CN111123975A - 一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法，包括如下步骤：S1、确定巡检区域G以及巡检区域G内的变电站个数为M，变电站对应编号{M1，M2···Mj}；S2、确定无人机巡检线路的起始点P0以及终点Pz；S3、采用Fleury算法求解巡检区域G内的最优巡检路径；S4、计算最优巡检路径内的各个变电站与其相邻变电站之间距离{S1，S2···Sj}；S5、设定无人机的返航剩余电量w，计算返航剩余电量的可飞行距离N；S6、配置无线充电站。该方案通过制定录巡检区域内的最优巡检路线，在最优巡检路线上配置无线充电站，减少了无线充电站的搭建成本，显著提高了无人机巡检效率。

Description

一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法

技术领域

本发明涉及电力巡检技术领域，具体的，涉及一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法。

背景技术

目前电力巡线逐渐从人力巡检模式向无人机巡检、人力以及载人直升机巡检协同进行转变。由于载人直升机的诸多局限因素，而无人机巡检线路具有不受地形环境限制、费用与效率之比较高等优势，且更加安全，无人机电力巡线和人力巡线结合已成为电力行业巡线工作的主要趋势。

近年来，随着无线充电技术日益成熟，该技术主要依靠磁场传送能量，不会引起短路、起火等事故，相较于传统有线充电更加安全便捷。尽管无线充电技术发展迅猛，但针对巡线无人机长距离运动作业特点，若飞行过程进行无线充电，能量传送效率将大打折扣。市场上现有的巡线无人机续航能力低，在电力巡线高度较高、室外温度较高的情况下，电能损耗速度加快，而充电时间却需超过一个小时。续航能力和充电效率的不匹配限制了无人机的飞行时间和飞行距离，无法实现长时间巡线任务。目前巡线无人机主要采用传统的有线充电模式有两种：（1）充电插头直接插在无人机上充电；（2）取出无人机中的电池***专用充电器进行充电。人工频繁更换电池不仅增加了人力成本，也破坏了无人机巡线工作的连续性。巡线无人机无线充电可实现无人机站全程自动化和无人化，节省无人机管理的人力资源，方便智能地解决了无人机无法远距离长时间巡线飞行的问题。考虑到设计无线充电站的建筑成本和变电站之间的距离差异，在巡检区域内设定最优巡检路线对于无人机的巡检效率的提升具有重要意义，考虑现有无人机续航能力不强的的现实问题，在最优巡检路线上配置无线充电站，能够最大程度的减少巡检成本和提高巡检效率。

发明内容

本发明的目的是解决现有无人机巡检效率低下的问题，提出了一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法，该技术方案通过制定巡检区域内的最优巡检路线，在最优巡检路线上配置无线充电站，并将部分无线充电站与巡检区域内的变电站融合，减少了无线充电站的搭建成本，显著提高了无人机的续航能力，提高了巡检效率。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是， 一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法，包括如下步骤：

S1、确定巡检区域G以及巡检区域G内的变电站个数为M，变电站对应编号{M1，M2···Mj}；

S2、确定无人机巡检线路的起始点P0以及终点Pz；

S3、采用Fleury算法求解巡检区域G内的最优巡检路径；

S4、计算最优巡检路径内的各个变电站与其相邻变电站之间距离{S1，S2···Sj}；

S5、设定无人机的返航剩余电量w，计算返航剩余电量的可飞行距离N；

S6、配置无线充电站。

作为优选，所述无人机巡检线路的起始点P0对应的变电站编号为Mi，终点Pz对应的变电站编号为Me，其中Mi、Me∈（M1，Mj）。

作为优选，所述Fleury算法求解巡检区域的最短路径的步骤如下:

S31、任取v0∈(M1，M2···Mj)，令P0=v0；

S32、设路径pi = v0e1v1e2...eivi，Pi表示遍历电力巡检区域G内所有变电站的一条巡检路径，其中，ei为变电站之间的输电线路，从E(G)-{e1,e2,e3,...,ei}中选取e(i+1) ；进行下列判定；

判定1：e(i+1)与vi相关联；

判定2：除非没有别的边可以走，否则e_(i+1)不应该为G_i = G-{e₁,e₂,e₃,...,e_i}中的桥；

S33、当步骤2不能在进行时，算法停止；此时得到一条最优巡检线路Pm=v0e1v1e2...emvm，其中，Vm=Pz。

作为优选，根据步骤S4中确定的距离{S1，S2···Sj}和步骤S5中无人机返航剩余电量的可飞行距离N，计算相邻变电站中搭建无线充电站的个数T1=[ Sd/N]，Sd∈（S1，Sj）；

其中[ Sd/N]表示取Sd/N的整数部分。

作为优选，相邻两个变电站中的无线充电站的个数T1确定后，设定变电站的布局位置，相邻变电站之间的空间连线确定电力巡检线路ed长度Sd，根据无线充电站的个数T1决定巡检线路上的间隔点个数，间隔点将电力巡检线路ed分割为均匀的线段，线段之间的距离为Sd/( T1+1)；此时，每个间隔点设置有一个无线充电站。

作为优选，所述巡检区域G内的所有变电站里均设置有一座无线充电站。

作为优选，所述的无线充电站内均设置有定位模块和通讯模块，所述无人机通过与各个无线充电站通信连接，共享彼此位置信息。

本发明的有益效果：

（1）通过设计巡检区域内的最优巡检路径，避免无人机重复巡检，提高巡检效率；

（2），在巡检路径上规划无线充电站，保障无人机巡检路上的充电问题，避免无人机返航补充电能，显著提高无人机的续航能力；

（3），无人机自动巡检和自动充电，减少人工维护成本。

附图说明

图1为本发明的巡检区域内最优巡检线路规划图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法，包括如下步骤：

步骤S1、首先确定巡检区域G以及巡检区域G内的变电站个数为M，变电站对应编号为{M1，M2···Mj}。

步骤S2、确定无人机巡检线路的起始点P0以及终点Pz，所无人机巡检线路的起始点P0对应的变电站编号为Mi，终点Pz对应的变电站编号为Me，其中i、e∈（1，j）。

步骤S3、由于线路的总长度已固定，无人机需要巡航的总路程存在最小值，所以无人机巡线路线规划总原则是少走回头路，因此路线规划成为一笔画图案的数学问题；现采用Fleury算法求解巡检区域G内的最优巡检路径；

Fleury算法求解巡检区域的最短路径的步骤如下：

步骤S31、任取v0∈(M1，M2···Mj)，令P0=v0；

步骤S32、设路径pi = v0e1v1e2...eivi，Pi表示遍历电力巡检区域G内所有变电站的一条巡检路径，其中，ei为变电站之间的输电线路，从E(G)-{e1,e2,e3,...,ei}中选取e(i+1) ；进行下列判定；

判定1：e(i+1)与vi相关联；

判定2：除非没有别的边可以走，否则e_(i+1)不应该为G_i = G-{e₁,e₂,e₃,...,e_i}中的桥；

步骤S33、当步骤2不能在进行时，算法停止；此时得到一条最优巡检线路Pm=v0e1v1e2...emvm，其中，Vm=Pz。

步骤S4、计算最优巡检路径内的各个变电站与其相邻变电站之间距离{S1，S2···Sj}；

根据变电站的位置信息，可以计算各个变电站与其相邻变电站之间的最短距离{S1，S2···Sj}。

步骤S5、设定无人机的返航剩余电量w，计算返航剩余电量的可飞行距离N；无人机返航电量可以进行常规设置（如剩余电量10%即寻找无线充电站），也可与根据天气情况变动设置（如巡检线路逆向风速大于10m/s，设定剩余电量15%即寻找无线充电站）；根据步骤S4中确定的距离{S1，S2···Sj}和步骤S5中无人机返航剩余电量的可飞行距离N，计算相邻变电站中搭建无线充电站的个数T1=[ Sd/N]，Sd∈（S1，Sj）；

其中[ Sd/N]表示取Sd/N的整数部分。

步骤S6、配置无线充电站；具体配置原则如下：

巡检区域G内的所有变电站里均设置有一座无线充电站，无线充电站内均设置有定位模块和通讯模块，所述无人机通过与各个无线充电站通信连接，共享彼此位置信息；相邻两个变电站中的无线充电站的个数T1确定后，设定变电站的布局位置，相邻变电站之间的空间连线确定电力巡检线路ed长度Sd，根据无线充电站的个数T1决定巡检线路上的间隔点个数，间隔点将电力巡检线路ed分割为均匀的线段，线段之间的距离为Sd/( T1+1)；此时，每个间隔点设置有一个无线充电站。

如图1所示，一种巡检区域内的具体最优路径规范方法的步骤如下：

设定，市区220kV线路中有变电站如下：白X、长X、含X、花X、塘X、升X、黄X、湖X、钮X。并且220kV线路外连华X降压站（区外）、甘X（区外）、士X（区外）、莫X（区外）、青X（区外）、凤X（区外）、大X（区外）。除去必须进行来回飞行的巡查线路（如花X至凤X线路），由于奇数线路连接变电站数量大于2座，所以架桥长X至钮X。

以花X为起点，黄X为终点，根据以上最优路线规划方法，最佳巡线路径为：花X先与凤X（区外）往返(路程未知)，花X至含X（3.532km），含X与大X（区外）往返(路程未知)，含X与青X（区外）往返(路程未知)，含X至塘X(16.474km)，塘X至升X(19.191km)，升X至华X降压站（区外）(31.581km)，华X降压站（区外）至白X(19.451km)，白X至长X(19.447km)，长X至含X(16.086km)，含X至士X（区外）(17.733km)，士X（区外）至长X(29.055km)，长X跨越飞行至钮X(12.117km)，钮X与莫X（区外）往返(19.123km×2)，钮X至湖X(15.245km)，湖X至黄X(15.264km)，黄X与甘X往返(11.315km×2)。

以上所述之具体实施方式为本发明一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法，其特征在于：包括步骤如下：

S1、确定巡检区域G以及巡检区域G内的变电站个数为M，变电站对应编号{M1，M2···Mj}；

S2、确定无人机巡检线路的起始点P0以及终点Pz；

S3、采用Fleury算法求解巡检区域G内的最优巡检路径；

S4、计算最优巡检路径内的各个变电站与其相邻变电站之间距离{S1，S2···Sj}；

S5、设定无人机的返航剩余电量w，计算返航剩余电量的可飞行距离N；

S6、配置无线充电站。

2.根据权利要求1所述的一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法，其特征在于：

所述无人机巡检线路的起始点P0对应的变电站编号为Mi，终点Pz对应的变电站编号为Me，

其中Mi、Me∈（M1，Mj）。

3.根据权利要求1所述的一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法，其特征在于：所述Fleury算法求解巡检区域的最短路径的步骤如下:

S31、任取v0∈(M1，M2···Mj)，令P0=v0；

S32、设路径pi = v0e1v1e2...eivi，Pi表示遍历电力巡检区域G内所有变电站的一条巡检路径，其中，ei为变电站之间的输电线路，从E(G)-{e1,e2,e3,...,ei}中选取e(i+1) ；进行下列判定；

判定1：e(i+1)与vi相关联；

判定2：除非没有别的边可以走，否则e_(i+1)不应该为G_i = G-{e₁,e₂,e₃,...,e_i}中的桥；

S33、当步骤2不能在进行时，算法停止；此时得到一条最优巡检线路Pm=v0e1v1e2...emvm，其中，Vm=Pz。

4.根据权利要求1所述的一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法，其特征在于：

根据步骤S4中确定的距离{S1，S2···Sj}和步骤S5中无人机返航剩余电量的可飞行距离N，计算相邻变电站中搭建无线充电站的个数T1=[ Sd/N]，Sd∈（S1，Sj）；

其中[ Sd/N]表示取Sd/N的整数部分。

5.根据权利要求4所述的一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法，其特征在于：

相邻两个变电站中的无线充电站的个数T1确定后，设定变电站的布局位置，相邻变电站之间的空间连线确定电力巡检线路ed长度Sd，根据无线充电站的个数T1决定巡检线路上的间隔点个数，间隔点将电力巡检线路ed分割为均匀的线段，线段之间的距离为Sd/( T1+1)；此时，每个间隔点设置有一个无线充电站。

6.根据权利要求1所述的一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法，其特征在于：

所述巡检区域G内的所有变电站里均设置有一座无线充电站。

7.根据权利要求4、5或6所述的一种电力巡检区域内的无人机无线充电站规划方法，其特征在于：所述的无线充电站内均设置有定位模块和通讯模块，所述无人机通过与各个无线充电站通信连接，共享彼此位置信息。

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