一种光伏电站无人机巡检航线规划方法及系统

技术领域

本发明涉及无人机巡检技术领域，尤其涉及一种光伏电站无人机巡检航线规划方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

无人机航线规划是指根据对旋翼式无人机的航线规划，通过规划一系列有顺序的航点的来指定无人机的飞行轨迹，实现对无人机飞行路径的控制。现有的无人机航线规划主要有手动打点规划和自动规划两种方式。

手动打点飞行是指飞行区域比较熟悉并且有专业的飞行经验的专家来制定航线中的每一个航点，并通过直线段按照先后顺序连接航点的一种航线规划方式，该方式稳定，可靠，但需要耗费的较多的时间和精力，对于占地面积高达几千平方米的光伏电站来说，这种方式显然是不现实的；对于光伏电站来说，自动航线规划是最常用的航线规划方式，但是目前的自动规划方法主要以通用的等间隔规划为主，没有一种单独针对光伏电站优化的航线规划方法。

通用的等间隔航线规划方案主要包括三个步骤：1)确定飞行区域：由操作员先在地图上选择不少于三个点，首尾相连形成凸多边形区域，作为无人机飞行的区域；2)设置无人机的飞行参数：操作员根据飞行区域的实际情况和任务设置航空照片的旁向重叠率，飞行高度等飞行参数；3)生成等间距航线：根据设置的旁向重叠率和飞行高度确定航线间距，由飞行区域形成最小外接矩形，在最小外接矩形上根据航线间距生成航线轨迹，该航线轨迹与飞行区域重叠的部分和飞行区域的边缘共同组成无人机的飞行航线。

对于光伏电站来说，现有的等间隔航线规划方案存在如下技术问题：

(1)存在无效飞行区域：在大多数的光伏电站中，光伏面板区域并不是规则形状的，通过人为方式确定的飞行区域很难贴合光伏面板的分布区域，为了完成巡检任务，不可避免的会产生无效的飞行区域，这些飞行区域并不包含光伏面板，降低了巡检效率；

(2)无法对齐光伏面板：对于光伏电站来说，航线规划应该与光伏面板的面板的排布一致。现有的等间隔航线规划方案，当光伏组串间隔大于飞行间隔时，会增加航线长度，并且会造成组串重复巡检，从而影响巡检效率；当光伏组串间隔小于飞行间隔时，会漏掉部分面板，导致巡检覆盖不完整，造成漏检，降低巡检质量。

(3)无法仿地飞行：对山地光伏电站来说，光伏面板处在不同的高度区域，上述的通用航线规划方法没有使用电站地形信息，使用了等高飞行，这将导致巡检中航拍的图片中光伏面板大小不同，对后续的缺陷分析和定位带来不便。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种光伏电站无人机巡检航线规划方法及系统，能够自动约束航线巡检范围，保障巡检区域在有效范围(含有光伏面板的区域)内；在山地电站也可以实现仿地飞行，同时保证巡检航线最短。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种光伏电站无人机巡检航线规划方法，包括：

获得待巡检光伏电站的二维正射全景图和三维海拔信息；

基于所述二维正射全景图，识别出所有光伏面板组串的位置；

划定无人机最大飞行区域，确定沿设定方向排布的光伏面板组串之间的间隔B1；

基于巡检区域内最边侧的光伏面板组串，确定起始航线；

自起始航线开始，按照设定的间隔B2向下一光伏面板组串的方向进行搜索，B2＜B1；若搜索到光伏面板，则将该光伏面板所在的光伏面板组串全部搜索完后，确定下一航线；

将下一航线作为起始航线，重复上述过程，直至所有光伏面板组串所对应的航线搜索完毕；

依次将所有搜索到的航线首尾相连，得到无人机最终的巡检航线。

作为进一步地方案，确定起始航线的方法为：

按照光伏面板组串的排布方向，获取巡检区域内最边侧光伏面板组串中，每一个光伏面板的中心点，分别计算这些中心点横坐标的均值a

作为进一步地方案，若搜索到光伏面板，则将该光伏面板所在的光伏面板组串全部搜索完后，确定下一航线；具体过程为：

获取该光伏面板所在的光伏面板组串中，每一个光伏面板的中心点，分别计算这些中心点横坐标的均值a

作为进一步地方案，沿设定方向排布的光伏面板组串具体为：沿纵向排布的光伏面板组串或者沿横向排布的光伏面板组串。

作为进一步地方案，还包括：为巡检航线设置飞行高度，所述飞行高度为统一的设定的飞行高度。

或者，

为巡检航线设置飞行高度，具体为：

获得航线起飞点的海拔高度H

确定以检测点为圆心，半径为D2的最大海拔高度H

所有检测点判断完成后，将所有的航点依次进行连线，得到最终的航线。

作为进一步地方案，通过实地测量或在地图界面测量后得到光伏面板组串之间的间隔。

或者，

根据识别出的光伏面板的位置，计算相邻两个光伏面板组串中，相对应的两个光伏面板中心之间距离的平均值，作为光伏面板组串之间的间隔。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种光伏电站无人机巡检航线规划系统，包括：

数据获取模块，用于获得待巡检光伏电站的二维正射全景图和三维海拔信息；

光伏面板识别模块，用于基于所述二维正射全景图，识别出所有光伏面板组串的位置；

间隔确定模块，用于划定无人机最大飞行区域，确定沿设定方向排布的光伏面板组串之间的间隔B1；

航线规划模块，用于基于巡检区域内最边侧的光伏面板组串，确定起始航线；自起始航线开始，按照设定的间隔B2向下一光伏面板组串的方向进行搜索，B2＜B1；若搜索到光伏面板，则将该光伏面板所在的光伏面板组串全部搜索完后，确定下一航线；将下一航线作为起始航线，重复上述过程，直至所有光伏面板组串所对应的航线搜索完毕；依次将所有搜索到的航线首尾相连，得到无人机最终的巡检航线。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种巡检无人机，采用上述的光伏电站无人机巡检航线规划方法进行航线规划。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供了一种光伏电站无人机巡检航线规划方法，研制了仿地飞行航线高度计算方法；通过搜索每一光伏组串的位置及排布方法，实现了飞行航线与光伏组串位置和高度的完全契合，解决了光伏面板因为高度不同在巡检图像中大小不一致的问题；实现无人机巡检的仿地飞行，提升了巡检图片的质量，提高了巡检效率。

本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例中的纵向飞行航线规划方式示意图；

图2为本发明实施例中的横向飞行航线规划方式示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种光伏电站无人机巡检航线规划方法，参照图1，为按照光伏面板纵向排布方式进行航线规划，其中，光伏面板纵向排布指的是各个光伏面板组串中的每一个光伏面板之间是纵向排布的。具体包括如下过程：

(1)获得待巡检光伏电站的二维正射全景图和三维海拔信息；

本实施例中，使用现有的地图测绘工具对电站进行全站测绘，获得电站的二维正射全景图和三维海拔信息，并将光伏电站的三维海拔信息存入数据库中。

(2)基于二维正射全景图，识别出所有光伏面板组串的位置；

由于光伏电站底图像素更高，所以无法直接对光伏面板进行识别，因此，可以采用切割-识别-合并的方案进行底图组串识别。

首先对电站的高清二维正射影像分割成固定大小的若干子图，能够更好识别图中的光伏面板；为了避免完整组串被分割，需要使子图间有不小于一个光伏组串的重叠。

最后将子图进行合并，去除重复识别的光伏面板(重叠切割造成的重复识别)，将识别出的光伏面板位置保存至数据库中。

(3)划定无人机最大飞行区域，确定沿纵向排布方向的光伏面板组串之间的间隔B1；

本实施例中，可以通过光伏电站地图显示界面进行操作，巡检员可在地图手动选择至少3个点，将这些点按顺序首尾连接在一起，形成一个凸多边形的区域，作为无人机的最大飞行区域。需要说明的是，该方式只是用来获取无人机的最大飞行边界，无人机实际的飞行区域是根据光伏面板的分布自动划分的。

获得两列光伏面板组串之间的间隔为B1；该间隔值B1可以通过人工指定和自动计算两种方式获得。人工指定是巡检人员通过实地测量或在地图界面测量后得到；自动计算指根据识别出的光伏面板的位置，计算相邻两个光伏面板组串中，相对应的两个光伏面板中心之间距离的平均值，作为两列光伏面板组串之间的间隔B1。

(4)按照光伏面板组串的纵向排布方向，获取巡检区域内最边侧一列光伏面板组串中，每一个光伏面板的中心点，分别计算这些中心点横坐标的均值a

自起始航线开始，按照设定的间隔B2向下一列光伏面板组串的方向进行搜索(即自左向右依次进行搜索)，本实施例中，B2＜B1，作为一种可选的方案，B2＝1/2B1；若搜索到光伏面板，则将该光伏面板所在的一列光伏面板组串全部搜索完后，采用与确定起始航线相同的方法，确定下一航线L

将下一航线L

(5)依次将所有搜索到的航线首尾相连，得到无人机最终的巡检航线。

(6)确定航线中每一个航点的飞行高度。

本实施例中，航线的飞行高度指的是航点相对起飞点的高度，该方案针对不同的光伏电站，使用了不同的飞行高度设置方式。

针对平原电站，本实施例为航线设置了统一的相对起飞点的飞行高度H

针对山地电站，根据电站三维地形数据库获得了航线起飞点的海拔高度H

通过三维地形数据检查以该检测点为圆心，半径为10m的最大海拔高度H

所有检测点判断完成后，将所有的航点依次进行连线，得到最终的航线。

至此，无人机巡检航线规划完毕，可以控制无人机沿此航线进行光伏面板的巡检。

本实施例中的每一条航线均通过电站高清地图上识别出的光伏面板的坐标计算得出，使得每一条主体航线均与光伏面板的中心线持平。

本实施例将每一条航线约束在了最小范围内，使得最终规划的整体飞行区域均在有效范围内。

本实施例使用等距离搜索的方式对航线进行高度检测，对起伏超过5m的位置新增航点，使得航线在实现仿地飞行的同时，尽可能的减少航点，提高飞行效率。

本实施例所规划的航线能够与光伏电站中的光伏面板所处位置及高度完全契合，保证了无人机在巡检时可以飞过所有光伏面板正上方，并且实现无人机的仿地飞行，大大提高了巡检图片的质量，解决了光伏面板因为高度不同在巡检图像中大小不一致的问题；同时，对于面积不规则的电站，根据该方法所设计的航线可以自动将飞行区域约束在有效区域(只包含光伏面板)内，避免了无效飞行，提高了巡检效率。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种光伏电站无人机巡检航线规划方法，参照图2，为按照光伏面板横向排布方式进行航线规划，其中，光伏面板横向排布指的是各个光伏面板组串中的每一个光伏面板之间是横向排布的。具体包括如下过程：

(1)获得待巡检光伏电站的二维正射全景图和三维海拔信息；

(2)基于二维正射全景图，识别出所有光伏面板组串的位置；

上述过程的具体实现方式与实施例一中相同，不再详述。

(3)划定无人机最大飞行区域，确定沿设定排布方向的光伏面板组串之间的间隔；

本实施例中，光伏面板组串之间的间隔B1的确定方法与实施例一中的思路相同，只是此时的间隔指的是获得光伏面板沿上下方向的大致间隔。

(4)按照光伏面板组串的横向排布方向，获取巡检区域内最边侧一行光伏面板组串中，每一个光伏面板的中心点，分别计算这些中心点横坐标的均值a'

自起始航线L'

将下一航线作为起始航线，重复上述过程，直至所有光伏面板组串搜索完毕。

(5)依次将所有搜索到的航线首位相连，得到无人机最终的巡检航线。

(6)确定航线中每一个航点的飞行高度。

本实施例中，确定航点的飞行高度的方法与实施例一中相同，不再详述。

实施例三

在一个或多个实施方式中，公开了一种光伏电站无人机巡检航线规划系统，对应实施例一和实施例二中的光伏电站无人机巡检航线规划方法，具体包括：

一种光伏电站无人机巡检航线规划系统，包括：

数据获取模块，用于获得待巡检光伏电站的二维正射全景图和三维海拔信息；

光伏面板识别模块，用于基于所述二维正射全景图，识别出所有光伏面板组串的位置；

间隔确定模块，用于划定无人机最大飞行区域，确定沿设定方向排布的光伏面板组串之间的间隔B1；

航线规划模块，用于基于巡检区域内最边侧的光伏面板组串，确定起始航线；自起始航线开始，按照设定的间隔B2向下一光伏面板组串的方向进行搜索，B2＜B1；若搜索到光伏面板，则将该光伏面板所在的光伏面板组串全部搜索完后，确定下一航线；将下一航线作为起始航线，重复上述过程，直至所有光伏面板组串所对应的航线搜索完毕；依次将所有搜索到的航线首尾相连，得到无人机最终的巡检航线。

航线高度设定模块，用于为巡检航线中的每一个航点设置飞行高度。

需要说明的是，上述各模块的具体实现方式与实施例一中相同，不再详述。

实施例四

在一个或多个实施方式中，公开了一种巡检无人机，包括实施例三中所述的系统；或者采用实施例一中或实施例二中的方法进行光伏电站无人机巡检航线规划。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。