CN107515003B - 一种规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法 - Google Patents

一种规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法，该方法包括S1、将需巡视的路杆塔和站点信息批量导入卫星地图软件，形成输电线路路径，并在输电线路路径的基础上添加巡检飞行全景信息，建立机巡线路全景信息路径；S2、在机巡线路全景信息路径上确定各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点；S3、利用GA寻优算法对步骤S2确定的各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点进行分析，提示辅助操作选取各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点并形成航线；S4、根据步骤S3中的航线走向、起降点位置、以及飞机的性能指标参数得出预计飞行耗时最短、在线率最高的飞行路径。通过运用本方法可以获得最佳的巡视飞行航线，以提高机巡作业效率。

Description

一种规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法
技术领域
本发明涉及航线规划，具体涉及一种规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法。
背景技术
直升机巡线是国内近年来兴起的一项新的通用航空飞行业务，该类飞行的特点是直升机起降点设置多，同时由于输电线路分布密集且走向复杂，使得飞行航线和航点繁多。参照传统通用航空飞行航线规划方法，即先梳理出相关全部航点，并记录坐标，在平面图纸上规划平面直角坐标系，标记航点，通过连接航点生成航线。该种方法应用在直升机巡线航线图规划规划方面，存在航点梳理工作量大，手工绘图繁琐、效率低下的问题，另外还需要进行航线航点校核来消除误差或错误。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可实现直升机巡线航线的高效规划、提高机巡作业效率的方法
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法，所述方法包括如下步骤：
S1、将需巡视的路杆塔和站点信息批量导入卫星地图软件，形成输电线路路径，并在输电线路路径的基础上添加巡检飞行全景信息，建立机巡线路全景信息路径；
S2、在机巡线路全景信息路径上确定各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点；
S3、利用GA寻优算法对步骤S2确定的各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点进行分析，提示辅助操作选取各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点并形成航线，实现输电线路和起降点、飞行航点的交互可视化；
S4、根据步骤S3中的航线走向、起降点位置、以及飞机的性能指标参数得出预计飞行耗时最短、在线率最高的飞行路径。
所述GA寻优算法对步骤S2确定的各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点进行分析的过程为：
步骤1：染色体构造
染色体代表待选航线，并采用动态的染色体长度，记录染色体的第一个颗粒的长度，该颗粒的长度为航线所含的端点总数，染色体的第一个颗粒后的颗粒依次代表航线轨迹段端点坐标,且不再有无效颗粒；
步骤2：建立适应度函数
通过适应度函数将航线的指标转换为寻优环境中的适应度，设染色体i的适应度为Fiti,对应航线指标值为qi，n为群体中染色体总数，qmax,qmin为群体中最大、最小指标值，base为染色体基准指标值、s为群体中所有染色体累计指标值，则有：
Fiti＝qmax-qi+base+s (1)
式(1)中,当s＝0时，则qmax≠qmin；或，当s＝qmax时，则qmax＝qmin；
base＝(qmax-qmin)/n (2)
Pc＝(Fitmax-Fitavg)/Fit (3)
式(3)中，(Fitmax-Fitavg)<Fit；或，
当Pc＝1时,则(Fit max-Fitavg)≥Fit
Pm＝0.4×(Fitmax-Fit)/(Fitmax-Fitavg) (4)
式(4)中，Pc＝(Fitmax-Fitavg)/Fit；或，
当Pm＝0.4时，则(Fitmax-Fit)≥(Fitmax-Fitavg)；
式(3)、(4)中，Fitmax、Fitavg分别为某代染色体中的最大适应度和平均适应度；Fit为将要进行交叉或变异的染色体的适应度，Pc为交叉概率、Pm为变异概率。
在所述步骤S3中还包括，利用计算机辅助设计平台将形成航线生成完整的飞行航线全图，并将将输电线路地理信息和飞行航线信息分层显示。
在步骤S1中还包括，对所述输电线路路径按照不同地面管辖单位进行划分标识；所述巡检飞行全景信息包括各个空域管辖单位范围、飞行困难区域和禁飞区信息。
在步骤S2中，所述临时起降点距覆盖输电线路最近空间距离不高于35km，距覆盖输电线路最远空间距离不超过80km，两个相邻起降点的空间直线距离不超过150km。
在步骤S4中，所述得出预计飞行耗时最短、在线率最高的飞行路径的方式为：根据航线走向、起降点位置、飞机性能指标参数来获得多种飞行计划的排列组合，将每种排列组合方式作为一种备选飞行计划，对每种备选飞行计划下的巡线飞行路径按小于飞机航程的条件进行动态规划，找出预计飞行耗时最短、在线率最高的飞行路径作为最终飞行计划。
在步骤S1中，所述杆塔和站点信息以经纬度坐标形式批量导入卫星地图软件中。
所述卫星地图软件为Google Earth软件
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
通过运用本方法能够获得最优的巡视飞行航线，同时本方法综合考虑机巡飞行的特性、输电线路布置走向和空域管制等因素，根据不同直升机巡视任务需求优化制定得出最佳巡线飞行方案，减少了人员的主观参与，缩短了决策周期，提高了工作效率，降低了机巡作业成本，在实现最大经济效益的同时也为飞行巡检工作提供了技术支持。
附图说明
图1为本发明实施例提供的规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
参阅图1所示，本实施例提供的规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法具体包括如下步骤：
S1、将需巡视的路杆塔和站点信息以经纬度坐标形式批量导入Google Earth软件中，软件批量化处理生成输电线路路径，进而形成完整的输电线路路径图，对输电线路路径图按照不同地面管辖单位进行划分标识(可按照颜色进行区分)，继续在Google Earth软件内添加各个空域管辖单位范围、飞行困难区域和禁飞区等信息，建立的机巡线路全景信息,实现机巡飞行航线规划绘制所需信息的完全覆盖。
S2、在机巡线路全景信息路径上确定各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点；具体地，可通过如下的原则来确定各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点：
在已有直升机及无人机性能参数的基础上，设定起降点和输电线路及铁塔的空间距离标准、相邻起降点的空间距离标准、起降点选取技术标准；确立航点设置标准、起降点覆盖航线长度标准；将上述标准作为约束条件，用来控制确定各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点及航线。此外，经过发明人的研究发现，当临时起降点距覆盖输电线路最近空间距离不高于35km，距覆盖输电线路最远空间距离不超过80km，两个相邻起降点的空间直线距离不超过150km时，直升飞机或无人机在保证安全的前提下，可最大限度地贴近线路周边地区，实现高效巡视。
S3、利用GA寻优算法对步骤S2确定的各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点进行进一步地优化分析，具体地，该GA寻优算法优化分析过程为：
步骤1：染色体构造
染色体代表待选航线，并采用动态的染色体长度，记录染色体的第一个颗粒的长度，该颗粒的长度为航线所含的端点总数，染色体的第一个颗粒后的颗粒依次代表航迹段端点坐标,且不再有无效颗粒；
步骤2：建立适应度函数
通过适应度函数将航线的指标转换为寻优环境中的适应度，设染色体i的适应度为Fiti,对应航线指标值为qi，n为群体中染色体总数，qmax,qmin为群体中最大、最小指标值，base为染色体基准指标值、s为群体中所有染色体累计指标值，则有：
Fiti＝qmax-qi+base+s (1)
式(1)中,当s＝0时，则qmax≠qmin；或，当s＝qmax时，则qmax＝qmin；
base＝(qmax-qmin)/n (2)
Pc＝(Fitmax-Fitavg)/Fit (3)
式(3)中，(Fitmax-Fitavg)<Fit；或，
当Pc＝1时,则(Fit max-Fitavg)≥Fit
Pm＝0.4×(Fitmax-Fit)/(Fitmax-Fitavg) (4)
式(4)中，Pc＝(Fitmax-Fitavg)/Fit；或，
当Pm＝0.4时，则(Fitmax-Fit)≥(Fitmax-Fitavg)；
式(3)、(4)中，Fitmax、Fitavg分别为某代染色体中的最大适应度和平均适应度；Fit为将要进行交叉或变异的染色体的适应度，Pc为交叉概率、Pm为变异概率。
由上式可知，当种群收敛到局部最优解附近时(Fitmax-Fitavg较小),Pm增大,增加种群多样性；而当种群在解空间中较分散时(Fitmax-Fitavg较大),则Pc增大,使其尽快找到最优解，另外,对适应度较大的染色体,Pc和Pm都较小,这可保护优良个体；反之,Pc和Pm较大,从而不断更新低适应度的个体，如此，由于染色体代表的是待选航线，通过上式的寻优计算即可以获得最优的航线，从而可提示辅助操作在Google Earth软件中选取各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点并形成航线，实现输电线路和起降点、飞行航点的交互可视化。同时在线路位置走向图的基础上，可以对每条输电线路进行预先游览，能够非常清楚的掌握线路的走向和周边的地理信息，可以为机巡作业飞行提供预飞体验。
同时，还可以以计算机辅助设计平台为基础，将优化后的起降点、飞行航点坐标转化为CAD二维坐标点，根据多段线命令批量导入CAD，生成完整的飞行航线全图。开发CAD图层功能，将输电线路地理信息和飞行航线信息分层显示，可以根据每年下达的不同机巡任务，对起降点和所属飞行航线进行筛选展示和输出，达到简单、实用、直观的效果。
S4、对飞行航线进行进一步的深度优化，并根据步骤S3中的航线走向、起降点位置、以及飞机的性能指标参数得出预计飞行耗时最短、在线率最高的飞行路径。其中，深度优化的原则为：
综合考虑直升机及无人机性能参数、机巡线路速度、空飞速度、每架次飞行时长等因素，确立各起降点飞行计划最优选取标准，包括机巡在线率最优标准、飞行架次最优标准、耗油量最优标准、飞行方向最优标准等约束条件。
约束条件如下：单架次机巡在线率≥85％，符合机巡在线率指标要求；该起降点飞行架次(含巡线带转场)取最小数，减少飞行作业成本；单架次巡线剩余油量最佳值，剩余油量过少存在飞行安全风险，剩余油量过多则会增加直升机飞行荷载，影响飞行经济性。根据飞行避光习惯，以及巡检环境要求，一般上午飞行走向为从东向西，下午飞行走向为从西往东。
而得出预计飞行耗时最短、在线率最高的飞行路径的方式为：根据航线走向、起降点位置、飞机性能指标参数来获得多种飞行计划的排列组合，将每种排列组合方式作为一种备选飞行计划，对每种备选飞行计划下的巡线飞行路径按小于飞机航程的条件进行动态规划，找出预计飞行耗时最短、在线率最高的飞行路径作为最终飞行计划。
由上述可知，通过运用本方法能够获得最优的巡视飞行航线，同时本方法综合考虑机巡飞行的特性、输电线路布置走向和空域管制等因素，根据不同直升机巡视任务需求优化制定得出最佳巡线飞行方案，减少了人员的主观参与，缩短了决策周期，提高了工作效率，降低了机巡作业成本，在实现最大经济效益的同时也为飞行巡检工作提供了技术支持。
下面列举一个起降点以及所属输电线路的不同机巡计划，来说明本方法在应用过程中的效果。
表1：输电线路概况
Figure BDA0001354866920000051
表2：现有常规的备选飞行计划
Figure BDA0001354866920000061
Figure BDA0001354866920000071
表3：通过运用本发明提供的方法而获得的备选飞行计划一
Figure BDA0001354866920000072
Figure BDA0001354866920000081
表4：通过运用本发明提供的方法而获得的备选飞行计划二
Figure BDA0001354866920000082
Figure BDA0001354866920000091
备选机巡飞行计划的对比与优化：
表5三套备选飞行计划对比
Figure BDA0001354866920000092
通过上面三套备选飞行计划的对比分析，可以得出：现有常规的飞行计划耗时最长，空飞距离最远，飞行架次最多；通过运用本发明提供的方法而获得的备选飞行计划一更为优化，耗时缩短了8个多小时，空飞距离减少了1300多公里，飞行减少了4个架次；过运用本发明提供的方法而获得的备选飞行计划二为最优化的方案，耗时最短，空飞距离最近，飞行架次也最少。
由此可知，通过运用本发明的方法，可显著提高直升机巡线在线率指标，与现有的其他机巡作业49％的在线率指标相比，应用本发明的方法后各起降点机巡在线率可达到85％以上，为提高机巡作业任务完成量奠定基础。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、将需巡视的路杆塔和站点信息批量导入卫星地图软件，形成输电线路路径，并在输电线路路径的基础上添加巡检飞行全景信息，建立机巡线路全景信息路径；
S2、在机巡线路全景信息路径上确定各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点；
S3、利用GA寻优算法对步骤S2确定的各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点进行分析，提示辅助操作选取各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点并形成航线，实现输电线路和起降点、飞行航点的交互可视化；
S4、根据步骤S3中的航线走向、起降点位置、以及飞机的性能指标参数得出预计飞行耗时最短、在线率最高的飞行路径。
2.如权利要求1所述的规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法，其特征在于，所述GA寻优算法对步骤S2确定的各临时起降点、各临时起降点所辖飞行航点进行分析的过程为：
步骤1：染色体构造
染色体代表待选航线，并采用动态的染色体长度，记录染色体的第一个颗粒的长度，该颗粒的长度为航线所含的端点总数，染色体的第一个颗粒后的颗粒依次代表航线轨迹段端点坐标,且不再有无效颗粒；
步骤2：建立适应度函数
通过适应度函数将航线的指标转换为寻优环境中的适应度，设染色体i的适应度为Fit,对应航线指标值为qi，n为群体中染色体总数，qmax,qmin为群体中最大、最小指标值，base为染色体基准指标值、s为群体中所有染色体累计指标值；则有：
Fit＝qmax-qi+base+s (1)
式(1)中,当s＝0时，则qmax≠qmin；或，当s＝qmax时，则qmax＝qmin；
base＝(qmax-qmin)/n (2)
Pc＝(Fitmax-Fitavg)/Fit (3)
式(3)中，(Fitmax-Fitavg)<Fit；或，
当Pc＝1时,则(Fit max-Fitavg)≥Fit
Pm＝0.4×(Fitmax-Fit)/(Fitmax-Fitavg) (4)
式(4)中，Pc＝(Fitmax-Fitavg)/Fit；或，
当Pm＝0.4时，则(Fitmax-Fit)≥(Fitmax-Fitavg)；
式(3)、(4)中，Fitmax、Fitavg分别为某代染色体中的最大适应度和平均适应度；Fit为将要进行交叉或变异的染色体的适应度；Pc为交叉概率、Pm为变异概率。
3.如权利要求1所述的规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法，其特征在于，在所述步骤S3中还包括，利用计算机辅助设计平台将形成航线生成完整的飞行航线全图，并将将输电线路地理信息和飞行航线信息分层显示。
4.如权利要求1所述的规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法，其特征在于，在步骤S1中还包括，对所述输电线路路径按照不同地面管辖单位进行划分标识；所述巡检飞行全景信息包括各个空域管辖单位范围、飞行困难区域和禁飞区信息。
5.如权利要求1所述的规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述临时起降点距覆盖输电线路最近空间距离不高于35km，距覆盖输电线路最远空间距离不超过80km，两个相邻起降点的空间直线距离不超过150km。
6.如权利要求1所述的规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法，其特征在于，在步骤S4中，所述得出预计飞行耗时最短、在线率最高的飞行路径的方式为：根据航线走向、起降点位置、飞机性能指标参数来获得多种飞行计划的排列组合，将每种排列组合方式作为一种备选飞行计划，对每种备选飞行计划下的巡线飞行路径按小于飞机航程的条件进行动态规划，找出预计飞行耗时最短、在线率最高的飞行路径作为最终飞行计划。
7.如权利要求1所述的规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述杆塔和站点信息以经纬度坐标形式批量导入卫星地图软件中。
8.如权利要求1或7所述的规划飞机巡视输电线路飞行航线的方法，其特征在于，所述卫星地图软件为Google Earth软件。
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Assignee: Yichang Dongguang Geotechnical Engineering Survey Consulting Co.,Ltd.

Assignor: MAINTENANCE & TEST CENTRE, CSG EHV POWER TRANSMISSION Co.

Contract record no.: X2023990000255

Denomination of invention: A Method for Planning Flight Route of Aircraft Patrol Transmission Line

Granted publication date: 20200811

License type: Common License

Record date: 20230222