CN117824665B - 一种基于gis的巡检机器人路线规划*** - Google Patents

Abstract

本发明属于巡检机器人领域，涉及数据分析技术，用于解决现有技术中的巡检机器人路线规划***无法兼顾巡检效率与覆盖率的问题，具体是一种基于GIS的巡检机器人路线规划***，包括路线规划平台，路线规划平台通信连接有区域划分模块、安全分析模块、路线规划模块以及存储模块；区域划分模块用于对巡检机器人的巡检地区进行区域分割：将巡检机器人的预设巡检点按照与巡检机器人初始位置由近到远的顺序进行编号，按照编号将预设巡检点依次进行连接得到若干条巡检线段；本发明可以对巡检地区进行区域分割，根据预设巡检点在巡检地区内的分布特征获取线性系数，通过线性系数对区域划分模式进行标记，提高安全分析过程中数据采集精确性。

Description

一种基于GIS的巡检机器人路线规划***

技术领域

本发明属于巡检机器人领域，涉及数据分析技术，具体是一种基于GIS的巡检机器人路线规划***。

背景技术

巡检机器人进行巡检工作时，会先获取巡检区域地图和巡检路径，然后根据自身所在位置和巡检路径在巡检区域地图上的位置关系，确定自身的移动方向，以按照巡检路径进行移动。

现有技术中的巡检机器人路线规划***仅能够根据路况、天气等因素对巡检机器人的巡检路线进行规划，而无法以巡检区域的安全性为依据对每个区域内的巡检覆盖需求进行分析，导致巡检机器人的路线规划无法兼顾巡检效率与覆盖率。

针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GIS的巡检机器人路线规划***，用于解决现有技术中的巡检机器人路线规划***无法兼顾巡检效率与覆盖率的问题；

本发明需要解决的技术问题为：如何提供一种可以兼顾巡检效率与覆盖率的基于GIS的巡检机器人路线规划***。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于GIS的巡检机器人路线规划***，包括路线规划平台，所述路线规划平台通信连接有区域划分模块、安全分析模块、路线规划模块以及存储模块；

所述区域划分模块用于对巡检机器人的巡检地区进行区域分割：将巡检机器人的预设巡检点按照与巡检机器人初始位置由近到远的顺序进行编号，按照编号将预设巡检点依次进行连接得到若干条巡检线段，通过巡检线段获取到巡检地区的线性系数，通过线性系数将区域划分模式标记为线性分割模式或逐点分割模式，然后采用线性分割模式或逐点分割模式将巡检地区分割为若干个巡检区域；

所述安全分析模块用于对巡检地区的历史安全数据进行分析并得到巡检地区的安全序列，将安全序列发送至路线规划平台，路线规划平台接收到安全序列后将安全序列发送至路线规划模块；

所述路线规划模块用于根据安全序列对巡检机器人的巡检路线进行规划分析。

作为本发明的一种优选实施方式，对巡检地区的区域划分模式进行标记的具体过程包括：获取巡检线段的斜率值，由所有巡检线段的斜率值构成倾斜集合，对倾斜集合进行方差计算得到线性系数，通过存储模块获取到线性阈值，将线性系数与线性阈值进行比较：若线性系数小于线性阈值，则判定巡检机器人的预设巡检点呈线性分布，采用线性分割模式对巡检地区进行区域分割；若线性系数大于等于线性阈值，则判定巡检机器人的预设巡检点呈随机分布，采用逐点分割模式对巡检地区进行区域分割。

作为本发明的一种优选实施方式，采用线性分割模式对巡检地区进行区域分割的具体过程包括：将编号数值最小的预设巡检点与编号数值最大的预设巡检点进行连接得到基准线段，将所有的预设巡检点向基准线段作垂线，将垂线的两侧同时进行延伸直至延长线与巡检地区边界线相交，将得到的延长线段标记为预设巡检点的分割线段，由相邻的分割线段构成一个巡检区域。

作为本发明的一种优选实施方式，采用逐点分割模式对巡检地区进行区域分割的具体过程包括：将第一个预设巡检点与第二个预设巡检点进行连线得到第一交叉线段，将第二个预设巡检点与第三个预设巡检点进行连线得到第二交叉线段，将第一交叉线段与第二交叉线段的中点进行连线得到第一中心线段，将第二个预设巡检点与第一中心线段的中点进行连线并将得到的线段的两端分别向两侧进行延伸，直至延长线与巡检地区边界线相交，将得到的延长线标记为第一分割线段，由第一分割线段与巡检地区边界线构成第一个巡检区域，然后将第三个巡检点与第四个巡检点进行连线得到第三交叉线段，将第二交叉线段与第三交叉线段的中点进行连线得到第二中心线段，将第三个预设巡检点与第二中心线段的中点进行连线并将得到的线段的两端分别向两侧延伸，直至延长线与巡检地区的边界线相交，将得到的延长线标记为第二分割线，由第一分割线、第二分割线以及巡检地区的边界线构成第二个巡检区域，以此类推，直至完成所有预设巡检点对应的巡检区域分割。

作为本发明的一种优选实施方式，巡检地区的安全序列的获取过程包括：生成分析周期，获取巡检区域在分析周期内的安防数据AF以及设备数据SB，安防数据AF为巡检区域在分析周期内出现安防事故的次数，设备数据SB为巡检区域内的设备在分析周期内出现故障的次数；通过对安防数据AF与设备数据SB进行数值计算得到巡检区域在分析周期内的安全系数AQ；将所有巡检区域按照安全系数AQ由小到大的顺序进行排列得到安全序列。

作为本发明的一种优选实施方式，路线规划模块对巡检机器人的巡检路线进行规划分析的具体过程包括：获取巡检区域内两个预设巡检点之间的所有路线并标记为预选路线，获取预选路线的距离值，将预选路线按照距离值由小到大的顺序进行排列得到路线序列，获取巡检区域在安全序列中的编号值，路线序列中不具有对应编号值时，将距离值数值最大的预选路线标记为规划路线；否则，将路线序列中相同编号值对应的预选路线标记为规划路线，将规划路线发送至路线规划平台，路线规划平台接收到规划路线后将规划路线发送至巡检机器人的控制器。

作为本发明的一种优选实施方式，该基于GIS的巡检机器人路线规划***的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：对巡检机器人的巡检地区进行区域分割：将巡检机器人的预设巡检点按照与巡检机器人初始位置由近到远的顺序进行编号，按照编号将预设巡检点依次进行连接得到若干条巡检线段；

步骤二：获取巡检线段的斜率值，由所有巡检线段的斜率值构成倾斜集合，对倾斜集合进行方差计算得到线性系数，通过线性系数将区域划分模式标记为线性分割模式或逐点分割模式；

步骤三：对巡检地区的历史安全数据进行分析：生成分析周期，获取巡检区域在分析周期内的安防数据AF以及设备数据SB并进行数值计算得到安全系数AQ，将所有巡检区域按照安全系数AQ由小到大的顺序进行排列得到安全序列，将安全序列发送至路线规划模块；

步骤四：对巡检机器人的巡检路线进行规划分析：获取巡检区域内两个预设巡检点之间的所有路线并标记为预选路线，获取预选路线的距离值，将预选路线按照距离值由小到大的顺序进行排列得到路线序列，通过巡检区域在安全序列中的编号值在路线序列中筛选对应的预选路线作为规划路线。

本发明具备下述有益效果：

通过区域划分模块可以对巡检机器人的巡检地区进行区域分割，根据预设巡检点在巡检地区内的分布特征获取线性系数，然后通过线性系数对区域划分模式进行标记，提高安全分析过程中数据采集精确性，同时，两种模式的区域划分方式可以对不同预设巡检点分布特征的地区进行区域分割处理；

通过安全分析模块可以对巡检地区的历史安全数据进行分析，以周期性监测的方式获取巡检区域的各项安全事故参数，然后进行统计与计算得到安全系数，根据安全系数对巡检区域的巡检覆盖需求进行反馈，并以此为基础对巡检区域的规划路线进行分析；

通过路线规划模块可以对巡检机器人的巡检路线进行规划分析，根据距离值对预选路线的巡检覆盖程度进行反馈，然后结合巡检区域在安全序列中的序号进行规划路线筛选，使巡检机器人在历史安全性更高的巡检区域内的巡检效率更高，在历史安全性更低的巡检区域内的巡检覆盖范围更大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一的***框图；

图2为本发明实施例二的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种基于GIS的巡检机器人路线规划***，包括路线规划平台，路线规划平台通信连接有区域划分模块、安全分析模块、路线规划模块以及存储模块。

区域划分模块用于对巡检机器人的巡检地区进行区域分割：将巡检机器人的预设巡检点按照与巡检机器人初始位置由近到远的顺序进行编号，按照编号将预设巡检点依次进行连接得到若干条巡检线段，获取巡检线段的斜率值，由所有巡检线段的斜率值构成倾斜集合，对倾斜集合进行方差计算得到线性系数，通过存储模块获取到线性阈值，将线性系数与线性阈值进行比较：若线性系数小于线性阈值，则判定巡检机器人的预设巡检点呈线性分布，采用线性分割模式对巡检地区进行区域分割；若线性系数大于等于线性阈值，则判定巡检机器人的预设巡检点呈随机分布，采用逐点分割模式对巡检地区进行区域分割；采用线性分割模式对巡检地区进行区域分割的具体过程包括：将编号数值最小的预设巡检点与编号数值最大的预设巡检点进行连接得到基准线段，将所有的预设巡检点向基准线段作垂线，将垂线的两侧同时进行延伸直至延长线与巡检地区边界线相交，将得到的延长线段标记为预设巡检点的分割线段，由相邻的分割线段构成一个巡检区域；采用逐点分割模式对巡检地区进行区域分割的具体过程包括：将第一个预设巡检点与第二个预设巡检点进行连线得到第一交叉线段，将第二个预设巡检点与第三个预设巡检点进行连线得到第二交叉线段，将第一交叉线段与第二交叉线段的中点进行连线得到第一中心线段，将第二个预设巡检点与第一中心线段的中点进行连线并将得到的线段的两端分别向两侧进行延伸，直至延长线与巡检地区边界线相交，将得到的延长线标记为第一分割线段，由第一分割线段与巡检地区边界线构成第一个巡检区域，然后将第三个巡检点与第四个巡检点进行连线得到第三交叉线段，将第二交叉线段与第三交叉线段的中点进行连线得到第二中心线段，将第三个预设巡检点与第二中心线段的中点进行连线并将得到的线段的两端分别向两侧延伸，直至延长线与巡检地区的边界线相交，将得到的延长线标记为第二分割线，由第一分割线、第二分割线以及巡检地区的边界线构成第二个巡检区域，以此类推，直至完成所有预设巡检点对应的巡检区域分割；对巡检机器人的巡检地区进行区域分割，根据预设巡检点在巡检地区内的分布特征获取线性系数，然后通过线性系数对区域划分模式进行标记，提高安全分析过程中数据采集精确性，同时，两种模式的区域划分方式可以对不同预设巡检点分布特征的地区进行区域分割处理。

安全分析模块用于对巡检地区的历史安全数据进行分析：生成分析周期，获取巡检区域在分析周期内的安防数据AF以及设备数据SB，安防数据AF为巡检区域在分析周期内出现安防事故的次数，设备数据SB为巡检区域内的设备在分析周期内出现故障的次数；通过公式AQ=α1×AF+α2×SB得到巡检区域在分析周期内的安全系数AQ，其中α1与α2均为比例系数，且α1＞α2＞1；将所有巡检区域按照安全系数AQ由小到大的顺序进行排列得到安全序列，将安全序列发送至路线规划平台，路线规划平台接收到安全序列后将安全序列发送至路线规划模块；对巡检地区的历史安全数据进行分析，以周期性监测的方式获取巡检区域的各项安全事故参数，然后进行统计与计算得到安全系数，根据安全系数对巡检区域的巡检覆盖需求进行反馈，并以此为基础对巡检区域的规划路线进行分析。

路线规划模块用于对巡检机器人的巡检路线进行规划分析：获取巡检区域内两个预设巡检点之间的所有路线并标记为预选路线，获取预选路线的距离值，将预选路线按照距离值由小到大的顺序进行排列得到路线序列，获取巡检区域在安全序列中的编号值，路线序列中不具有对应编号值时，将距离值数值最大的预选路线标记为规划路线；否则，将路线序列中相同编号值对应的预选路线标记为规划路线，将规划路线发送至路线规划平台，路线规划平台接收到规划路线后将规划路线发送至巡检机器人的控制器；对巡检机器人的巡检路线进行规划分析，根据距离值对预选路线的巡检覆盖程度进行反馈，然后结合巡检区域在安全序列中的序号进行规划路线筛选，使巡检机器人在历史安全性更高的巡检区域内的巡检效率更高，在历史安全性更低的巡检区域内的巡检覆盖范围更大。

实施例2

如图2所示，一种基于GIS的巡检机器人路线规划方法，包括以下步骤：

步骤一：对巡检机器人的巡检地区进行区域分割：将巡检机器人的预设巡检点按照与巡检机器人初始位置由近到远的顺序进行编号，按照编号将预设巡检点依次进行连接得到若干条巡检线段；

步骤二：获取巡检线段的斜率值，由所有巡检线段的斜率值构成倾斜集合，对倾斜集合进行方差计算得到线性系数，通过线性系数将区域划分模式标记为线性分割模式或逐点分割模式；

步骤三：对巡检地区的历史安全数据进行分析：生成分析周期，获取巡检区域在分析周期内的安防数据AF以及设备数据SB并进行数值计算得到安全系数AQ，将所有巡检区域按照安全系数AQ由小到大的顺序进行排列得到安全序列，将安全序列发送至路线规划模块；

步骤四：对巡检机器人的巡检路线进行规划分析：获取巡检区域内两个预设巡检点之间的所有路线并标记为预选路线，获取预选路线的距离值，将预选路线按照距离值由小到大的顺序进行排列得到路线序列，通过巡检区域在安全序列中的编号值在路线序列中筛选对应的预选路线作为规划路线。

一种基于GIS的巡检机器人路线规划***，工作时，将巡检机器人的预设巡检点按照与巡检机器人初始位置由近到远的顺序进行编号，按照编号将预设巡检点依次进行连接得到若干条巡检线段；获取巡检线段的斜率值，由所有巡检线段的斜率值构成倾斜集合，对倾斜集合进行方差计算得到线性系数，通过线性系数将区域划分模式标记为线性分割模式或逐点分割模式；生成分析周期，获取巡检区域在分析周期内的安防数据AF以及设备数据SB并进行数值计算得到安全系数AQ，将所有巡检区域按照安全系数AQ由小到大的顺序进行排列得到安全序列，将安全序列发送至路线规划模块；获取巡检区域内两个预设巡检点之间的所有路线并标记为预选路线，获取预选路线的距离值，将预选路线按照距离值由小到大的顺序进行排列得到路线序列，通过巡检区域在安全序列中的编号值在路线序列中筛选对应的预选路线作为规划路线。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；如：公式AQ=α1×AF+α2×SB；由本领域技术人员采集多组样本数据并对每一组样本数据设定对应的安全系数；将设定的安全系数和采集的样本数据代入公式，任意三个公式构成三元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到α1以及α2的取值分别为3.43和2.86；

系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的安全系数；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可，如安全系数与安防数据的数值成正比。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种基于GIS的巡检机器人路线规划***，其特征在于，包括路线规划平台，所述路线规划平台通信连接有区域划分模块、安全分析模块、路线规划模块以及存储模块；

所述区域划分模块用于对巡检机器人的巡检地区进行区域分割：将巡检机器人的预设巡检点按照与巡检机器人初始位置由近到远的顺序进行编号，按照编号将预设巡检点依次进行连接得到若干条巡检线段，通过巡检线段获取到巡检地区的线性系数，通过线性系数将区域划分模式标记为线性分割模式或逐点分割模式，然后采用线性分割模式或逐点分割模式将巡检地区分割为若干个巡检区域；

所述安全分析模块用于对巡检地区的历史安全数据进行分析并得到巡检地区的安全序列，将安全序列发送至路线规划平台，路线规划平台接收到安全序列后将安全序列发送至路线规划模块；

所述路线规划模块用于根据安全序列对巡检机器人的巡检路线进行规划分析；

对巡检地区的区域划分模式进行标记的具体过程包括：获取巡检线段的斜率值，由所有巡检线段的斜率值构成倾斜集合，对倾斜集合进行方差计算得到线性系数，通过存储模块获取到线性阈值，将线性系数与线性阈值进行比较：若线性系数小于线性阈值，则判定巡检机器人的预设巡检点呈线性分布，采用线性分割模式对巡检地区进行区域分割；若线性系数大于等于线性阈值，则判定巡检机器人的预设巡检点呈随机分布，采用逐点分割模式对巡检地区进行区域分割；

采用线性分割模式对巡检地区进行区域分割的具体过程包括：将编号数值最小的预设巡检点与编号数值最大的预设巡检点进行连接得到基准线段，将所有的预设巡检点向基准线段作垂线，将垂线的两侧同时进行延伸直至延长线与巡检地区边界线相交，将得到的延长线段标记为预设巡检点的分割线段，由相邻的分割线段构成一个巡检区域；

采用逐点分割模式对巡检地区进行区域分割的具体过程包括：将第一个预设巡检点与第二个预设巡检点进行连线得到第一交叉线段，将第二个预设巡检点与第三个预设巡检点进行连线得到第二交叉线段，将第一交叉线段与第二交叉线段的中点进行连线得到第一中心线段，将第二个预设巡检点与第一中心线段的中点进行连线并将得到的线段的两端分别向两侧进行延伸，直至延长线与巡检地区边界线相交，将得到的延长线标记为第一分割线段，由第一分割线段与巡检地区边界线构成第一个巡检区域，然后将第三个巡检点与第四个巡检点进行连线得到第三交叉线段，将第二交叉线段与第三交叉线段的中点进行连线得到第二中心线段，将第三个预设巡检点与第二中心线段的中点进行连线并将得到的线段的两端分别向两侧延伸，直至延长线与巡检地区的边界线相交，将得到的延长线标记为第二分割线，由第一分割线、第二分割线以及巡检地区的边界线构成第二个巡检区域，以此类推，直至完成所有预设巡检点对应的巡检区域分割。

2.根据权利要求1所述的一种基于GIS的巡检机器人路线规划***，其特征在于，巡检地区的安全序列的获取过程包括：生成分析周期，获取巡检区域在分析周期内的安防数据AF以及设备数据SB，安防数据AF为巡检区域在分析周期内出现安防事故的次数，设备数据SB为巡检区域内的设备在分析周期内出现故障的次数；通过对安防数据AF与设备数据SB进行数值计算得到巡检区域在分析周期内的安全系数AQ；将所有巡检区域按照安全系数AQ由小到大的顺序进行排列得到安全序列。

3.根据权利要求2所述的一种基于GIS的巡检机器人路线规划***，其特征在于，路线规划模块对巡检机器人的巡检路线进行规划分析的具体过程包括：获取巡检区域内两个预设巡检点之间的所有路线并标记为预选路线，获取预选路线的距离值，将预选路线按照距离值由小到大的顺序进行排列得到路线序列，获取巡检区域在安全序列中的编号值，路线序列中不具有对应编号值时，将距离值数值最大的预选路线标记为规划路线；否则，将路线序列中相同编号值对应的预选路线标记为规划路线，将规划路线发送至路线规划平台，路线规划平台接收到规划路线后将规划路线发送至巡检机器人的控制器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于GIS的巡检机器人路线规划***，其特征在于，该基于GIS的巡检机器人路线规划***的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：对巡检机器人的巡检地区进行区域分割：将巡检机器人的预设巡检点按照与巡检机器人初始位置由近到远的顺序进行编号，按照编号将预设巡检点依次进行连接得到若干条巡检线段；

步骤二：获取巡检线段的斜率值，由所有巡检线段的斜率值构成倾斜集合，对倾斜集合进行方差计算得到线性系数，通过线性系数将区域划分模式标记为线性分割模式或逐点分割模式；

步骤三：对巡检地区的历史安全数据进行分析：生成分析周期，获取巡检区域在分析周期内的安防数据AF以及设备数据SB并进行数值计算得到安全系数AQ，将所有巡检区域按照安全系数AQ由小到大的顺序进行排列得到安全序列，将安全序列发送至路线规划模块；

步骤四：对巡检机器人的巡检路线进行规划分析：获取巡检区域内两个预设巡检点之间的所有路线并标记为预选路线，获取预选路线的距离值，将预选路线按照距离值由小到大的顺序进行排列得到路线序列，通过巡检区域在安全序列中的编号值在路线序列中筛选对应的预选路线作为规划路线。