩阵，更新初始距离矩阵，得到中间距离矩阵；其中，中间距离矩阵用于：表征任意两个目标航点之间的距离，以及无人机调整任意两个目标航点之间的偏航角之差所需的飞行距离；检测任意两个目标航点之间的移动路径上是否存在障碍物，得到检测结果；基于检测结果更新中间距离矩阵，得到最终距离矩阵；其中，最终距离矩阵中，如果第一航点和第二航点之间存在障碍物，第一航点和第二航点之间的距离为无穷大；基于最终距离矩阵生成航线。

3、上述基于偏航角矩阵，更新初始距离矩阵，得到中间距离矩阵的步骤，包括：获取无人机的飞行速度，以及单位偏航角调整时间；基于飞行速度、单位偏航角调整时间以及偏航角矩阵，生成增量距离矩阵；其中，增量距离矩阵用于：表征无人机调整任意两个目标航点之间的偏航角之差所需的飞行距离；将增量距离矩阵与初始距离矩阵进行叠加，得到中间距离矩阵。

4、上述检测任意两个目标航点之间的移动路径上是否存在障碍物，得到检测结果的步骤，包括：获取目标航点所在的三维空间区域；其中，三维空间区域中设置有三维模型；三维模型至少包括巡检设备的设备模型；针对任意两个目标航点，将任意两个目标航点确定为第一航点和第二航点；在第一航点和第二航点之间生成移动路径；在第一航点的位置上生成检测球体，控制检测球体沿着移动路径进行移动，并判断检测球体在移动过程中，是否与三维模型发生碰撞；如果发生碰撞，确定移动路径上存在障碍物；如果没有发生碰撞，确定移动路径上不存在障碍物；生成检测结果矩阵；其中，检测结果矩阵用于：表征任意两个目标航点之间是否存在障碍物。

5、上述检测结果包括检测结果矩阵；该检测结果矩阵用于：表征任意两个目标航点之间是否存在障碍物；上述基于检测结果更新中间距离矩阵，得到最终距离矩阵的步骤，包括：针对任意两个目标航点，将任意两个目标航点确定为第一航点和第二航点；如果检测结果矩阵指示第一航点和第二航点之间存在障碍物，将中间距离矩阵中，第一航点和第二航点对应的距离设置为无穷大。

6、上述在第一航点的位置上生成检测球体的步骤，包括：获取三维空间区域中巡检设备的设备电压等级；基于设备电压等级，确定巡检设备的安全距离；将安全距离作为半径，以第一航点的位置为球心，生成检测球体。

7、上述确定多个目标航点的步骤，包括：确定巡检设备，将巡检设备所在的区域确定为巡检区域；将巡检区域中设置的航点确定为多个目标航点。

8、上述确定巡检设备的步骤，包括：确定待巡检的设备电压等级；确定设备电压等级对应的备选设备中，满足预设巡检条件的巡检设备；其中，预设巡检条件包括：指定设备类型、指定设备间隔、指定巡检类型中的至少一种。

9、上述基于最终距离矩阵生成航线的步骤，包括：确定初始的信息素分布矩阵；将最终距离矩阵和信息素分布矩阵输入至蚁群算法模型中；其中，蚁群算法模型中包括多种迭代算法；通过多种迭代算法，分别基于最终距离矩阵和信息素分布矩阵进行迭代计算，得到每种迭代算法对应的迭代结果；基于每种迭代算法对应的迭代结果，生成航线。

10、上述确定初始的信息素分布矩阵的步骤，包括：将最终距离矩阵输入至克里斯托菲德斯算法模型中，输出局部最优路径；通过迁移学习模型，更新局部最优路径的信息素，得到初始的信息素分布矩阵。

11、上述基于每种迭代算法对应的迭代结果，生成航线的步骤，包括：当迭代次数达到第一指定次数时，获取每种迭代算法输出的子种群；子种群中包括多个备选路径；确定子种群的收敛速度；基于收敛速度最快的目标子种群中的部分备选路径，更新除目标子种群以外的子种群对应的信息素分布矩阵；基于更新后的信息素分布矩阵，继续通过多种迭代算法进行迭代计算，直至迭代次数到达第二指定次数，输出最终航线。

12、上述基于收敛速度最快的目标子种群中的部分备选路径，更新除目标子种群以外的子种群对应的信息素分布矩阵的步骤，包括：从收敛速度最快的目标子种群中，获取满足预设路径条件的部分备选路径；其中，预设路径条件包括：按照路径长度由短到长的顺序，对目标子种群中的备选路径进行排序，从排序第一的备选路径开始，位于前指定百分比的备选路径；获取部分备选路径对应的目标信息素，将目标信息素叠加至除目标子种群以外的子种群对应的信息素分布矩阵中。

13、上述基于更新后的信息素分布矩阵，继续通过多种迭代算法进行迭代计算，直至迭代次数到达第二指定次数，输出最终航线的步骤之前，上述方法还包括：统计任意两个子种群之间的相似度；针对相似度低于第一相似度阈值的第一子种群和第二子种群，获取第一子种群和第二子种群中的第一公共路径；增加第一公共路径对应的信息素更新参数；其中，信息素更新参数用于：更新公共路径对应的信息素；针对相似度高于第二相似度阈值的第三子种群和第四子种群，获取第三子种群和第四子种群中的第二公共路径；减少第二公共路径对应的信息素更新参数。

14、上述输出最终航线的步骤，包括：将每种迭代算法输出的子种群，路径长度最短的路径确定为最终航线。

15、上述多种迭代算法包括：蚁群算法、头脑风暴优化算法和最大最小蚂蚁系统算法。

16、第二方面，本发明实施例提供了一种电力巡检无人机的航线生成装置，该装置包括：第一确定模块，用于确定多个目标航点；其中，目标航点预设有：目标航点的坐标信息，以及无人机在目标航点的偏航角；第一生成模块，用于基于目标航点的坐标信息，生成初始距离矩阵；基于目标航点对应的偏航角，生成偏航角矩阵；其中，初始距离矩阵用于：表征任意两个目标航点之间的距离；偏航角矩阵用于：表征任意两个目标航点之间的偏航角之差；第一更新模块，用于基于偏航角矩阵，更新初始距离矩阵，得到中间距离矩阵；其中，中间距离矩阵用于：表征任意两个目标航点之间的距离，以及无人机调整任意两个目标航点之间的偏航角之差所需的飞行距离；第一检测模块，用于检测任意两个目标航点之间的移动路径上是否存在障碍物，得到检测结果；基于检测结果更新中间距离矩阵，得到最终距离矩阵；其中，最终距离矩阵中，如果第一航点和第二航点之间存在障碍物，第一航点和第二航点之间的距离为无穷大；第二生成模块，用于基于最终距离矩阵生成航线。

17、第三方面，本发明实施例提供了一种电力巡检无人机的航线生成设备，该设备包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的机器可执行指令，处理器执行机器可执行指令以实现上述电力巡检无人机的航线生成方法。

18、第四方面，本发明实施例提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述电力巡检无人机的航线生成方法。

19、本发明实施例带来了以下有益效果：

20、上述提供了一种电力巡检无人机的航线生成方法、装置及设备，其中，方法包括：确定多个目标航点；其中，目标航点预设有：目标航点的坐标信息，以及无人机在目标航点的偏航角；基于目标航点的坐标信息，生成初始距离矩阵；基于目标航点对应的偏航角，生成偏航角矩阵；其中，初始距离矩阵用于：表征任意两个目标航点之间的距离；偏航角矩阵用于：表征任意两个目标航点之间的偏航角之差；基于偏航角矩阵，更新初始距离矩阵，得到中间距离矩阵；其中，中间距离矩阵用于：表征任意两个目标航点之间的距离，以及无人机调整任意两个目标航点之间的偏航角之差所需的飞行距离；检测任意两个目标航点之间的移动路径上是否存在障碍物，得到检测结果；基于检测结果更新中间距离矩阵，得到最终距离矩阵；其中，最终距离矩阵中，如果第一航点和第二航点之间存在障碍物，第一航点和第二航点之间的距离为无穷大；基于最终距离矩阵生成航线。该方式中，首先生成多个目标航点的初始距离矩阵和偏航角矩阵，再根据偏航角矩阵更新初始距离矩阵，得到中间距离矩阵，接着，检测任意两个目标航点之间的移动路径上是否存在障碍物，得到检测结果，根据检测结果更新中间距离矩阵，得到最终距离矩阵，基于最终距离矩阵生成航线时，不仅考虑了目标航点之间的距离，还考虑了无人机调整任意两个目标航点之间的偏航角之差所需的飞行距离，以及移动路径上是否存在障碍物，降低了无人机的飞行能耗，保障了无人机巡检的安全性，提高了巡检效率。

21、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

22、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。