一种空地协同巡检方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空地协同巡检方法及系统，方法包括：巡检环境地图生成，若干监控区的动态增删操作，根据若干监控区进行自动化最短路径生成并根据无人机续航里程进行最短路径的划段，依据划段确定起落配合坐标生成预巡检方案，并能实现预巡检方案的自动化动态更新，实现空地协同巡检作业。本发明专利技术能实现监控区增删后的自动化监控飞行轨迹分段，同时能依据无人机有效里程进行动态合理划分，使得空地协同巡检方案得到自动规划与执行。通过实际飞行里程与耗电量数据融合，使得各分段规划路径运行更安全，同时易于实现耗能优化管理后的分段更新，满足单段巡检行程有效覆盖率需求。巡检方案与巡检续航高度关联，使得有效执行周期得到充分延长。充分延长。充分延长。

【技术实现步骤摘要】
一种空地协同巡检方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种空地协同巡检方法及系统，属于智能巡检作业的


技术介绍

[0002]生产作业安全性至关重要，目前存在较多高危行业，诸如电厂、化工厂、冶炼厂等，均存在较大地作业风险，因此定时定期巡检是生产安全的保障，而此类厂区含有大量地作业设备，存在巡检任务量重及巡检安全隐患等问题。
[0003]目前巡检普遍采用机器换人的方式，即通过定点监控或移动点监控的方式实现无人巡检监控，满足巡检效率与巡检安全性需求。其中，无人移动式巡检包括无人机巡检或者无人机与无人车相结合的巡检。
[0004]公布号CN112053461A的中国专利技术专利揭示了一种基于无人机的电力巡检方法，其采用无人机实现了巡检作业，无人机有效飞行作业时间较短，很难满足大范围巡检作业需求，另外，监控现场存在诸多障碍，需要进行路障清除等作业，较难推广实施。
[0005]公布号CN112013907A的中国专利技术专利揭示了一种电力无人机巡检路径规划方法，其存在巡检起飞点、降落点、路径点的设计，同时通过障碍物规避路线设计满足巡检飞行轨迹设定需求，但是其主要通过人工测绘障碍物的方式进行路线设定，而障碍物存在移动、生长等不确定性，因此也无法满足无人机的固定轨迹安全性，另外无人机续航能力也不足。
[0006]而美国卡内基梅隆大学和宾夕法尼亚大学合作研究了一种空地协作的地面监测系统，利用无人驾驶飞行器覆盖搜索目标的大区域，此研究为解决无人机上的传感器受限于其对地面上目标的定位精度，部署了无人地面车辆以准确地定位地面目标，但是它们具有无法移动的缺点。
[0007]针对此情况，授权公告号CN216231915U所揭示的一种持续续航无人车和无人机协同巡检系统，即其存在无人车对无人机进行持续充电供给，满足无人机间断式持续巡检作业需求，而无人车存在移动特征，但是其并未对无人机的具体巡检路径等进行阐述，仅提供了空地关联配合设备。
[0008]中科院沈阳自动化研究所针对空地机器人路径规划问题进行了研究，采用基于图论的路径规划方式，采用的集和分析大量数据具有数据量大和对计算能力需求高的特点。而无人机计算能力较弱，执行任务的时延过高，同时耗电量也较大。瑞士苏黎世大学发表了关于地面机器人在可移动障碍物间空中导航的空地协同系统的研究结果，并提出了一种能够区分移动障碍物和固定障碍物的规划算法，使整个任务能够在没有任何人类互动的情况下执行，并尽可能地减少了机器人之间的通信问题。但该方法存在定位精度问题，并且适用范围有限。
[0009]针对此情况，公布号CN114020007A的中国专利技术专利揭示了无人机与无人车组队巡逻方法、系统、装置，其通过云平台和调度子系统实现对了无人机与无人车的运行控制，使得无人机与无人车的接驳最大限度压缩无人机的返程电量，但是，该方案中，对无人机和无人车的控制为云平台指令，即需要根据云平台进行调度指令远传通信，远传通讯调度存在
延迟性，同时对无人机导航数据要求较高，在响应过程中存在较多风险，另外，其产生的大量调度指令需要较高地实时性，很难实现高效响应。同时，其巡检路线与实际巡检会存在较大差异，且巡检范围和落点位置存在差异。
[0010]在进行无人机路径规划时，传统巡检采用片区管理的方式，即进行人工的巡检片区划分与片区巡检路径规划，人工巡检片区与路径规划是依托于无人机的有效续航里程，而巡检片区为固定划片、无人机续航里程存在续航衰减，因此会出现无人机有效续航里程不足以完成一个环闭地巡检作业任务情况，此情形下，需要进行无人机维护或者存在接驳人工干涉，使得无人机里程得不到较优地利用，而巡检区域也存在动态地监控区调整，当进行动态监控区调整时，需要人工重新划分片区与重新路径规划，导致巡检方案执行困难。另外，在进行无人机续航里程监控过程中，其采用电源管理器数据为依据进行规划，而电源管理器为动态数据，很难实际反应巡检运行状态，导致人工设定路径存在行程不合理现象，影响到有效巡检周期与巡检任务稳定运行，人工干涉频繁且易出现系统失控风险。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，针对传统空地巡检配合存在人工干涉频繁与巡检方案僵化影响巡检执行的问题，提出一种空地协同巡检方法及系统。
[0012]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种空地协同巡检方法，包括：巡检环境地图生成，在巡检环境地图中进行若干监控区的动态增删操作，所述监控区包括编辑监控点位模型、编辑线性路径模型、编辑盘旋路径模型，所述编辑监控点位模型包括定点坐标，所述编辑线性路径模型包括起点坐标、终点坐标，所述编辑盘旋路径模型包括盘旋中点坐标、盘旋半径，所述定点坐标、所述起点坐标、所述终点坐标及所述盘旋中点坐标分别具备最近空地路径，所述编辑线性路径模型和所述编辑盘旋路径模型分别具备监控规划路径，获取巡检环境地图与无人机续航里程，根据所述巡检环境地图内的监控区及监控区的监控规划路径进行自动化最短路径生成、并根据无人机续航里程与监控区的最近空地路径进行最短路径的划段，依据划段确定地面移动设备的起落配合坐标生成预巡检方案，并且在所述监控区动态变化和/或所述无人机续航里程动态变化时，对所述预巡检方案进行动态更新，根据当前预巡检方案进行空地协同巡检作业。
[0013]优选地，获取各划段巡检执行过程中无人机剩余续航里程与当前划段完成度，进行无人机剩余续航里程与当前划段完成度关联监控，当出现无人机剩余续航里程存在风险时中断监控作业迫降至最近起落配合坐标，并触发剩余监控区的预巡检方案动态更新。
[0014]优选地，记录无人机根据所述预巡检方案执行的实际飞行里程，通过所述实际飞行里程进行最短路径的重新生成与划段，得到校准巡检方案，所述实际飞行里程包括监控区至监控区之间的飞行里程、监控区至最近空地路径的飞行里程、监控区内监控规划路径的飞行里程。
[0015]优选地，获取无人机各飞行里程的平均电源消耗数据与各飞行里程对应的有效航程，对平均电源消耗数据与有效航程进行数据融合，根据数据融合信息对无人机的实际飞
行里程进行关联校准，依据关联校准后的实际飞行里程进行校准巡检方案的更新，所述平均电源消耗数据为无人机当前飞行里程的动力电源消耗数据、主机电源消耗数据、监控模块消耗数据的均值。
[0016]优选地，根据巡检环境地图与无人机实时位置坐标对监控模块进行智能控制管理，记录对应的监控模块电源消耗数据对平均电源消耗数据进行更新。
[0017]本专利技术还提出了一种空地协同巡检系统，所述规划处理单元包括应急监控模块，获取各划段巡检执行过程中无人机剩余续航里程与当前划段完成度，进行无人机剩余续航里程与当前划段完成度关联监控，当出现无人机剩余续航里程存在风险时中断监控作业迫降至最近起落配合坐标，并触发剩余监控区的预巡检方案动态更新。
[0018]优选地，所述规划处理单元包括动态更新模块，所述动态更新模块记录无人机根据所述预巡检方案执行的实际飞行里程，通过所述实际飞行里程进行最短路径的重新生成与划本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空地协同巡检方法，其特征在于包括：巡检环境地图生成，在巡检环境地图中进行若干监控区的动态增删操作，所述监控区包括编辑监控点位模型、编辑线性路径模型、编辑盘旋路径模型，所述编辑监控点位模型包括定点坐标，所述编辑线性路径模型包括起点坐标、终点坐标，所述编辑盘旋路径模型包括盘旋中点坐标、盘旋半径，所述定点坐标、所述起点坐标、所述终点坐标及所述盘旋中点坐标分别具备最近空地路径，所述编辑线性路径模型和所述编辑盘旋路径模型分别具备监控规划路径，获取巡检环境地图与无人机续航里程，根据所述巡检环境地图内的监控区及监控区的监控规划路径进行自动化最短路径生成、并根据无人机续航里程与监控区的最近空地路径进行最短路径的划段，依据划段确定地面移动设备的起落配合坐标生成预巡检方案，并且在所述监控区动态变化和/或所述无人机续航里程动态变化时，对所述预巡检方案进行动态更新，根据当前预巡检方案进行空地协同巡检作业。2.根据权利要求1所述的一种空地协同巡检方法，其特征在于：获取各划段巡检执行过程中无人机剩余续航里程与当前划段完成度，进行无人机剩余续航里程与当前划段完成度关联监控，当出现无人机剩余续航里程存在风险时中断监控作业迫降至最近起落配合坐标，并触发剩余监控区的预巡检方案动态更新。3.根据权利要求1所述的一种空地协同巡检方法，其特征在于：记录无人机根据所述预巡检方案执行的实际飞行里程，通过所述实际飞行里程进行最短路径的重新生成与划段，得到校准巡检方案，所述实际飞行里程包括监控区至监控区之间的飞行里程、监控区至最近空地路径的飞行里程、监控区内监控规划路径的飞行里程。4.根据权利要求3所述的一种空地协同巡检方法，其特征在于：获取无人机各飞行里程的平均电源消耗数据与各飞行里程对应的有效航程，对平均电源消耗数据与有效航程进行数据融合，根据数据融合信息对无人机的实际飞行里程进行关联校准，依据关联校准后的实际飞行里程进行校准巡检方案的更新，所述平均电源消耗数据为无人机当前飞行里程的动力电源消耗数据、主机电源消耗数据、监控模块消耗数据的均值。5.根据权利要求4所述的一种空地协同巡检方法，其特征在于：根据巡检环境地图与无人机实时位置坐标对监控模块进行智能控制管理，记录对应的监控模块电源消耗数据对平均电源消耗数据进行更新。6.一种空地协同巡检系统，其特征在于所述系统包括：中央主控单元，用于巡检环境地图生成，在巡检环境地图中进行若干监控区的动态增删操作，所述监控区包括编辑监...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐天，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
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