一种多无人机协同巡检的编队方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种多无人机协同巡检的编队方法及系统。

背景技术

电力是国家经济的命脉，电网安全直接关系国家安全。输电线路长期暴露在自然环境中，不仅要承受正常机械载荷和电力负荷的内部压力，还安经受污秽、雷击、强风、滑坡、沉陷及鸟害等外界侵害，这些因素将可能对电力系统的安全和稳定运行构成严重的威胁。利用无人机对输电线路的巡视检查来掌握线路运行状况，及时发现设备缺陷和线路安全隐患，可以保证输电线路安全和电力系统稳定。

无人机电力线路巡检技术是将计算机、通信、测控、遥感等技术有机结合,通过智能飞行控制和传感器检测技术对输电线路导地线、金具、绝缘子、铁塔等设备运行状态以及通道环境进行快速检测。实现无人机的自主飞行的姿态控制,保障安全飞行成为当前电网巡检技术的一个重要发展趋势。目前无人机巡检作业在电力得到了广泛应用，但是无人机的使用还是趋于人员驾驶飞行巡检或单机自主巡检，未对无人机的使用提供更佳有效的方式和方法。

如中国专利CN112068591A，公开日2020年12月11日，一种输电线路自动巡检无人机、控制方法、计算机装置和存储介质，无人机包括拍摄模块、交互模块、存储模块、控制模块和飞行模块，控制模块用于根据第二图像确定相应的第一图像，将第一图像相应的第一塔型信息确定为第二塔型信息，将第二塔型信息发送至交互模块，在第三工作状态根据第二塔型信息获取飞行控制指令，以控制飞行模块进行飞行。本发明无人机的飞行路线能够与第二图像中的电线杆塔外形相适应，能够以较佳的飞行路线执行对电线杆塔的巡检任务，对对不同工作环境具有较强的适应能力；以无人机代替人工执行巡检，能够减少生命财产损失，广泛应用于输电线路巡检技术领域。但是其并没有考虑关于多无人机协同巡检的执行问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前的无人机的使用主要针对单机自主巡检，缺少多无人机协同巡检方法的技术问题。提出了一种能够实现多无人机协同巡检的多无人机协同巡检的编队方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种多无人机协同巡检的编队方法，包括如下步骤：

S1：无人机控制中心向待命区内每一架无人机发送广播巡检指令，各个无人机收到指令后进行自检，做好起飞准备；

S2：无人机控制中心确定待巡检的多条输电线路、每条输电线路的起始位置距离待命区的距离，以及每条输电线路终止位置与待命区的距离，将整个巡检任务划分为多个子任务；

S3：无人机控制中心将子任务的数目与无人机的数目进行比较，判断无人机数目是否小于子任务数目，若是，则进入步骤S4，若不是，则进入步骤S6；

S4：每架无人机分配一个子任务作为初始任务；

S5：无人机控制中心设定初始任务完成后的任务分配原则，任意一架无人机完成分配的子任务后，无人机控制中心按照任务分配原则按照任务分配原则执行下一个未被领取的任务，直至所有子任务执行完毕；

S6：无人机控制中心选择与子任务数量相同的无人机，为每一个被选择的无人机分配一个子任务，由各个被选择的无人机进行协同巡检。本发明首先通过无人机控制中心向待命区的无人机发送自检指令，确认待命区的无人机数量；然后将待巡检的多条输电线路生成巡检任务，将巡检任务划分为多个子任务，此时可以将巡检线路较短且相互之间较近的几条输电线路巡检任务划分为一个子任务中，无人机控制中心按照需要巡检的输电线路长度划分巡检子任务，尽量保持各子任务之间需要巡检的输电线路长度差距不要过大，防止出现一个子任务的巡检线路长度是另一个子任务巡检线路长度的数倍，将分配好的子任务数量与无人机的数目进行比较，当无人机的数目较多时直接选择等同子任务数量的无人机进行巡检，当子任务数量较多时，先为每架无人机分配一个子任务作为初始任务，在任意一架无人机完成分配的子任务后，无人机控制中心根据任务分配原则，包括最近原则、路线最短原则和电量充足原则，将剩余子任务中的一个分配给该无人机，每当有无人机完成一个子任务时都会从剩余子任务中接取到一个子任务，直至所有子任务执行完毕。此外，为了保证巡检的质量，无人机控制中心根据线路故障发生频率划分线路巡检重视区，在不同的巡检重视区巡检需要的时间不同，同样的子任务线路长度，位于线路故障发生频率较高区域的子任务规定的巡检时间要长于其他区域的子任务巡检时间，这样可以让无人机对需要重视的输电线路检查更为仔细。

作为优选，所述步骤S5中所述任务分配原则包括距离最近原则、路线最短原则和电量充足原则。任务分配原则可以是最近原则、路线最短原则和电量充足原则中的一种或多种的组合，当无人机完成初始任务后电量充沛时，主要将剩余任务中距离该无人机最近的子任务分配给该无人机作为下一个任务，方便尽快完成所有子任务的同时还能防止无人机减少不必要的电量损耗；当无人机完成初始任务后电量较少时，要以无人机完成任务后还能返回待命区为前提分配子任务。

作为优选，所述距离最近原则为：从未被领取的子任务中，选择起始位置距离无人机最近的子任务，分配给对应的无人机；所述路线最短原则为：从未被领取的子任务中，选择巡检路线里程最短的子任务，分配给无人机；所述电量充足原则为：从未被领取的子任务中选择分配给无人机的任务时，需要保证无人机在完成该子任务后，有着充足的电量回到待命区，若剩余的子任务均不能满足该条件，该无人机直接飞回待命区。距离最近原则将距离无人机最近的子任务分配给该无人机，线路最短原则将子任务中线路最短所需巡检时间最短的子任务分配给该无人机，这一般在无人机剩余电量不多时使用，电量充足原则可以保证无人机完成任务后有充足的电量返回。

作为优选，每一个所述子任务均包括巡检起始位置、巡检终止位置和巡检路线。通过巡检起始位置、巡检终止位置和巡检路线确定无人机要经过的巡检区域，同时当子任务数量多于无人机数量时，在收到新的子任务时无人机只需赶往子任务中巡检起始位置和巡检终止位置中距离较近的那个起始点开始巡检。

作为优选，所述每个子任务还包括基础巡检时间，所述无人机控制中心根据线路故障发生频率划分线路巡检重视区，所述线路巡检重视区包括第一巡检重视区、第二巡检重视区和第三巡检重视区，位于所述第一巡检重视区内的巡检路线的巡检时间为所述基础巡检时间的1.5倍；

位于所述第二巡检重视区内的巡检路线的巡检时间为所述基础巡检时间的1.2倍；

位于所述第三巡检重视区内的巡检路线的巡检时间等于所述基础巡检时间。

为了保证巡检的质量，无人机控制中心根据线路故障发生频率划分线路巡检重视区，在不同的巡检重视区巡检需要的时间不同，同样的子任务线路长度，位于线路故障发生频率较高区域的子任务规定的巡检时间要长于其他区域的子任务巡检时间，这样可以让无人机对需要重视的输电线路检察更为仔细，初步设定第一巡检重视区、第二巡检重视区和第三巡检重视区的巡检时间分别为基础巡检时间1.5倍、1.2倍和1倍，可根据发生线路故障的频率将巡检时间进行一定程度的增加和减少。

作为优选，所述巡检起始位置为任一条输电线路的起始位置、任一条输电线路的终止位置或任一条输电线路的起始位置和终止位置之间；所述巡检终止位置包括所述巡检起始位置为任一条输电线路的起始位置、任一条输电线路的终止位置或任一条输电线路的起始位置和终止位置之间。为了防止一个子任务的巡检线路长度是另一个子任务巡检线路长度的数倍，导致每个子任务需要的巡检时间相差过大，可以将一条过大输电线路分成若干个子任务，所以子任务的巡检起始位置和巡检终止位置不止是任一条输电线路的起始位置和终止位置，还可以是任一条输电线路的起始位置和终止位置之间。

作为优选，所述无人机包括飞行模式和巡检模式，所述无人机的飞行方式为：所述无人机在接到所述无人机控制中心分配的子任务后通过所述飞行模式飞往所述子任务的巡检起始位置，所述无人机到达所述巡检起始位置后关闭飞行模式，开启巡检模式进行巡检，所述无人机在完成所述子任务后关闭巡检模式，开启飞行模式，等待所述无人机控制中心分配下一个子任务或飞回待命区。在飞行模式中无人机关闭巡检需要的相关设备，在巡检模式中无人机开启巡检需要的相关设备，无人机只在进入到子任务的巡检路线时才使用巡检模式，避免了资源的损耗和浪费。

一种多无人机协同巡检的编队系统，利用上述方法，包括中心控制模块和巡检执行模块，所述中心控制模块包括任务接收单元、子任务划分单元、对比分析单元和子任务传输单元，所述任务接收单元通过所述子任务划分单元与所述对比分析单元连接，所述对比分析单元与所述子任务传输单元连接，所述巡检执行模块包括若干架用于执行巡检任务的无人机。中心控制模块负责进行无人机巡检任务的调配，可通过巡检执行模块接受无人机传回的数据，也可以无线接受无人机传回的信号，直接查看无人机的子任务完成情况。

本发明的实质性效果是：本发明通过对多架无人机编队协同自主巡检作业进行任务调配，实现无人机的多机协同自主巡检，有效提高了无人机自主巡检作业效率，提升了无人机巡检作业自主性、自动化和智能水平，使无人机巡检作业更加高效。

附图说明

图1为本实施例实施步骤的流程图。

图2为本实施例的组成示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

一种多无人机协同巡检的编队方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1：无人机控制中心向待命区内每一架无人机发送广播巡检指令，各个无人机收到指令后进行自检，做好起飞准备；

S2：无人机控制中心确定待巡检的多条输电线路、每条输电线路的起始位置距离待命区的距离，以及每条输电线路终止位置与待命区的距离，将整个巡检任务划分为多个子任务；

S3：无人机控制中心将子任务的数目与无人机的数目进行比较，判断无人机数目是否小于子任务数目，若是，则进入步骤S4，若不是，则进入步骤S6；

S4：每架无人机分配一个子任务作为初始任务；

S5：无人机控制中心设定初始任务完成后的任务分配原则，任意一架无人机完成分配的子任务后，无人机控制中心按照任务分配原则按照任务分配原则执行下一个未被领取的任务，直至所有子任务执行完毕；步骤S5中任务分配原则包括距离最近原则、路线最短原则和电量充足原则。任务分配原则可以是最近原则、路线最短原则和电量充足原则中的一种或多种的组合，距离最近原则为：从未被领取的子任务中，选择起始位置距离无人机最近的子任务，分配给对应的无人机；路线最短原则为：从未被领取的子任务中，选择巡检路线里程最短的子任务，分配给无人机；电量充足原则为：从未被领取的子任务中选择分配给无人机的任务时，需要保证无人机在完成该子任务后，有着充足的电量回到待命区，若剩余的子任务均不能满足该条件，该无人机直接飞回待命区。距离最近原则将距离无人机最近的子任务分配给该无人机，线路最短原则将子任务中线路最短所需巡检时间最短的子任务分配给该无人机，这一般在无人机剩余电量不多时使用，电量充足原则可以保证无人机完成任务后有充足的电量返回。当无人机完成初始任务后电量充沛时，主要将剩余任务中距离该无人机最近的子任务分配给该无人机作为下一个任务，方便尽快完成所有子任务的同时还能防止无人机减少不必要的电量损耗；当无人机完成初始任务后电量较少时，要以无人机完成任务后还能返回待命区为前提分配子任务。

S6：无人机控制中心选择与子任务数量相同的无人机，为每一个被选择的无人机分配一个子任务，由各个被选择的无人机进行协同巡检。

每一个子任务均包括巡检起始位置、巡检终止位置和巡检路线。通过巡检起始位置、巡检终止位置和巡检路线确定无人机要经过的巡检区域，同时当子任务数量多于无人机数量时，在收到新的子任务时无人机只需赶往子任务中巡检起始位置和巡检终止位置中距离较近的那个起始点开始巡检。巡检起始位置为任一条输电线路的起始位置、任一条输电线路的终止位置或任一条输电线路的起始位置和终止位置之间；巡检终止位置包括巡检起始位置为任一条输电线路的起始位置、任一条输电线路的终止位置或任一条输电线路的起始位置和终止位置之间。为了防止一个子任务的巡检线路长度是另一个子任务巡检线路长度的数倍，导致每个子任务需要的巡检时间相差过大，可以将一条过大输电线路分成若干个子任务，所以子任务的巡检起始位置和巡检终止位置不止是任一条输电线路的起始位置和终止位置，还可以是任一条输电线路的起始位置和终止位置之间。无人机包括飞行模式和巡检模式，无人机的飞行方式为：无人机在接到无人机控制中心分配的子任务后通过飞行模式飞往子任务的巡检起始位置，无人机到达巡检起始位置后关闭飞行模式，开启巡检模式进行巡检，无人机在完成子任务后关闭巡检模式，开启飞行模式，等待无人机控制中心分配下一个子任务或飞回待命区。在飞行模式中无人机关闭巡检需要的相关设备，在巡检模式中无人机开启巡检需要的相关设备，无人机只在进入到子任务的巡检路线时才使用巡检模式，避免了资源的损耗和浪费。

每个子任务还包括基础巡检时间，无人机控制中心根据线路故障发生频率划分线路巡检重视区，线路巡检重视区包括第一巡检重视区、第二巡检重视区和第三巡检重视区，位于第一巡检重视区内的巡检路线的巡检时间为基础巡检时间的1.5倍；位于第二巡检重视区内的巡检路线的巡检时间为基础巡检时间的1.2倍；位于第三巡检重视区内的巡检路线的巡检时间等于基础巡检时间。为了保证巡检的质量，无人机控制中心根据线路故障发生频率划分线路巡检重视区，在不同的巡检重视区巡检需要的时间不同，同样的子任务线路长度，位于线路故障发生频率较高区域的子任务规定的巡检时间要长于其他区域的子任务巡检时间，这样可以让无人机对需要重视的输电线路检察更为仔细，初步设定第一巡检重视区、第二巡检重视区和第三巡检重视区的巡检时间分别为基础巡检时间1.5倍、1.2倍和1倍，可根据发生线路故障的频率将巡检时间进行一定程度的增加和减少。

一种多无人机协同巡检的编队系统，如图2所示，利用上述方法，包括中心控制模块和巡检执行模块，中心控制模块包括任务接收单元、子任务划分单元、对比分析单元和子任务传输单元，任务接收单元通过子任务划分单元与对比分析单元连接，对比分析单元与子任务传输单元连接，巡检执行模块包括若干架用于执行巡检任务的无人机。中心控制模块负责进行无人机巡检任务的调配，可通过巡检执行模块接受无人机传回的数据，也可以无线接受无人机传回的信号，直接查看无人机的子任务完成情况。

本实施例首先通过无人机控制中心向待命区的无人机发送自检指令，确认待命区的无人机数量；然后将待巡检的多条输电线路生成巡检任务，将巡检任务划分为多个子任务，此时可以将巡检线路较短且相互之间较近的几条输电线路巡检任务划分为一个子任务中，无人机控制中心按照需要巡检的输电线路长度划分巡检子任务，尽量保持各子任务之间需要巡检的输电线路长度差距不要过大，防止出现一个子任务的巡检线路长度是另一个子任务巡检线路长度的数倍，将分配好的子任务数量与无人机的数目进行比较，当无人机的数目较多时直接选择等同子任务数量的无人机进行巡检，当子任务数量较多时，先为每架无人机分配一个子任务作为初始任务，在任意一架无人机完成分配的子任务后，无人机控制中心根据任务分配原则，包括最近原则、路线最短原则和电量充足原则，将剩余子任务中的一个分配给该无人机，每当有无人机完成一个子任务时都会从剩余子任务中接取到一个子任务，直至所有子任务执行完毕。此外，为了保证巡检的质量，无人机控制中心根据线路故障发生频率划分线路巡检重视区，在不同的巡检重视区巡检需要的时间不同，同样的子任务线路长度，位于线路故障发生频率较高区域的子任务规定的巡检时间要长于其他区域的子任务巡检时间，这样可以让无人机对需要重视的输电线路检察更为仔细。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。