阀厅无人机巡检路径的规划方法、无人机控制方法及装置

技术领域

本申请涉及智能巡检技术领域，尤其涉及阀厅无人机巡检路径的规划方法、无人机控制方法及装置。

背景技术

随着电力技术的高速发展，换流站承担着连接发电端和输电配电端的核心作用，其中换流站阀厅是换流站的心脏地带，内部阀塔林立、空间结构距离有限、电磁环境复杂且与外界存在电磁屏蔽，保障其安全、稳定运行则显得至关重要，因此需要在换流站阀厅内开展高效、安全的巡检保障工作。

近年来，随着无人机技术的不断发展，通过无人机搭载各种功能的摄像头实现对电力设备的巡检是未来的发展方向，但是由于阀厅内电磁干扰较大且障碍物多，普通无人机在阀厅内无法稳定可靠飞行，若其不受控飞入阀塔内部造成设备损坏损失极大。

因此，如何有效安全的对换流站阀厅进行巡检是一项亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种阀厅无人机巡检路径的规划方法、无人机控制方法及装置，旨在保证有效安全的对换流站阀厅进行巡检。

第一方面，本申请提供了一种阀厅无人机巡检路径的规划方法，所述方法用于换流站巡检无人机的路线规划，所述方法包括：

获取无人机的巡航高度、初始位置坐标和第一目标位置坐标；

根据所述初始位置坐标和所述巡航高度确定第二目标位置坐标；

根据所述第一目标位置坐标得到第三目标位置坐标；所述第三目标位置坐标与所述巡航高度对应；

基于所述初始位置坐标、所述第二目标位置坐标、所述第三目标位置坐标和所述第一目标位置坐标确定所述换流站巡检无人机的路线规划。

可选地，所述获取无人机的巡航高度、初始位置坐标和第一目标位置坐标前，还包括：

获取换流站的空间模型；所述空间模型包括可经过区域和不可经过区域，所述不可经过区域根据设备的位置确定；所述初始位置坐标、所述第一目标位置坐标、所述第二目标位置坐标和所述第三目标位置坐标与所述不可经过区域不存在交集。

可选地，基于所述初始位置坐标、所述第二目标位置坐标、所述第三目标位置坐标和所述第一目标位置坐标确定所述换流站巡检无人机的路线规划包括：

获取所述第二目标位置坐标和所述第三目标位置坐标；

根据所述第二目标位置坐标和所述第三目标位置坐标计算所述无人机每个路径点的目标位置；

基于所述路径点的目标位置确定所述换流站巡检无人机的路线规划。

可选地，所述根据所述第二目标位置坐标和所述第三目标位置坐标计算所述无人机每个路径点的目标位置包括：

构造所述无人机与目标位置间的引力势场以及与障碍物产生的斥力势场；

计算所述无人机路径点的目标位置与第三目标位置的引力场和斥力场的合力；所述合力的方向为下一路径点的位置方向。

第二方面，本申请提供了一种无人机控制方法，应用于换流站巡检无人机，所述方法包括：

获取路线规划和无人机的步长；所述路线规划是通过如上述阀厅无人机巡检路径的规划方法所述的任意一项方法得到的；

基于所述路线规划和所述无人机的步长控制所述无人机飞至所述第一目标位置坐标。

可选地，所述路线规划包括至少一个飞行距离，基于所述路线规划和所述无人机的步长控制所述无人机飞至所述第一目标位置坐标包括：

判断所述无人机每一个飞行距离是否小于所述步长；

若是，则调整所述无人机的步长。

第三方面，本申请提供了一种阀厅无人机巡检路径的规划装置，所述装置用于换流站巡检无人机的路线规划，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取无人机的巡航高度、初始位置坐标和第一目标位置坐标；

第一确定模块，用于根据所述初始位置坐标和所述巡航高度确定第二目标位置坐标；

第二确定模块，用于根据所述第一目标位置坐标得到第三目标位置坐标；所述第三目标位置坐标与所述巡航高度对应；

第三确定模块，用于基于所述初始位置坐标、所述第二目标位置坐标、所述第三目标位置坐标和所述第一目标位置坐标确定所述换流站巡检无人机的路线规划。

第四方面，本申请提供了一种无人机控制装置，应用于换流站巡检无人机，所述装置包括：

第二获取模块，用于获取路线规划和无人机的步长；所述路线规划是通过如上述阀厅无人机巡检路径的规划方法所述的任意一项方法得到的；

控制模块，用于基于所述路线规划和所述无人机的步长控制所述无人机飞至所述第一目标位置坐标。

第五方面，本申请提供了一种设备，所述设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令或代码，所述处理器用于执行所述指令或代码，以使所述设备执行前述第一方面任一项所述的阀厅无人机巡检路径的规划方法，或者，前述第二方面任一项所述的无人机控制方法。

第六方面，本申请提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有代码，当所述代码被运行时，运行所述代码的设备实现前述第一方面任一项所述的阀厅无人机巡检路径的规划方法，或者，前述第二方面任一项所述的无人机控制方法。

本申请提供了一种阀厅无人机巡检路径的规划方法，所述方法用于换流站巡检无人机的路线规划。在执行所述方法时，先获取无人机的巡航高度、初始位置坐标和第一目标位置坐标，后根据所述初始位置坐标和所述巡航高度确定第二目标位置坐标，然后根据所述第一目标位置坐标得到第三目标位置坐标；所述第三目标位置坐标与所述巡航高度对应，最后基于所述初始位置坐标、所述第二目标位置坐标、所述第三目标位置坐标和所述第一目标位置坐标确定所述换流站巡检无人机的路线规划，为无人机动态巡检规划安全的路径。这样，通过巡航高度和目标位置规划无人机巡检路径，使得无人机先上升到安全高度飞行到目标位置上方，再垂直飞至目标位置，因此无人机可以规避障碍物和避免的阀塔间飞行，达到了安全巡检的效果。如此，可以保证有效安全的对换流站阀厅进行巡检。

附图说明

为更清楚地说明本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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种阀厅无人机巡检路径的规划方法的一种方法流程图；

图2为本申请实施例提供的S104一种可能的实现方式的流程图；

图3为本申请实施例提供的一种无人机控制方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的一种采用人工势场法判断步长示意图；

图5为本申请实施例提供的一种无人机在控制飞行过程中实时规划的方法流程图；

图6为本申请实施例提供的阀厅无人机巡检路径的规划装置的一种结构示意图；

图7为本申请实施例提供的无人机控制装置的一种结构示意图。

具体实施方式

正如前文所述，换流站承担着连接发电端和输电配电端的核心作用，其中换流站阀厅是换流站的心脏地带，内部阀塔林立、空间结构距离有限、电磁环境复杂且与外界存在电磁屏蔽，目前通过无人机搭载各种功能的摄像头实现对电力设备的巡检是未来的发展方向，但是由于阀厅内电磁干扰较大且障碍物多，普通无人机在阀厅内无法稳定可靠飞行，若其不受控飞入阀塔内部造成设备损坏损失极大。

经研究发现，无人机在执行飞行任务过程中先飞至阀厅中没有障碍物或者障碍物极少的高度空间，然后在该巡航高度飞至目标位置正上方再进行下降，可以大大避免由于阀厅内电磁产生干扰和障碍物多导致的飞行条件复杂情况，因此可以对无人机的巡检路径进行规划，从而保证无人机在阀厅内稳定可靠飞行。

有鉴于此，本申请提供了一种阀厅无人机巡检路径的规划方法，所述方法用于换流站巡检无人机的路线规划。在执行所述方法时，先获取无人机的巡航高度、初始位置坐标和第一目标位置坐标，后根据所述初始位置坐标和所述巡航高度确定第二目标位置坐标，然后根据所述第一目标位置坐标得到第三目标位置坐标；所述第三目标位置坐标与所述巡航高度对应，最后基于所述初始位置坐标、所述第二目标位置坐标、所述第三目标位置坐标和所述第一目标位置坐标确定所述换流站巡检无人机的路线规划，为无人机动态巡检规划安全的路径。这样，通过巡航高度和目标位置规划无人机巡检路径，使得无人机规避障碍物和避免的阀塔间飞行，达到了安全巡检的效果。如此，可以保证有效安全的对换流站阀厅进行巡检。

为了使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种阀厅无人机巡检路径的规划方法的流程图。结合图1所示，在本申请实施例提供的阀厅无人机巡检路径的规划方法于换流站巡检无人机的路线规划。相应地，该方法可以包括：

S101：获取无人机的巡航高度、初始位置坐标和第一目标位置坐标。

在本实施例中，首先获取无人机的巡航高度、初始位置坐标和第一目标位置坐标。可以理解的是，以三维空间基础建立三维坐标系，因此上述初始位置坐标就是无人机在初始状态下的位置坐标，可以记为(X，Y，Z)，其中X表示无人机在初始状态下x轴的坐标位置，Y表示无人机在初始状态下y轴的坐标位置，Z表示无人机在初始状态下z轴的坐标位置。

获取无人机的第一目标位置坐标，以本申请换流站阀厅的场景为例，无人机的第一目标位置坐标可以是需要巡检的换流阀附近的目标位置，可以理解的是，上述的第一目标位置坐标和换流阀位置坐标不会存在交集，无人机可以在换流阀附近对换流阀进行摄像拍照等，以便将对换流阀的现场情况进行检测或者将现场情况传输给用户。同样，上述第一目标位置坐标可以表示为(X

在本实施例中，还需要获取无人机的巡航高度，需要说明的是，上述的巡航高度是根据阀厅内具体情况设定的，可以记为H

可选地，在获取无人机的巡航高度、初始位置坐标和第一目标位置坐标前，还包括：

在本实施例中，首先获取换流站的空间模型；需要说明的是，空间模型包括可经过区域和不可经过区域，不可经过区域根据设备的位置确定；具体地，可以是将换流阀设备区视为一矩形区域，将换流阀设备区内的阀塔及连接金具划分为多个矩形网格，然后将各个网格内的坐标区域从换流阀设备区内进行剔除，也就是说把阀塔等设备所占据的空间坐标区域定为障碍物区域。可以理解的是，初始位置坐标、第一目标位置坐标、第二目标位置坐标和第三目标位置坐标与所述不可经过区域不存在交集。

S102：根据所述初始位置坐标和所述巡航高度确定第二目标位置坐标。

在本实施例中，根据初始位置坐标和巡航高度确定第二目标位置坐标，具体地，接上述举例，无人机的初始位置坐标为(X，Y，Z)，巡航高度为H

S103：根据所述第一目标位置坐标得到第三目标位置坐标；所述第三目标位置坐标与所述巡航高度对应。

在本实施例中，根据第一目标位置坐标得到第三目标位置坐标，具体地，为了使无人机在对应巡航高度的平面飞行，并飞行至第一目标位置坐标的上方，因此，需要基于第一目标位置坐标确定第三目标位置坐标，接上述举例，无人机的第一目标位置坐标可以表示为(X

S104：基于初始位置坐标、第二目标位置坐标、第三目标位置坐标和第一目标位置坐标确定换流站巡检无人机的路线规划。

在本实施例中，根据初始位置坐标、第二目标位置坐标、第三目标位置坐标和第一目标位置坐标确定换流站巡检无人机的路线规划。具体地，无人机的路线规划可以是首先基于巡航高度从初始位置上升至第二目标位置，以确保无人机先飞至一个巡航高度，然后从在对应巡航高度下从第二目标位置飞到第三目标位置，也就是目标位置的正上方，可以理解的是，在从第二目标位置飞到第三目标位置过程中，由于无人机一直保持在一个巡航高度，在此巡航高度下对应的平面没有障碍物或者障碍物极少，可以近似的认为无人机在一个二维平面飞行，最后无人机从第三目标位置垂直飞至第一目标位置。

在本实施例中通过巡航高度和目标位置规划无人机巡检路径，使得无人机规避障碍物和避免的阀塔间飞行，达到了安全巡检的效果。如此，可以保证有效安全的对换流站阀厅进行巡检。

在本申请实施例中，上述图1所述的步骤S104存在多种可能的实现方式，下面分别进行介绍。需要说明的是，下文介绍中给出的实现方式仅作为示例性的说明，并不代表本申请实施例的全部实现方式。

图2为本申请实施例提供的一种基于初始位置坐标、第二目标位置坐标、第三目标位置坐标和第一目标位置坐标确定换流站巡检无人机的路线规划方法的流程图。结合图2所示，该方法可以包括：

S1041：获取第二目标位置坐标和第三目标位置坐标。

S1042：根据第二目标位置坐标和第三目标位置坐标计算无人机每个路径点的目标位置。

在本实施例中，通过根据第二目标位置坐标和第三目标位置坐标计算无人机每个路径点的目标位置，以便确定无人机从第二目标位置和第三目标位置飞行路线。

可选地，根据所述第二目标位置坐标和第三目标位置坐标计算无人机每个路径点的目标位置包括：

构造所述无人机与目标位置间的引力势场以及与障碍物产生的斥力势场，也称为人工势场法，具体地，构造无人机与修正目标位置间的引力势场U

其中，其中ξ表示引力增益，η表示斥力增益，Q是障碍物作用下的距离阈值，X表示无人机x轴坐标位置，Xg表示第一目标x轴坐标位置，Y表示无人机y轴坐标位置，Yg表示第一目标y轴坐标位置。

计算所述无人机路径点的目标位置与第三目标位置的引力场和斥力场的合力；所述合力的方向为下一路径点的位置方向。

S1043：基于所述路径点的目标位置确定所述换流站巡检无人机的路线规划。

在本实施例中，由于结合阀厅环境实际情况仅需进行二维平面下路径规划，提高了路径规划的运行效率与可靠性，大大降低了无人机的计算量，具有实用性与高效性。

图3为本申请实施例提供的一种无人机控制方法的流程图，应用于换流站巡检无人机。结合图3所示，该方法可以包括：

S301：获取路线规划和无人机的步长；所述路线规划是通过如上述阀厅无人机巡检路径的规划方法所述的任意一项方法得到的。

在本实施例中，获取上述阀厅无人机巡检路径的规划方法所述的任意一项方法得到的路线规划和无人机的步长，其中无人机的步长L

S302：基于路线规划和无人机的步长控制无人机飞至第一目标位置坐标。

在本实施例中，无人机根据路线规划和无人机的步长自主控制无人机飞至第一目标位置坐标。可以理解的是，也即无人机先垂直上升飞至巡航高度，然后可以采用人工势场法在二维平面进行路线规划和飞行，控制无人机飞至第三目标位置后，垂直下降飞至第一目标位置。

可选地，路线规划包括至少一个飞行距离，基于路线规划和无人机的步长控制无人机飞至第一目标位置坐标具体包括从第二目标位置飞至第三目标位置，在此过程中可以使用人工势场法在二维平面实时规划无人机的飞行路线，由于人工势场法有可能会导致无人机陷入局部最小点，导致无人机在极小点附近做振荡往复运动，因此需要判断所述无人机每一个飞行距离是否小于所述步长。

具体地如图4示例，采用人工势场法计算的下一路径点的位置减去上一路径点的位置得到直线距离Di，判断其是否小于C，若否则直接飞至采用人工势场法计算的下一路径点的位置，若是则无人机飞行步长改为L

可以理解的是，上述阀厅无人机巡检路径的规划方法和无人机控制方法可以是无人机预先规划的，也可以是无人机在控制飞行过程中实时规划的。

参见图5，图5为本申请实施例提供的一种无人机在控制飞行过程中实时规划的方法流程图。

S501：获取无人机的步长L

S502：无人机飞至巡航高度(X,Y,H

S503：采用人工势场法计算下一路径点的位置。

S504：计算下一路径点的位置减去上一路径点的位置得到距离D

S505：将无人机飞行步长改为L

S506：无人机飞至下一路径点的位置。

S507：判断无人机是否飞至第三目标位置坐标(X

S508：无人机垂直飞至第一目标位置(X

S509：结束，等待下一次巡检位置指令。

以上为本申请实施例提供阀厅无人机巡检路径的规划方法的一些具体实现方式，基于此，本申请还提供了对应的装置。下面将从功能模块化的角度对本申请实施例提供的装置进行介绍。

参见图6所示的阀厅无人机巡检路径的规划装置600的结构示意图，该装置600包括第一获取模块610、第一确定模块620、第二确定模块630和第三确定模块640。

第一获取模块610，用于获取无人机的巡航高度、初始位置坐标和第一目标位置坐标；

第一确定模块620，用于根据所述初始位置坐标和所述巡航高度确定第二目标位置坐标；

第二确定模块630，用于根据所述第一目标位置坐标得到第三目标位置坐标；所述第三目标位置坐标与所述巡航高度对应；

第三确定模块640，用于基于所述初始位置坐标、所述第二目标位置坐标、所述第三目标位置坐标和所述第一目标位置坐标确定所述换流站巡检无人机的路线规划。

参见图7所示的无人机控制装置700的结构示意图，该装置600包括第二获取模块710和控制模块720。

第二获取模块710，用于获取路线规划和无人机的步长；所述路线规划是通过如上述阀厅无人机巡检路径的规划方法所述的任意一项方法得到的；

控制模块720，用于基于所述路线规划和所述无人机的步长控制所述无人机飞至所述第一目标位置坐标。

本申请实施例还提供了对应的设备以及计算机存储介质，用于实现本申请实施例提供的方案。

其中，所述设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令或代码，所述处理器用于执行所述指令或代码，以使所述设备执行本申请任一实施例所述的阀厅无人机巡检路径的规划方法，或者，前述任一项所述的无人机控制方法。

所述计算机存储介质中存储有代码，当所述代码被运行时，运行所述代码的设备实现本申请任一实施例所述的阀厅无人机巡检路径的规划方法，或者，前述任一项所述的无人机控制方法。

本申请实施例中提到的“第一”、“第二”(若存在)等名称中的“第一”、“第二”只是用来做名字标识，并不代表顺序上的第一、第二。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(英文：read-only memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如路由器等网络通信设备)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本申请示例性的实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。